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计算机视觉教程范文1
【关键词】视觉传达专业；教学改革；图像处理软件
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1007-0125（2015）12-0202-01
PhotoShop图像处理软件（简称PS）作为视觉传达专业的基础课程，要求学生熟练掌握每一个工具操作。所以，作为教师应当仔细研究工具的含义、命令的操作使用，同时也应结合社会人才发展需求，采用实际案例与课程相结合，让学生学习不至于过于老套。
一、现今教学课程分析
（一）课程设置不合理。学生接触PS时，基本都在大二阶段，刚刚开始拥有自己的电脑，对电脑的相关性能、使用方式不太熟练，老师开始只讲授相对简单的命令，加上一些命令操作需要时间去记住，在绘制一些图像时可能处理不十分到位。
（二）实际操作环节少。PS软件在很多设计领域中被广泛使用，伴随软件自身的不断更新，也增添更多新的功能，使软件本身更加人性化。学生在大学之前几乎没有接触相对专业的图像处理软件，因此对软件掌握及熟练程度存在差异性，以至于后期的专业能力提高也各不相同。
（三）教学方法陈旧。以往的PS软件教学，是教师按照选定教材的内容与章节，按步骤讲述，从基本理论概述到定义，逐步演示，教师在讲授命令之后让学生上机操作习题练习。这样，会让学生脱离社会实践，单一模式的习题会让学生失去学习兴趣，只会按照教师讲授去操作，不会利用所学工具，发挥主观思维活动，思维创意更无从讲起。
二、教学改革的方法
（二）注重专业基础与课程紧密结合。PS课是视觉传达专业的基础课程，也是学生学习软件的重要工具，对于以后学习其他图像处理软件的提升有举足轻重的作用。学生需要掌握软件的相关操作方法，结合社会实践，才能更好地将图像处理得更加符合实际需要，同时PS软件也与其他专业课程紧密联系，如书籍装帧设计，招贴设计。对于后期的学习，将PS作为“第三只手”服务于创意思维极为重要，在专业课程中，利用对这些相关软件的掌握程度，学生可以创作出有设计理念的艺术作品。因此，要有针对性的安排PS课程，让基础专业课与专业课程做上下融合的讲授，让学生明白，软件操作学习的必要性和重要性，对视觉传达专业有更新更深刻的认识与了解。
（二）探索新的教学方法。第一，教师应当掌握学生认识新事物的规律，采用阶段式的教学方法，常规的PS课程教授方法都是对每个工作操作步骤讲述，禁锢了学生对工具的发散性使用，不利于学生对软件的操作方法的掌握。教师应当要遵循先易后难的认识规律，将PS的教学内容安排重新调整，分成基本操作、应用操作，综合操作三个部分，层层递进，由浅至深逐一讲解，让学生体会到每个工具的基本使用性和实践操作性的区别。第二，针对视觉传达专业的社会市场需求为主体教学任务，教师应在三个组成部分上探究哪个部分最为重要，因为PS作为本专业的核心软件，涉及到多门课程的图像处理，如版式设计的布局安排要应用PS做最终修订，包装设计的表现元素需要PS的特殊处理，书籍编排的软件需要学习等等。可见PS课程是整个专业的重要课程。第三，应采用实际与案例相结合的方式讲解工具的使用。以往大都是讲授书中的列子，这样学生不能进行现实的实际操作，因此，教师应该挑选社会单位正在设计应用的案例作为讲解内容，把每个相关的命令融合在一个案例讲解，使得工具与工具之间产生联系，培养学生的逻辑思维，加强学生的认识，提高学生的学习兴趣。
三、教学模式新的探究
在教学模式下，将真实案例融入教学内容中，培养学生的动手操作能力，科学合理地设计教学项目，以项目引导教学使学生的操作能力得到提高。
第一，理论教学与演示，教师可以结合企业案例进行相关知识点的讲解，引导学生对案例的分析，获取相关的知识点和了解容易出现问题的地方，让学生明确课程中需要掌握的能力目标和知识目标，激发学生的学习热情。第二，动手操作。教师讲解演示后，学生上机操作，在已经学到的工具使用方法上由浅至深，单独完成设计效果图的设计，也会对后期的材料有深刻地认识。第三，模拟实践，学生在完成之前的步骤上安排一个仿真的设计项目，提升学生的综合实践能力。
四、结束语
如今的信息时代飞速发展，教师要培养多方面人才，就要尝试新的教学模式，优化教学方法，引导学生走向社会的职业之路，成为有特色的、高质量的艺术人才。
参考文献：
[1]朱晓丽，高职建筑识图与CAD课程改革探索与实践[J].济源职业技术学院学报，2013（4）.
