淺議高校計(jì)算機(jī)視覺課程教學(xué)的創(chuàng)新

種衍文

摘要：計(jì)算機(jī)視覺是利用計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備來模仿生物視覺的技術(shù)，計(jì)算機(jī)視覺課程的建立對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展有著重要的意義?；诖?，本文將著重探討計(jì)算機(jī)視覺課程的特點(diǎn)和高校計(jì)算機(jī)視覺課程教學(xué)的創(chuàng)新策略，主要包括教學(xué)內(nèi)容的選取和工程實(shí)例的選取，以期為當(dāng)前計(jì)算機(jī)視覺課程的教學(xué)提供一些指導(dǎo)意見。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)視覺；課程創(chuàng)新；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）20-0118-02

計(jì)算機(jī)視覺課程是人工智能學(xué)科的分支學(xué)科，對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展有著重要的推進(jìn)作用。隨著時(shí)代的飛速變遷，越來越多的學(xué)生對(duì)這一領(lǐng)域產(chǎn)生了濃厚的興趣，計(jì)算機(jī)視覺課程在信息專業(yè)中也開始占據(jù)重要的地位。如何讓學(xué)生對(duì)這門課程保持長(zhǎng)久的興趣，如何培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力和實(shí)踐能力，是當(dāng)前高校應(yīng)該考慮的問題。經(jīng)過近幾年的教學(xué)實(shí)踐后，很多高校已經(jīng)逐步確定了通過實(shí)際應(yīng)用培養(yǎng)學(xué)生興趣的教學(xué)方法，在滿足學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用需求的同時(shí)，加深了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，這已經(jīng)成為了當(dāng)前高校計(jì)算機(jī)視覺課程教學(xué)的重要模式。

一、計(jì)算機(jī)視覺課程的特點(diǎn)

近年來，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺的應(yīng)用也越來越廣泛，成為了信息相關(guān)專業(yè)學(xué)生的一門必修課。計(jì)算機(jī)視覺課程涉及眾多領(lǐng)域，包括人工智能與模式識(shí)別、應(yīng)用數(shù)學(xué)等，其覆蓋范圍廣，綜合性較強(qiáng)。具體來說，計(jì)算機(jī)視覺課程有以下幾個(gè)特點(diǎn)：一是內(nèi)容廣泛，理論抽象。計(jì)算機(jī)視覺是一門新技術(shù)，隨著時(shí)代的變遷，互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)的更新日新月異，這就使得課程內(nèi)容的更新過快，內(nèi)容廣泛，教師很難在第一時(shí)間向?qū)W生輸送所有的課程知識(shí)。二是計(jì)算機(jī)視覺課程涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，并且所涉及的領(lǐng)域知識(shí)內(nèi)容復(fù)雜，表達(dá)抽象，這對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)來說是一個(gè)較大的障礙。三是實(shí)踐性強(qiáng)。計(jì)算機(jī)視覺課程的知識(shí)內(nèi)容來源于各種專業(yè)不同的領(lǐng)域，操作性極強(qiáng)，學(xué)生只有在具有一定的工程項(xiàng)目綜合能力后，才能進(jìn)行計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用和操作。

二、計(jì)算機(jī)視覺與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理之間的聯(lián)系和區(qū)別

1.計(jì)算機(jī)視覺與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的聯(lián)系與區(qū)別。計(jì)算機(jī)視覺一般輸入的都是圖像或圖像序列，其輸入資料主要來自u(píng)sb攝像頭或是相機(jī)。經(jīng)過處理后，計(jì)算機(jī)視覺輸出的是對(duì)圖像序列和圖像對(duì)應(yīng)的對(duì)真實(shí)世界的一種理解，在這一方面，計(jì)算機(jī)視覺有識(shí)別車牌、人臉的作用。而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)則是一種對(duì)虛擬場(chǎng)景的描述。它一般是由多個(gè)多邊性數(shù)組組成，每個(gè)多邊性有三個(gè)頂點(diǎn)，輸出的是二維像素?cái)?shù)組。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中，人們不僅需要用計(jì)算機(jī)視覺來提高對(duì)物體識(shí)別和姿態(tài)獲取的效率，還需要用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)對(duì)虛擬三維物體的疊加方法。

2.計(jì)算機(jī)視覺與數(shù)字圖像處理的聯(lián)系和區(qū)別。首先，計(jì)算機(jī)視覺與數(shù)字圖像處理之間的聯(lián)系在于數(shù)字圖像處理是計(jì)算機(jī)視覺處理的基礎(chǔ)，而計(jì)算機(jī)視覺的研究成果也可以作為數(shù)字處理的素材。其次，計(jì)算機(jī)視覺與數(shù)字圖像處理之間的區(qū)別在于圖形是一種純數(shù)字化、矢量的單位，而圖像則不僅包括圖形，有時(shí)還包括來自現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)，并且圖形的處理不是一種簡(jiǎn)單的堆積，計(jì)算機(jī)視覺的處理要從圖像中找到一些統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和信息，并做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析。

