计算机视觉技术及应用项目1搭建计算机视觉开发环境

计算机视觉技术及应用搭建计算机视觉开发环境项目一

01 计算机视觉概述02 认识OpenCV03 项目实施——搭建计算机视觉环境04 项目实训目录项目目标知识目标掌握计算机视觉的概念。理解计算机视觉与相关学科的关系。了解计算机视觉的常见任务。了解OpenCV及其主要模块。技能目标能够成功搭建计算机视觉开发环境。能够使用PyCharm完成Python程序的编辑、运行和调试。素养目标锻炼学生的动手能力，增强积极主动寻求解决问题方法的意识。培养学生服务集体、团结协作的团队精神。项目描述近年来，随着人工智能技术及大数据的不断发展，计算机视觉以其可视性、规模性和普适性逐步成为AI落地应用的关键领域之一，在理论研究和工程应用上均得到了迅猛发展。小旌也关注到了这一点，决定加入计算机视觉的开发队伍。小旌了解到，OpenCV是一个开源的计算机视觉库，广泛应用于图像处理的各个领域。同时，OpenCV支持多种编程语言，包括Python、C++和Java等。其中，Python语言具有语法简洁、功能强大等特点。因此，小旌决定搭建基于Python的OpenCV计算机视觉的开发环境。项目准备全班学生以3～5人为一组进行分组，各组选出组长。组长组织组员扫码观看“计算机视觉技术的发展历程”视频，讨论并回答下列问题。问题1：简述Marr理论。问题2：简述20世纪90年代计算机视觉技术的发展变化。计算机视觉技术的发展历程01计算机视觉概述计算机视觉概述>什么是计算机视觉计算机视觉（computervision,CV）是一门研究如何使机器“看”的科学，其目标是实现对图像的理解。更具体地说，计算机视觉是用计算机来模拟人的视觉功能，从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于图像识别、跟踪和测量等任务。什么是计算机视觉？从狭义上讲，视觉的最终目的是对客观场景做出有意义的解释和描述。从广义上讲，它还包括基于这些解释和描述，根据周围环境和观察者的意愿来制定行为规划，从而作用于周围的世界，这些实际上也都是计算机视觉的目标。作为一门学科，计算机视觉研究相关的理论和技术，试图建立能够从图像或者多维数据中获取“信息”的人工智能系统。计算机视觉概述>计算机视觉的相关学科机器视觉或机器人视觉机器视觉更关注通过视觉传感器获取环境的图像，构建具有视觉感知功能的系统，以及实现检测和辨识物体的算法。机器人视觉更强调机器人的机器视觉，要让机器人具有视觉感知功能人工智能让机器或系统像人一样拥有智力和能力，可以代替人类实现识别、认知、分析和决策等多种功能的技术计算机图形学通过几何基元（如线、圆和自由曲面等）来生成图像处理的多是确定性问题，是通过数学途径可以解决的问题图像处理对图像进行各种加工调整以改善图像的视觉效果模式识别模式识别用于研究分类问题，确定符号、图像、物体等输入对象的类别，强调一类事物区别于其他事物所具有的共同特征图像分类旨在判断该图像所属的类别，即给定一幅输入图像，解决“是什么”的问题。图像分割通过算法自动分割并识别出图像中的内容，可以将图像分割理解为每个像素点的分类问题，通过分析每个像素点的物体类别信息，解决“每个像素属于哪类目标物或场景”的问题。目标检测通过算法自动检测出图像中常见物体的大致位置，通常用边界框表示，并识别出边界框中物体的类别信息，主要是解决“是什么，在哪里”的问题。目标跟踪在给定目标初始位置的情况下，根据所设计的模型来预测后续视频图像帧中目标的位置和移动尺度等信息的过程。计算机视觉概述>计算机视觉的常见任务计算机视觉概述>计算机视觉的常见任务>1．图像分类图像分类旨在判断该图像所属的类别，即给定一幅输入图像，解决“是什么”的问题。方法：将图像结构化为某一类别的信息，用事先确定好的标签或类别来描述图像。智慧城市领域的智能视频场景分析交通领域的场景识别军事侦察和危险环境的自主机器人环境感知计算机视觉概述>计算机视觉的常见任务>2．目标检测车辆目标检测目标检测是指通过算法自动检测出图像中常见物体的大致位置，通常用边界框表示，并识别出边界框中物体的类别信息，主要是解决“是什么，在哪里”的问题。目标检测比图像分类的难度更高，在目标检测中，不仅要给出图像中包含了哪些物体，还要给出包含物体的具体位置。人脸识别的应用：在娱乐领域，自拍软件都必备自动对焦和自动美颜功能；在安防、风控领域，人脸识别的应用大大提高了工作效率并节省了人力成本。此外，人脸识别还可用于账户的登录和保障资金安全，如网银的人脸识别登录和支付等。计算机视觉概述>计算机视觉的常见任务>3．图像分割图像分割是通过算法自动分割并识别出图像中的内容，可以将图像分割理解为每个像素点的分类问题，通过分析每个像素点的物体类别信息，解决“每个像素属于哪类目标物或场景”的问题。语义分割只区分图像中的每个像素属于哪个类别。实例分割需要区分每个像素属于同一类别的不同实例。应用领域：无人驾驶、医学影像诊断、地理信息系统和机器人等。计算机视觉概述>计算机视觉的常见任务>4．目标跟踪目标跟踪是在给定目标初始位置的情况下，根据所设计的模型来预测后续视频图像帧中目标的位置和移动尺度等信息的过程。目标跟踪广泛应用于等领域，目标跟踪的主要任务是找到图像序列中运动的物体，并将不同帧的运动物体一一对应，最后给出物体的运动轨迹。机器人导航