计算机视觉教程范文2
一、计算机视觉检测技术含义
计算机的视觉又叫做机器视觉，通过利用计算机或者是其他的一些机械设备来帮助人们视线事物到图片的过程，从而进行三维世界的感知活动。计算机的快速发展，离不开神经心理学，心理学和认知科学方面的研究和发展，计算机视觉检测技术的发展方向就是对周围的三维空间进行感知和分析。一旦能够拥有这种能力，计算机不仅能感知到周围的总体环境，而且，还能够具有对物体进行描述，识别理解和储存的能力。
二、计算机视觉检测的基本原理
要实现人工智能对视觉的计算机处理是很重要的方面在计算机视觉应用领域中如果要让我们的计算机明白图像的信息就必须经过一系列的处理过程―――数字图像处理.数字图像的处理包括5个步骤：图像预处理（去除噪声）、分割处理分割后区域、测量、图像判读、图像技术.根据抽象程度和处理方法的不同图像技术可分为三个层次：图像处理、图像分析和图像理解.这三个层次的有机结合也称为图像工程.而计算机视觉（Computer vision）则是用计算机实现人的视觉功能对客观世界三维场景的感知、识别和理解.视觉检测按其所处理的数据类型又大致可分为二值图像、灰度图像、彩色图像和深度图像的视觉检测.另外还有X射线检测、超声波检测和红外线检测。
作为新兴检测技术计算机视觉检测充分利用了计算机视觉研究成果采用像传感器来实现对被测物体的尺寸及空间位置的三维测量能较好地满足现代制造业的发展需求.与一般意义上的图像处理相比计算机视觉检测更强调精度、速度和无损性以及工业现场环境下的可靠性.例如基于三角法的主动视觉测量理具有抗干扰能力强、效率高、精度合适等优点非常适合制造业生产现场的在线、非接触产品检测及生产监控.对人类视觉感知能力的计算机模拟促进了计算机视觉技术的产生和发展制造业上获取这些信息的目的有：（1）计算出观察点到目标物体的距离；（2）得出观察点到目标物体的运动参数；（3）甚至可以判断出目标物体的内部特性；（4）推断出目标物体的表面特征有时要求形成立体视觉。
三、亚像素检测技术
随着工业检测等应用对精度要求的不断提高，像素级精度已经不能满足实际检测的要求，因此需要更高精度的边缘提取算法，即亚像素算法。亚像素级精度的算法是在经典算法的基础上发展起来的，这些算法一般需要先用经典算法找出边缘像素的位置，然后使用周围像素的灰度值作为判断的补充信息，利用插值、拟合等方法，使边缘定位于更加精确的位置。现在的亚像素提取算法很多，如重心法、概率论法、解调测量法、多项式插值法、滤波重建法、矩法等。由于这些算法的精度、抗噪声能力和运算量各不相同，他们的应用场合也是各不相同的。
边缘是图像的基本特征，所谓边缘是指图像中灰度存在阶跃或尖顶状变化的像素的集合，边缘广泛存在于物体与物体、物体与背景之间。图像测量是通过处理被测物体图像中的边缘而获得物体的几何参数的过程，边缘的定位精度直接影响最终的测量结果。因此，图像边缘提取方法是检测的基础和关键之一。在视觉测量领域中，早期使用的都是像素级边缘检测方法，例如常用的梯度算子、Lapacian算子和门式算子等。以上的边缘检测方法的精度可以达到像素级精度，即可以判断出边缘位于某个像素内，但不能确定边缘在该像素内的更精确的位置。如果一个像素对应的实际长度较大，就会产生较大的误差，传统的整像素边缘检测方法就不再适用。
四、计算机视觉检测技术在机加工零件检测中的应用要素与过程
（一）曲阵CCD相机
面阵CCD是本项目图像采集系统中的主要设备之一，其主要功能是采集实验图像。该CCD相机主要由CCD感光芯片、驱动电路、信号处理路、电子接口电路和光学机械接口等构成。
（二）工业定焦镜头
