计算机视觉技术应用 5.2-行人追踪-教案

北京新大陆时代教育科技有限公司《AIGC大模型部署与应用》课程教案《《AIGC大模型部署与应用》授课教案授课教案《计算机视觉技术应用》课程教案学年度第学期项目名称项目五行人闯红灯检测系统授课教师授课时间课题名称5.2行人追踪授课班级授课类型新授课课时4教学目标知识目标1.掌握目标追踪的基本概念、流程及其与目标检测的关系。2.理解Sort算法中卡尔曼滤波和匈牙利算法的作用。3.掌握DeepSort算法的级联匹配、外观特征和轨迹ID管理思想。能力目标1.能够完成视频读取、逐帧处理和结果保存；2.能够封装YOLOv5目标检测器，输出行人检测框；3.能够调用DeepSort完成行人轨迹追踪；4.能够封装init_deepsort、plot_bboxes、update_tracker等函数并实现视频追踪。素质目标1.培养将检测结果连续化、轨迹化的工程思维；2.培养面对遮挡、漏检和ID切换问题时的分析与调试能力；3.树立严谨记录实验现象、持续优化算法效果的职业习惯。教学重点1.YOLOv5+DeepSort行人追踪流程；2.视频帧读取、检测框转换与追踪器输入输出；3.行人ID、轨迹框和追踪结果绘制。教学难点1.理解卡尔曼滤波预测、匈牙利匹配与DeepSort级联匹配的协同关系；2.处理遮挡、漏检和ID切换对追踪效果的影响。教法与学法讲授法、任务驱动法、讨论法等。教学手段及资源教材、PPT、源码、思维导图、实操视频、JupyterLab环境。学情分析使用教材《计算机视觉技术应用》教学环节（时间分配）教学内容与教师活动学生活动设计意图教学手段课前准备（15min）教师说课-课程整体设计1.课程性质与定位；2.课程教学目标；3.课程教学内容；4.课程教学实施；5.课程考核评价。听讲本次课通过教师对课程标准相关内容的介绍（性质与定位、教学目标、教学内容、考核方式等），学生可对本门课程的学习有所了解。PPT课程导入引导案例：行人闯红灯检测系统中的连续行人追踪。1.引导问题：（1）如果每一帧都能检测出行人，为什么还要进行行人追踪？（引出跨帧ID保持）（2）同一个行人在视频中被遮挡后再次出现，系统如何尽量判断他还是同一个人？（引出DeepSort）自发回答引导问题由案例引出任务，通过引导问题激发学生的学习兴趣和积极性。PPT职业能力目标老师讲解本次任务所要达到的目标。帮助学生梳理各个任务点，为学习指明路径。任务分析1.教师围绕“行人追踪”讲解本任务的要求；2.演示任务5.2的完成效果（基于YOLOv5检测行人位置，并使用DeepSort为行人分配ID、持续追踪轨迹）。听讲教师介绍完任务的结构后，演示任务完成效果，学生将对本任务的要求有一个感性的认识，同时也能吸引其注意力，激发其学习的积极性。PPT任务计划1.引导问题：要让系统持续跟踪同一个行人，我们需要在目标检测结果之外增加哪些处理步骤？2.学生以小组为单位研讨并制定任务计划。听讲、做任务计划通过问题和课程结构介绍，引导学生明确实现本任务所需的知识点和技能点。学生分组研讨制定任务计划，培养其职业能力和团队协作能力。PPT知识储备（35min）DeepSort算法与视觉目标追踪技术概述引导问题1：目标检测结果是单帧的，怎样把不同帧中的行人关联起来？引导问题2：当行人短暂遮挡或检测框消失时，追踪算法如何预测目标位置？1.介绍多目标追踪步骤：视频帧获取、目标检测、特征提取、相似度匹配和ID分配。2.讲解Sort算法中的卡尔曼滤波预测和匈牙利算法匹配。3.重点讲解DeepSort在Sort基础上增加的外观特征、级联匹配和轨迹确认机制。4.讲解视觉目标追踪的基本流程、常见挑战及主要方法。听讲学生通过教师设计的“引导问题”、“练一练”，带着问题学习任务实施所需的知识点，在必要时即时动手实践，可有效地提高其学习的主动性。PPT任务实施（90min）环境搭建——讲解与实操1.讲解pip更新、requirements依赖安装和JupyterLab运行环境。2.学生完成目标追踪所需依赖环境配置。视频基础操作——讲解与实操3.讲解cv2.VideoCapture读取视频、逐帧读取和视频保存方法。行人追踪-目标位置检测——讲解与实操4.讲解目标检测器封装方法，使用YOLOv5输出行人检测框、类别和置信度。行人追踪-目标追踪——讲解与实操5.讲解DeepSort代码结构、参数配置和DeepSort类实例化方法。6.讲解目标轨迹追踪过程，使用检测框更新tracker并输出行人ID。函数封装与视频检测追踪——实操7.学生封装init_deepsort、plot_bboxes、update_tracker函数。8.调用封装函数完成完整视频检测追踪，输出带行人ID和轨迹框的视频结果。分组开展任务实施教材建议的实施步骤遵循工作过程导向的原则。学生参考此步骤实施，可对其职业能力进行培养。培养学生可养成严谨、认真的工作态度以及善于总结的工作方式。教材、PPT、实操视频任务检查与评价（15min）经验分享当天轮到的小组选派代表分析本组实施经验；自评和互评1.小组各成员参照评价标准完成自评；2.完成对其他小组的评价。各组自评、互评学生通过对自己的实施过程和经验的介绍，锻炼自我展示能力。课堂任务单任务小结（5min）任务小结教师总结本任务所学的DeepSort原理、视频帧处理、目标检测器封装、轨迹追踪和结果绘制等知识点与技能点。听讲借助思维导图帮助学生梳理任务学习的主要知识点和技能操作步骤，有助于课后巩固。思维导图任务拓展（2