三、高校計(jì)算機(jī)視覺課程教學(xué)的創(chuàng)新策略

1.以工程應(yīng)用為導(dǎo)向的課程內(nèi)容。鑒于學(xué)習(xí)本課程的學(xué)生在畢業(yè)之后多數(shù)會(huì)進(jìn)入相關(guān)工程企業(yè)或者研究院工作，因此，在對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)時(shí)，高校一方面要考慮到學(xué)生的知識(shí)接受度，另一方面要設(shè)置以工程應(yīng)用為導(dǎo)向的課程內(nèi)容，幫助學(xué)生更好的進(jìn)入企業(yè)或研究院開展工作。高校在進(jìn)行計(jì)算機(jī)視覺課程教學(xué)創(chuàng)新時(shí)，首先要?jiǎng)?chuàng)新課程教材，摒棄以往枯燥的理論書籍，多選取一些實(shí)踐性和應(yīng)用性強(qiáng)的教材。考慮到國(guó)內(nèi)教材的滯后性和學(xué)生基礎(chǔ)的薄弱性，高校應(yīng)該選擇以下兩本書作為學(xué)生的專用教材：一本是我國(guó)著名教授賈云得編纂的《機(jī)器學(xué)習(xí)》，這部教材深刻體現(xiàn)了時(shí)代發(fā)展的教學(xué)要求，書中不僅詳細(xì)講述了計(jì)算機(jī)視覺中的一些基本知識(shí)，包括計(jì)算機(jī)視覺的基本概念、算法及其應(yīng)用，還有一些經(jīng)典的數(shù)字圖像處理方法和視覺應(yīng)用分析，對(duì)學(xué)生了解基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐內(nèi)容有著重要的意義；另外一本是國(guó)內(nèi)外十分推崇的計(jì)算機(jī)視覺著作，它是美國(guó)教授Richard Szeliski教授的作品。該書在2010年出版，獲得了眾多業(yè)界人士的好評(píng)。Richard Szeliski教授是華盛頓大學(xué)的兼職教授，也是微軟研究院交互視覺與多媒體的主任，他對(duì)計(jì)算機(jī)視覺的發(fā)展和未來走向十分清楚，也深刻了解產(chǎn)業(yè)界和大學(xué)需要什么樣的計(jì)算機(jī)視覺課程教材。因此，這本教材面向應(yīng)用，與當(dāng)今最新的科技成果緊密相連，綜合論述了計(jì)算機(jī)視覺在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，展示了計(jì)算機(jī)視覺的最新研究成果和未來的發(fā)展趨勢(shì)。此外，本書中還有詳細(xì)的國(guó)外研究案例和更加深入的應(yīng)用案例，適合學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)。兩本教材都是遵循以工程應(yīng)用為導(dǎo)向的原則，對(duì)學(xué)生開放性思維的培養(yǎng)有著重要的意義。

2.面向科技最新成果的課程定位。計(jì)算機(jī)視覺是一門新技術(shù)，科技創(chuàng)新是其發(fā)展的原動(dòng)力，因此，高校在進(jìn)行課程安排時(shí)，應(yīng)該將當(dāng)今計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的重要的科技成果作為計(jì)算機(jī)課程的基本教學(xué)內(nèi)容。要想以科技最新成果定位計(jì)算機(jī)視覺課程，高校要做到以下兩個(gè)方面：（1）選取涵蓋最新成果的教材。考慮到不同學(xué)生的數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)不一的問題，學(xué)?？梢栽谡n程中補(bǔ)充一些有關(guān)數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)內(nèi)容。在選擇教材內(nèi)容時(shí)，計(jì)算機(jī)視覺課程的內(nèi)容應(yīng)該包括數(shù)字圖像處理、視覺學(xué)習(xí)和模式識(shí)別這三大部分。數(shù)字圖像處理是視覺課程的基礎(chǔ)內(nèi)容，主要向?qū)W生介紹數(shù)字圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺所涉及的一些基礎(chǔ)知識(shí)，包括圖像的分割和檢測(cè)、圖像濾波的處理等。數(shù)字圖像處理是整個(gè)計(jì)算機(jī)課程學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)內(nèi)容，其課時(shí)可占總課時(shí)的二分之一。其次，視覺部分是近幾年來計(jì)算機(jī)視覺的最新科技成果，內(nèi)容主要包括攝像機(jī)的幾何設(shè)定和計(jì)算機(jī)攝影機(jī)的序列處理等。作為最前沿的科技領(lǐng)域，視覺部分將會(huì)是該課程后期的重點(diǎn)內(nèi)容，與實(shí)踐作業(yè)緊密結(jié)合。而模式識(shí)別則更多的是新技術(shù)的一種工程應(yīng)用，學(xué)生會(huì)更多的涉及到實(shí)踐操作，更好的培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。（2）強(qiáng)化學(xué)生自學(xué)和調(diào)研能力。課程調(diào)研和實(shí)踐是信息專業(yè)學(xué)生強(qiáng)化能力的重要方法之一，高?？梢栽谡n程項(xiàng)目中引入新技術(shù)的探究，在使課程在具有基礎(chǔ)性、研究性的同時(shí)，具有一定的前沿性，還能讓學(xué)生在第一時(shí)間了解到最新的科技成果和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。在課程調(diào)研和實(shí)踐中，高校必須要強(qiáng)化學(xué)生的自學(xué)和調(diào)研能力，在調(diào)研時(shí)給每一個(gè)小組安排一位高年級(jí)研究生作為指導(dǎo)，每組學(xué)生獨(dú)立完成任務(wù)，高年級(jí)研究生只做引導(dǎo)和輔助的作用。學(xué)生在自我設(shè)置調(diào)研程序，查找資料，理解和熟悉相關(guān)程序的時(shí)候，能夠更加掌握最新科技成果的內(nèi)容，同時(shí)還提高了學(xué)生的自學(xué)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