在图像测量系统中，镜头的主要作用是将目标聚焦在图像传感器的光敏面上。镜头的质量直接影响到图像测量系统的整体性能，合理选择并安装光学镜头是图像测量系统设计的重要环节。
（三）数字图像采集卡
随着数字信号处理技术和嵌入式处理器技术在图像采集卡中的应用，使得图像采集卡向高速度、多功能和模块化方向不断发展。这类图像采集卡不仅具有高速图像采集功能，同时还具备部分图像处理功能，因此又可以称之为图像处理卡。
（四）标定板
为提高测量精度，需要进行摄像机标定。标定过程中，采用NANO公司的CBC75mm}.0型高精度标定板，外形尺寸为75mmx75mmx3.0mm，图形为棋盘格，其尺寸为2.0mmx2.0mm，精度为1级，即图形尺寸精度与图形位置精度为。
（五）背光源
背光方式只显示不透明物体的轮廓，所以这种方式用于被测物需要的信息可以从其轮廓得到的场合。因此，为精确提取轴的图像中的边缘特征，需采用背光源。为使图像边缘更锐利，光源颜色选择红色。
五、结语
随着计算机技术和光电技术的发展，已经出现了一种新的检测技术―基于计算机视觉的检测技术，利用CCD摄像机作为图像传感器，综合运用图像处理等技术进行非接触测量的方法，被广泛地应用于零件尺寸的精密测量中。本文以面阵CCD为传感器，研究了零件在线测量的方法，实现了零件尺寸的图像边缘亚像素定位测量，对面阵CCD在高精度测量方面的应用作了进一步的探索和研究，为面阵CCD在复杂零件尺寸高精度测量的实现打下了基础。
【参考文献】
计算机视觉教程范文3
关键词 火焰；视频识别；OpenCV；自动报警
中图分类号X959 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）79-0206-02
0 引言
火灾是人类不容忽视的最严重灾难之一。通常情况下，火灾探测技术如感烟探测器、感温探测器等主要是基于传感器检测技术设计的。但在大空间场所受其跨度大、空间高的特点影响，对火灾初期产生的热量和烟雾触发报警器造成很大难度。随着安防监控科技的不断发展，火灾的视频探测成为可能，并且该技术能有效克服传统探测技术在高大空间等场合灵敏度下降的缺点，具有响应快，探测及时，信息丰富直观的优点。
1 火灾视频探测技术
火灾视频识别即通过计算机硬件或数码感光元器件对火灾发生前期的火焰等视频进行图像采集和预处理，并由计算机终端通过模式识别的方法判断监控画面中是否存在火焰或者烟气等与火灾相关的事物。基于图像处理的火灾监控方法利用了火灾刚刚发生的短时间内火焰或烟气的图像在颜色、形状、位置、面积等随时间变化的特性，从含有背景噪音的图像序列中正确识别相关信息，达到火灾监测的目的。
图1 中描述了火灾视频识别系统的硬件组成，首先通过图像收录设备摄像机B对监控现场A进行图像采集，然后通过图像采集卡C获取视频图像信息并将其进行存储，将图像信息传输给计算机D，计算机系统主要通过计算机软件对图像信息进行处理、识别，判断图像信息是否属于火灾，如果属于火灾，报警器E则会进行报警提示。
2 VC++ 6.0和OpenCV 简介
VC++ 6.0即Visual C++ Microsoft公司开发的一种具有高度综合性能的软件开发工具。用它开发出的程序具有运行速度快、可移值能力强等优点，在对数字图象进行处理时经常是采用Visua C++进行编程。
开放源代码的计算机视觉类库OpenCV （Intel Open Source Computer Vision Library ）由英特尔公司开发， 它是一套可免费获得的由一些C 函数和C ++类所组成的库， 用来实现一些常用的图像处理及计算机视觉算法。采用OpenCV实现火灾视频识别可以很好的体现OpenCV运行速度快、稳定、跨平台、接口灵活、交互性强、易于产品化等特点。针对火灾的图像处理的如图像分割、特征提取、图像滤波、图像识别等技术及其相应算法目前也较成熟。