智能监控视频

工业检测

航空航天02认识OpenCV认识OpenCV>什么是OpenCVOpenCV（opensourcecomputervisionlibrary）是一个跨平台的开放源代码的计算机视觉库，主要用于实时图像处理、计算机视觉和机器学习等领域，提供了超过2500个优化的算法和功能模块。什么是OpenCV？OpenCV作为较大众的开源库，拥有了丰富的常用图像处理函数库功能：快速地实现一些图像处理和识别任务多种语言的使用接口、机器学习的基础算法调用功能：使得图像处理和图像分析变得更加简单易行，集中于视觉设计认识OpenCV>OpenCV的主要模块模块名称模块功能core核心模块，包含基本数据结构和基本操作函数imgproc图像处理模块，提供了基本的图像处理功能highgui高级图形用户界面模块，包含图形用户界面和文件读取的基本函数video视频分析模块，包含读取和写入视频流的函数calib3d摄像机校准与三维重建模块，提供了摄像机校准和三维重建相关的功能features2d2D功能模块，提供了用于特征检测、描述符匹配和特征匹配等的算法gpuGPU加速库，提供了基于CUDAGPU上的优化加速算法ml机器学习模块，提供了大量的统计模型和机器学习算法stitching图像拼接模块，提供了拼接流水线、自动校准、接缝估测、曝光补偿等算法objdetect目标检测模块，提供了人脸识别、行人检测等算法OpenCV的基本单元是模块，每个模块都包含了大量函数。OpenCV的主要模块如下。认识OpenCV>OpenCV的主要模块清华大学科研工作者历时十余年攻坚完成的“无约束人像目标智能感知与理解”项目，使得“火眼金睛”成为现实，并获得了“吴文俊人工智能自然科学奖一等奖”（该奖是中国智能科学技术的最高奖，又称中国人工智能界的“诺贝尔奖”）。专家表示，这项成果可以不受光线、图像分辨率、妆容改变或遮挡等影响，实现较为精准的AI人像识别。未来，这项技术将让计算机在辨人、测谎、生成数字人等领域踏上高速发展的赛道。素养之窗03项目实施搭建计算机视觉环境项目实施——搭建计算机视觉环境>项目分析按照项目要求，将搭建计算机视觉开发环境的步骤分解如下。第1步第2步第3步第4步安装Python从Python的官方网站下载Python软件包并安装。安装OpenCV在命令提示符窗口中使用pip命令下载并安装OpenCV-Contrib-Python库。安装PyCharm从PyCharm的官方网站下载PyCharm软件包并安装。使用PyCharm启动PyCharm，并使用PyCharm编辑、运行和调试程序。项目实施——搭建计算机视觉环境>1.安装Python下载Python访问/downloads/windows/，在打开的下载页面中选择“StableReleases”→“Python3.10.10-Feb.8,2023”→“DownloadWindowsinstaller(64-bit)”选项。步骤

1下载安装程序时，应根据操作系统的类型（32位或64位操作系统）选择合适的版本进行下载。项目实施——搭建计算机视觉环境>1.安装Python双击下载好的python-3.10.10-amd64.exe文件，在打开的对话框中勾选“Addpython.exetoPATH”复选框（将安装路径添加到系统环境变量Path中），然后选择“Customizeinstallation”选项。步骤

