计算机视觉技术应用 3.2-使用YOLOv3训练文字检测-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教案》课程教案学年度第学期项目名称项目四中文自然场景文字检测及识别项目实战授课教师授课时间课题名称3.2使用YOLOv3训练文字检测授课班级授课类型新授课课时4教学目标知识目标认识Darknet-53网络中的残差（Residual）结构及其作用；了解数据增强（DataAugmentation）在模型训练中的意义等；了解YOLOv3文字检测。能力目标能够学习搭建yolo模型;学习图片检测训练。素质目标培养将复杂系统（如YOLOv3）拆解为模块化代码的工程思维；培养耐心和毅力，能够应对和调试模型训练过程中可能出现的各类问题；教学重点搭建YOLOv3神经网络的核心代码实现；配置训练参数并使用fit_generator启动模型训练。教学难点理解YOLOv3模型中多尺度预测（threepredictheads）的网络结构实现；理解data_generator中实时数据增强的逻辑和代码实现。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、原码、思维导图、实操视频。学情分析使用教材《计算机视觉技术应用教案》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：使用YOLOv3训练文字检测。1.引导问题：（1）如有了“原料”，我们是不是需要一台“机器”（模型）来加工它？这台机器应该如何搭建？（2）机器搭建好后，如何让它学会加工（训练），并最终把学会的“手艺”保存下来？（引出模型训练与保存）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“使用YOLOv3训练文字检测”讲解本任务的要求；2.演示任务4.2的完成效果（展示成功运行的训练过程截图和最终生成的.h5模型文件）。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：使用YOLOv3训练文字检测可能涉及到哪几个步骤？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）基于Darknet-53框架的YOLOv3引导问题：除YOLOv3为什么要输出三种不同大小的特征图？这对于检测图片中大小不一的文字有什么好处？讲解YOLOv3的核心思想、优势及其与骨干网络Darknet-53的关系。结合PPT讲解YOLOv3的多尺度预测原理。Darknet-53网络构成引导问题：为什么深层网络容易“学不动”（梯度消失）？残差网络是如何通过“抄近道”来帮助深层网络学习的？讲解Darknet-53的网络结构，重点讲解其通过卷积降采样的特点。讲解构成Darknet-53的核心部件——残差网络，解释其解决梯度消失问题的原理。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）搭建YOLOv3神经网络——讲解讲解搭建YOLOv3模型的几个核心函数：darknet_body,resblock_body,make_last_layers以及最终的yolo_body，解释各部分在网络结构中的作用。搭建YOLOv3神经网络——实操学生参照和教材，在JupyterLab中执行定义YOLOv3网络结构的代码单元格，并查看模型摘要（model.summary()）。训练图片——讲解整体讲解训练图片的流程：数据预处理与增强、创建数据生成器、设置锚点和类别、配置优化器和损失函数、启动训练、保存模型。训练图片——实操学生跟随指导，分步执行数据增强、数据生成器、模型编译、模型训练及保存权重的相关代码单元格，并观察训练过程的日志输出。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