3 基于OpenCV的火灾视频识别系统
如图2为基于OpenCV的火灾视频识别系统框图，分为火焰图像获取系统、图像识别系统、火灾报警联动系统。火焰图像获取系统主要通过摄像机的光敏器件CCD，将外界影像的光信号转变为数字图像信号。然后，进入主要由计算机软件组成的图像识别系统进行图像采集、预处理、特征提取及图像识别。图像预处理即过程采用中值滤波方法抑制或消除噪声而改善图像质量的平滑过程。
4 火灾火焰的图像特征分析
在火灾发生发展阶段，对火灾现场的视频识别主要是基于火焰图像的基本特性来实现的。火灾是一种失去控制的燃烧，初期火灾的火焰是从无到有是非固定的，不同发展阶段火焰的面积、形状、尖角、颜色、频闪等都存在一些视觉特征。
1）面积变化：早期火灾是着火后火灾不断发展的过程。在这个阶段，火灾火焰的面积呈现连续的、扩展性的增加趋势。在图像处理中，面积是通过取阈值后统计图像的亮点（灰度值大于阈值）数实现的。当其它高温物体向着摄像头移动或者从视野外移入时，探测到的目标面积也会逐渐增大，容易造成干扰。因此，面积判据需要配合其它图像特性使用；
2）边缘变化：早期火灾火焰的边缘变化有一定的规律，同其它的高温物体及稳定火焰的边缘变化不同。精确的方法是用边缘检测和边缘搜索算法将边缘提取出来，根据边缘的形状、曲率等特性对边缘进行编码，再根据编码提取边缘的特征量。利用这些特征量在早期火灾阶段的变化规律进行火灾判别；
3）形体变化：早期火灾火焰的形体变化反映了火焰在空间分布的变化。在早期火灾阶段，火焰的形状变化、空间取向变化、火焰的抖动以及火焰的分合等，具有自己独特的变化规律；
4）闪动规律：火焰的闪动规律，即亮度在空间的分布随时间变化的规律，火焰在燃烧过程中会按某种频率闪烁。在数字图像中就是灰度级直方图随时间的变化规律。
5 视频序列的运动检测
视频监控场景中多数物体在固定摄像机下所采集的视频序列是静止的，但火焰呈现的则是运动特性。
视频监控中的运动检测就是在视频序列中不断发现并提取运动目标，实时跟踪它们并计算出其轨迹，为下一步特征分析等提供数据。
目前，目标检测和提取算法分为帧间差法、背景差法、高斯模型法及光流法等。
运用OpencCV函数对火焰图像进行灰度化处理，主要函数：gray=cvCreateImag（cvGetSize（m_image），8，1）；cvCvColor（m_image，gray，CV_BGR2GRAY）效果如图3。
进行二值化处理，加快处理速度并能将火焰与背景分开，主要函数：cvThreshold（gray，gray，0，255，CV_THRESH_OTSU） 效果如图4。
运用canny算法进行边缘检测，突出纹理信息，主要函数：cvCanny（gray， edge，（float）edge_thresh，（float）edge_thresh*3， 3） 效果如图5。
6 结论
通过对实验火焰视频图像的采集，运用OpenCV库函数对图像进行灰度化处理、二值化处理以及火焰的边缘检测，验证了OpenCV库函数在火焰图像预处理、特征提取及边缘检测上的可行性和准确性，为后期判定火焰的存在打下良好基础。
参考文献
[1]刘瑞祯，于仕琪.OpenCV教程—基础篇[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
计算机视觉教程范文4
关键词：OpenCV；DMD；VC++6.0；视频播放程序；USB
中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）34-8283-02