3.工程實(shí)踐化的教學(xué)形式。工程項(xiàng)目綜合能力是信息專業(yè)的學(xué)生必須具備的素質(zhì)之一，因此在計(jì)算機(jī)視覺課程的教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力是教學(xué)目標(biāo)之一。高?？梢圆扇∫韵聝煞N方法：（1）選取適當(dāng)?shù)墓こ虒?shí)例。對(duì)于信息專業(yè)的學(xué)生而言，計(jì)算機(jī)視覺課程各個(gè)獨(dú)立的算法和方法較多，彼此沒有過多的聯(lián)系。這對(duì)學(xué)生來說過于抽象，不易理解，因此教師不應(yīng)當(dāng)僅僅限于知識(shí)的傳授，還應(yīng)該選取一些適當(dāng)?shù)墓こ虒?shí)例，將知識(shí)體系串聯(lián)在一起，加深學(xué)會(huì)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。例如，在教學(xué)過程中，教師可以著重介紹手機(jī)制造的例子。手機(jī)是現(xiàn)在學(xué)生十分熟悉的產(chǎn)品，用手機(jī)舉例更加貼近學(xué)生的生活，教師可以詳細(xì)介紹手機(jī)鍵盤和主板的制造過程，并在這一過程中將所學(xué)的算法和理論融合進(jìn)去，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。其次，教師在手機(jī)講解時(shí)，還可以引導(dǎo)學(xué)生思考類似的產(chǎn)品制造，從而引出數(shù)碼相機(jī)的制造原理，和學(xué)生一起探討其制造算法。這種做法不僅可以幫助學(xué)生學(xué)習(xí)，還可以讓學(xué)生拓寬思路，發(fā)散思維，不斷創(chuàng)新計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域。（2）選擇合適的實(shí)際應(yīng)用。計(jì)算機(jī)視覺課程是一門實(shí)踐性和操作性極強(qiáng)的學(xué)科，因此，為了學(xué)生更好的學(xué)習(xí)，教師要將理論工程實(shí)踐化，選擇合適的實(shí)際應(yīng)用來提高學(xué)生的實(shí)踐能力。教師可以安排學(xué)生進(jìn)入手機(jī)制造廠房，給學(xué)生上一堂別開生面的實(shí)踐課，詳細(xì)介紹每個(gè)制造流程，并向?qū)W生不斷拋出與課程有關(guān)的問題，引發(fā)學(xué)生的思考，比如選擇什么樣的模板匹配法可以更為簡(jiǎn)單。學(xué)生在不斷的解答和提問中，對(duì)學(xué)科知識(shí)的了解也會(huì)逐步加深。其次，高?？梢越ｉT的實(shí)訓(xùn)基地，學(xué)生可以在基地里實(shí)踐操作，將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)物，親自嘗試做出模型，這種做法可以極大地提高學(xué)生的實(shí)踐能力，使學(xué)生更快的將理論轉(zhuǎn)化為實(shí)際。

四、結(jié)語

在新形勢(shì)下，高校應(yīng)不斷創(chuàng)新計(jì)算機(jī)視覺課程的教學(xué)模式，并以此展開教學(xué)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。將工程應(yīng)用和科技最新成果結(jié)合的教學(xué)模式，有利于解決理論和實(shí)踐相脫節(jié)的問題，在增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生獨(dú)立分析能力的同時(shí)，還使學(xué)生接觸了國(guó)際最新的研究成果，拓寬了學(xué)生的思路，這對(duì)學(xué)生未來的發(fā)展有著重要的意義。

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