2Python安装向导如果安装时没有勾选“Addpython.exetoPATH”复选框，那么系统就无法自动完成环境变量的配置。因此，读者须在安装完成后手动配置环境变量，将Python的安装路径添加到环境变量中。项目实施——搭建计算机视觉环境>1.安装Python显示“OptionalFeatures”界面，选择Python提供的工具包，一般保持默认全部选中状态，然后单击“Next”按钮。步骤

3选择Python提供的工具包项目实施——搭建计算机视觉环境>1.安装Python步骤

4选择高级选项与安装路径显示“AdvancedOptions”界面，勾选“InstallPython3.10forallusers”复选框（为所有用户安装），在“Customizeinstalllocation”编辑框中设置安装路径（如D:\ProgramFiles\Python310，也可单击“Browse”按钮选择安装目录），然后单击“Install”按钮。项目实施——搭建计算机视觉环境>1.安装Python显示“SetupProgress”界面，开始安装并显示安装进度，如需取消安装，可单击“Cancel”按钮。安装成功后，单击“Close”按钮关闭对话框即可。步骤

5安装进度项目实施——搭建计算机视觉环境>1.安装Python打开命令提示符（cmd）窗口，输入并执行“python”命令。如果出现类似如图所示的结果，说明Python安装成功。步骤

6验证Python是否安装成功安装Python项目实施——搭建计算机视觉环境>2．安装OpenCVOpenCV安装界面打开命令提示符窗口，输入并执行“pipinstall-i/simpleopencv-contrib-python”命令，开始安装OpenCV。步骤

1安装OpenCV用于指定下载OpenCV镜像文件的源地址项目实施——搭建计算机视觉环境>2．安装OpenCV在命令提示符窗口中，输入并执行“piplist”命令，可在显示列表中看到“opencv-contrib-python”及其版本号，说明OpenCV安装成功。步骤

2验证OpenCV是否安装成功项目实施——搭建计算机视觉环境>3．安装PyCharm下载PyCharm访问/pycharm/download/#section=windows，在打开的下载页面中单击“Community”下的“Download”按钮，下载社区版PyCharm。步骤

1安装PyCharm项目实施——搭建计算机视觉环境>3．安装PyCharm设置安装选项双击下载好的pycharm-community-2022.3.3.exe文件，根据安装提示进行操作即可完成安装。在“ChooseInstallLocation”界面中选择安装路径时，建议避开系统盘。在“InstallationOptions”界面中应勾选所有复选框。步骤

2项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharmPyCharm导入设置运行PyCharm，打开“ImportPyCharmSettings”对话框，勾选“Donotimportsettings”单选按钮，然后单击“OK”按钮。步骤

1使用PyCharm项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharm设置用户界面的主题打开“WelcometoPyCharm”对话框，在左侧窗格选择“Customize”选项，在右侧窗格“Colortheme”的下拉列表中选择“IntelliJLight”选项。步骤

2项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharm“IntelliJLight”主题的用户界面项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharmPyCharm欢迎界面在打开的“WelcometoPyCharm”对话框中，首先选择左侧窗格的“Projects”选项，然后单击右侧窗格的“NewProject”按钮。步骤

3项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharm设置项目保存位置显示“NewProject”界面，在“Location”编辑框中设置项目保存的路径并将项目命名为“Project1”。步骤

4项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharm设置新建项目使用本地系统环境选中“Previouslyconfiguredinterpreter”单选按钮，然后单击“AddInterpreter”右侧的下拉按钮，选择“AddLocalInterpreter”选项。步骤

5项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharm添加Python解释器打开“AddPythonInterpreter”界面，在左侧窗格选择“VirtualenvEnvironment”选项，在右侧窗格选中“Existing”单选按钮，然后单击“…”按钮，进入选择Python解释器界面，选择相应的Python解释器，单击“OK”按钮，返回“AddPythonInterpreter”界面，单击“OK”按钮，完成Python解释器的添加。步骤

6项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharm返回“NewProject”界面，取消勾选“Createamain.pywelcomescript”复选框，然后单击“Create”按钮。步骤

7完成项目的创建项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharm此时打开了PyCharm工作窗口，在左侧窗格会显示创建的“Project1”项目，右击项目名称“Project1”，在弹出的快捷菜单中选择“New”→“PythonFile”选项。步骤

8新建Python文件项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharmPython文件命名打开“NewPythonfile”对话框，将文件命名为“test”，然后双击“Pythonfile”选项。步骤