DMD （Digital Micromirror Device）[1-3]视频播放程序开发工作量很大，它需要将普通视频格式数据进行读取和处理操作。将每一帧数据转换成DMD播放所需要的1024*768的8位深度的灰度图像。如果视频帧的读取、拉伸变换、灰度转换等程序都自己亲手从底层去编写，将会浪费大量时间和精力。OpenCV[4-8]提供了非常丰富的开源图像处理函数，在VC++6.0 编译环境下装载OpenCV图像处理算法库，为机器视觉、数字图像处理提供了极大的便利。
因此，该文提出了一种基于OpenCV的视频播放程序开发的方法，通过调用OpenCV函数库中的图像处理函数实现视频数据的一系列操作，缩短开发时间，提高科研工作效率。给出了DMD视频播放程序开发实例，可以对任意格式AVI视频数据实现读取与图像处理操作，最终实现DMD与操作程序界面同步播放。
1 系统功能需求
1.1视频播放程序功能需求
视频播放程序功能需求主要如下：
1） AVI视频载入，选择计算机上的AVI视频载入到播放程序中；
2） 设置播放速度，即帧率，可以实时的控制视频的播放速度；
3） 视频播放的基本操作主要包括播放、停止与暂停；
4） 视频USB通信状态显示，以便观测视频是否成功发送至DMD播放器。
1.2视频播放程序工作流程
该DMD视频播放软件主要工作流程是：用户载入计算机中的AVI格式视频，读取视频的基本信息（主要是帧数），抽取需要播放的视频帧图像；先进行线性拉伸变换转，将其换成1027*768大小的图像，再将其转换成8为灰度图像；将设置播放速度，通过USB将该图像数据传送至DMD供其播放，同时将该帧图像显示到程序主界面的图像控件中，实现视频的同步播放。其基本操作流程图如图1所示。
2 视频播放程序开发实例
开发环境：Windows XP Microsoft Visual C++ 6.0 OpenCV 2.0
在VC++ 6.0中创建基于对话框的MFC AppWizard（exe）工程，程序主界面如图2所示。
1） 视频播放与图像显示区域：显示播放的视频、图像；
2） AVI播放控制：
① 点击“打开”按钮，弹出打开文件对话框，选择要播放AVI视频文件；
② 点击“播放”按钮开始播放视频。点击“暂停”按钮可以暂停播放，停止在当前帧。再次点击“播放”按钮继续播放。点击“停止”按钮，停止播放，并回到视频第一帧；
③ 滑动滑块可以实时调节播放速度（15～25帧/秒）；
3） 状态显示：显示系统工作状态；
① USB连接测试时，显示是否连接成功；
② 播放视频时，显示每一帧图像是否发送成功；
③ 播放图片时，显示图片是否播放成功。
4） USB控制：USB连接测试、播放图片、清空显示、退出程序操作。
主要操作实现代码如下：
① 打开AVI视频操作：打开对话框查找计算机中AVI视频文件
② 抽取播放帧图像信息：
③ 帧图像处理：将图像转换成8位1024*768大小灰度图像
④ 操作界面视频播放
⑤ USB传送1024*768的8位灰度图像至DMD播放
调用系统函数bOpenDriver （…）建立程序与DMD播放器的连接；通过DeviceIoControl（…）函数实现将图像数据发送至DMD播放。
3 总结
本文介绍了基于OpenCV的DMD视频播放程序开发实例，实现了AVI视频数据的读取、处理与实时播放。利用OpenCV中的函数使得视频数据读取、处理、播放问题变得简单，大大节省了程序开发时间，具有很强的实用价值。
参考文献：
[1] 静娴，吴荣治.数字微镜器件（DMD）[J].液晶与显示，2003，18（6）：445-449.
[2] 余卿，余晓芬，崔长彩.单光源双光路激光并行共焦测量系统设计[J].光学精密工程，2013，21（2）：281-286.
[3] 徐正平，王德江，黄厚田，等.数字微镜器件视频显示性能分析[J].液晶与显示，2013，28（2）：255-260.
[4] 陈胜勇，刘盛等.基于OpenCV的计算机视觉技术实现[M].北京：科学技术出版社，2008.
[5] 刘瑞祯，于仕琪.OpenCV教程：基础篇[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
[6] 马桂珍，朱玲赞，段丽.基于OpenCV的视频应用程序的开发方法[J].现代电子技术，2007（2）：65-88.
计算机视觉教程范文5
关键词:人工智能;专家系统;ARM;单片机
人工智能(AI)[1]是计算机科学的重要分支,是计算机科学与技术专业的核心课程之一。本课程在介绍人工智能的基本概念、基本方法的基础上,主要是研究如何用计算机来模拟人类智能,即如何用计算机实现诸如问题求解、规划推理、模式识别、知识工程、自然语言处理、机器学习等只有人类才具备的“智能”,本课程重点阐明这些方法的一般性原理和基本思想,使得计算机更好得为人类服务。
1人工智能课程体系
人工智能主要研究传统人工智能的知识表示方法,包括状态空间法、问题归约法谓词逻辑法、语义网络法、框架表示、剧本表示等;搜索推理技术主要包括盲目搜索、启发式搜索、消解原理、规则演绎算法和产生式系统等。
人工智能的研究论题包括计算机视觉、规划与行动、多Agent系统、语音识别、自动语言理解、专家系统和机器学习等。这些研究论题的基础是通用和专用的知识表示和推理机制、问题求解和搜索算法,以及计算智能技术等。
人工智能课程在我校计算机科学与工程学院是作为大三年级的一门专业选修课开设,总共学时数为:60(其中理论学时为36,实验学时为24),随着计算机技术的不断更新发展,人工智能的应用领域变得越来越广,因此人工智能(AI)这个学科已不再陌生,很多学生对其充满兴趣,所以在选课人数上远远超过其他选修课的人数,另外结合我校的实际情况,部分理论或实验设计项目可以与其他相关专业结合起来而应用。
2人工智能教学实践
50多年以来,人工智能获得很大的发展,已经引起众多学科和不同专业背景学者们的日益重视,成为一门广泛的交叉和前沿科学,但是到目前为止人工智能至今仍尚无统一的定义,要给人工智能下一个准确、科学和严谨的定义也是困难的。
由于人工智能[2]是一门交叉性的学科,涉及到了控制论、语言学、信息论、神经生理学、心理学、数学、哲学等许多学科。所以该学科具有知识点多、涉及面广、内容抽象、不易理解、理论性强、需要较好的数学基础和较强的逻辑思维能力等特点,导致了在教学过程中老师讲得吃力、学生听得吃力。尽管在多年的教学过程中积累了一些经验,但是对于如何把握这门课程的特点,提高学生的学习兴趣,帮助学生更好的理解这门课程,目前仍然有很多问题需要研究解决。
目前在整个教学过程中存在的主要问题[3]是:
1) 教学内容陈旧,部分参考书相关内容或案例都过于陈旧。在整个教学过程中,多数教学案例涉及到人工智能理论的高级应用――机器人,目前在国际及国内机器人的水平已经达到相当高的水平,但是部分教科书中仍沿用关节型机器人为例,教学内容稍显陈旧。
2) 教材难易程度不均匀,部分章节学生难以理解。由于人工智能课程的部分章节,本身就可以独立成一门课程,但由于是面向本科生的内容,因此很多内容压缩于一章来讲解,同时由于课时所限,完全不能将相关的内容讲透讲通;例如:神经计算中的神经网络,与模糊逻辑控制的相关理论与应用。