9项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharm输入程序进入“test.py”程序编辑界面，在程序编辑区输入程序。步骤

10项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharm运行程序在菜单栏中选择“Run”→“Run'test'”选项，运行程序。步骤

11项目实施——搭建计算机视觉环境>4．使用PyCharm程序运行结果打开程序运行窗口，显示程序运行结果。步骤

1204项目实训1.实训目的能够下载并查看OpenCV-Python的示例程序。1项目实训>1．实训目的23熟练使用PyCharm新建项目和Python程序。熟练使用PyCharm编辑和运行Python程序。项目实训>2．实训内容（1）下载并查看OpenCV-Python的官网示例程序。①

访问/releases/，在打开的OpenCV发布页面中单击“Sources”按钮，下载OpenCV源码，如图所示。②

将下载好的压缩包“opencv-4.8.0.zip”进行解压。③在解压后的文件夹中，打开文件夹“…\opencv-4.8.0\samples\python”，其中包含了OpenCV-Python的示例程序。OpenCV发布页面项目实训>2．实训内容（1）下载并查看OpenCV-Python的官网示例程序。

④OpenCV-Python提供了一些示例程序，可以查看和运行示例程序。例如，右击示例程序“find_obj.py”，在弹出的快捷菜单中选择“打开方式”→“记事本”选项，即可在记事本中打开示例程序，如图所示。在记事本中打开示例程序“find_obj.py”项目实训>2．实训内容（1）下载并查看OpenCV-Python的官网示例程序。

⑤双击示例程序“find_obj.py”，运行该程序，其运行结果如图所示。示例程序“find_obj.py”的运行结果项目实训>2．实训内容（2）使用PyCharm新建项目和Python程序，编辑并运行程序。

①打开PyCharm，新建项目，命名为“Practice1”，配置其使用本地系统环境；然后在该项目中新建一个Python文件，命名为“train1.py”。②在右侧程序编辑区，输入下列程序并运行。importcv2 #导入cv2模块importnumpyasnp #导入numpy模块并重命名为npprint(''' #打印输出内容，多行文本使用''''''符号*******************hello!计算机视觉技术*******************''')项目实训>2．实训内容（2）使用PyCharm新建项目和Python程序，编辑并运行程序。

①打开PyCharm，新建项目，命名为“Practice1”，配置其使用本地系统环境；然后在该项目中新建一个Python文件，命名为“train1.py”。②在右侧程序编辑区，输入下列程序并运行。importcv2 #导入cv2模块importnumpyasnp #导入numpy模块并重命名为npprint(''' #打印输出内容，多行文本使用''''''符号*******************hello!计算机视觉技术*******************''')项目实训>3．实训小结按要求完成实训内容，并将实训过程中遇到的问题和解决办法记录在表中。序

号主要问题解决办法1

2

3

实训过程项目总结搭建计算机视觉开发环境计算机视觉概述什么是计算机视觉计算机视觉的相关学科图像处理机器视觉或机器人视觉模式识别人工智能计算机图形学计算机视觉的常见任务图像分类目标检测图像分割目标跟踪认识OpenCV什么是OpenCVOpenCV的主要模块项目实施安装Python、安装OpenCV、安装PyCharm、使用PyCharm项目考核>1．选择题（1）下列不属于计算机视觉常见任务的是（）。

A．图像分类 B．图像分割

C．语音识别 D．目标检测（2）（）用于研究分类问题，确定符号、图像、物体等输入对象的类别，强调一类事物区别于其他事物所具有的共同特征。

A．模式识别 B．计算机图形学

C．图像处理 D．机器视觉（3）下列不属于OpenCV-Python开发工具的是（）。

A．Python B．OpenCV-Conrib-Python库

C．PyCharm D．xpath库项目考核>1．选择题（4）下列关于OpenCV库的描述中，错误的是（）。

A．主要用于游戏开发

B．开放源代码的计算机视觉库

C．主要用于图像处理

D．提供了机器学习算法（5）作为初学者，可下载PyCharm软件的（）进行学习。

A．普通版

B．社区版

C．高级版

D．专业版项目考核>2．填空题（1）_______是一门研究如何使机器“看”的科学，其目标是实现对图像的理解。（2）图像分割可分为语义分割和____________。（3）___________是通过几何基元来生成图像，它在可视化和虚拟现实中起着重要作用。（4）_____________命令是用于查找、下载、安装和卸载Python库的管理工具。（5）在命令“pipinstall-i/simpleopencv-contrib-pyth