3) 教学手段单一,教学过程中缺乏师生之间的沟通与交流。经过自己的实践教学及对兄弟院校的人工智能的教学内容与教学手段的调研,同时也在学生之间进行沟通交流,发现多数同学反映,理论与应用虽然前沿,但是在学习过程中,教师教学手段单一,内容枯燥乏味,一般的教学模式,多采用“老师讲,学生听”的方法,整个教学效果并不理想。
4) 考核方法不科学,不能体现学生实际的学习情况。目前对于课程学习的考核采用闭卷考试的方式,很多考点有的同学根本不理解,完全死记硬背,考后又将内容丢弃,从学习的效果来讲,收获甚微且完全没有达到真正学习及应用的能力。
3教学方法改进
3.1注重激发学生的学习兴趣
科学家爱因斯坦曾说过:“兴趣是最好的老师。”如何在教学工作中激发和培养学生的学习兴趣,提高他们学习的主动性和积极性是当前教学改革中迫切需要解决的重要问题。
在实际的课堂教学中发现,刚开始听课由于有兴趣学生整体学习的积极性很高,但是一段时间过后发现部分学生由于教学内容抽象,难点比较多,不便于理解,兴趣日渐变少,针对此种情况,可以采用任务驱动式教学或案例教学。
例如:在讲专家系统章节时,在授课之前先通过互联网,采取案例教学法,给学生们实时在线演示一个医疗专家诊断系统,演示其中的功能,同时与学生互动,以问答式与学生互动,了解目前专家系统的具体应用、可以解决的问题、给人民生活带来的益处等。通过这种教学的形式,一方面可以激发学生的学习兴趣;另一方面也使同学们体会到人工智能与我们生活的贴近程度。第二步,采用任务驱动法,具体来说,它是指教学全过程中,以医疗专家诊断系统若干个具体任务为中心,通过完成任务的过程,介绍和学习基本知识和具体设计方法。
3.2注重教材选择
这一任务的执行者主要是由教研室主任或任课老师来完成。目前在各高校中所使用的人工智能相关教材的种类繁多,章节和内容的设置上也存在差别。笔者在订阅教材或参加教材展销的活动中,都比较重视人工智能教材的情况,通过比较发现,有的教材内容及难度太低,完全不符合高等本科院校的要求,而部分出版社的教材则是内容及章节安排内容太多太泛,有些知识点讲的又过于深奥,限于学时所限也不适合选用。在选教材方面,除了关注内容方面外,还要注重书上所讲的一些实例,注重这些例子的典型性、时效性及新颖性,例如,部分教材在自动规划这一章,选用机械手作为例子来说明积木世界的机器人规划问题,还有一些选择关节机器人,前些年这样的机器人技术确实是个难点,但是依据现在成熟的机器人技术,无论是国际还是国内都已不再是技术难点,再拿这个例子去配合理论去讲解,无论内容还是形式都稍显陈旧,目前机器人技术发展水平基本上达到尽可能高仿真状态。
3.3运用现代化的多媒体教学手段
针对人工智能课程相关内容比较抽象,公式推导比较繁琐,除了具有完善的教学大纲、合理的教学计划以及好的教材外,还应该根据学校的实际硬件条件尽可能地选择多媒体教学手段来辅助教学。因此在实践教学中,配合教学内容,充分利用计算机、投影仪以及互联网的优势,结合多种教学方法与手段组织整个教学过程。例如:在讲述搜索推理技术时,使用一些小的演示软件,将相关推理技术的理论通过动画的形式一步一步演示出来;在讲专家系统相关理论知识时,尤其是各种类型的专家系统,采用互联网上的一些在线视频资源为例,给同学进行详细讲解,同时结合农业院校的特点,在线资源有如农业专家系统或动物专家诊断系统等,这样学生可以加强对理论知识的理解,同时也体会到理论不再是抽象空洞的文字描述;在自动规划这一章,给同学们选择演示发达国家目前研制的各种类型机器人,通过这些形象生动、行为举止逼近真实人的机器人来给学生讲理论,这样学生通过观看视频资源,不仅可以拓宽知识面及视野,同时也可以及时地了解国际及国内机器人的发展水平及差距,不断更正自己的错误观点并更新自己新的专业认识,另一个方面也可以同时激发学生们的学习热情和积极性,这一点在课堂实践教学中得到验证,得到广大同学的认可和接受,整个教学课堂不再那么单调枯燥呆板了,基本可以达到在娱乐中传授专业知识。
3.4加强对实验教学的重视
目前高校在人工智能的教学过程中,实验所占的学时比较少,有的甚至就不安排实验课学时;另外实验内容也相对比较简单,应用不到理论课堂上所学到的人工智能原理,实验效果不是很好。面向人工智能课程的程序设计语言,多采用Prolog程序设计语言,该语言是一种基于一阶谓词的逻辑程序设计语言,它在AI和知识库的实现技术方面具有十分重要的作用,具有表达力强、表示方便、便于理解、语法简单等优点。但在整个实验教学环境也遇到了如下问题:首先是目前有关人工智能的专门配套实验教程很少;其次是即使有诸如《面向人工智能程序设计Prolog》教程,则主要是侧重介绍这门自然语言的程序设计,而其中很多部分与AI实验环节关联度不大,另外教材价位也比较高。针对此种情况,笔者在24个学时的实验教学过程中,安排7个实验内容,其中最后一个专家系统的设计与实现作为一个综合性实验来设计。在进行实验教学的过程中,首先参考多本Prolog程序设计教程,选择其中与实验教学计划中相关的内容,专门编写相应的电子教程,同时也结合我校学生本身的特点[4],有侧重地体现和编写,总的目的是给学生一份完整的、系统的、规范的电子教程。这样做的目的是:一方面作为学生参考的技术文档;另一方面也可以节省学生的部分经济开支。电子教程的结构分为三个部分来完成,首先为人工智能理论及原理,Prolog语言的使用说明;其次具体的例子演示(均经过调试正常运行);最后为布置给学生具体的实验内容及相关题目,以提供给学生自己动手实践的机会。此外在实验教学过程中,同时也会给学生们自由发挥的机会,比如专家系统的设计与实现作为一个综合性实验,学生可以采用Prolog编程实现,也可以采用其他自己擅长的程序设计语言,例如有的同学选择C语言、VC++、Visual Basic、Java及网页开发设计语言ASP/JSP等,此外在实验内容方面,实验递交的专家系统涉及多个领域(有动物辨别、医疗诊断、动物养殖咨询等专家系统)、范围也颇广,实验内容重复性很小,在设计过程中,绝大部分同学均是结合自己的兴趣爱好来完成设计。
4结语
人工智能的研究成果将能够创造出更多、更高级的智能“制品”,并使之在越来越多的领域超越人类智能,同时将为发展国民经济和改善人类生活做出更大的贡献。作为一名当代的大学生有必要学好这门课程,但是根据实际教学情况,教师与学生仍然需要继续进行相应的研究与发展,只有不断地探索和提高,才能使我们的教学工作更上一层楼,才能培养出符合时代和社会需求的人才。另外人工智能与农业等方面存在很多结合应用的契机,这样计算机就可真正地服务于社会、服务于人类、服务于农业、应用于农业、发展农业。
参考文献:
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Study of the Artificial Intelligence Teaching Methods
HAN Jie-qiong1, YU Yong-quan2
(1. School of Computer Science and Engineering, Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225, China;
2. School of Computer, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510075, China)
计算机视觉教程范文6
关键词：视频监控；开发实验室；校园一卡通；管理系统
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）03-00-03
0 引 言
随着教学改革的不断深入， 各高校逐步开展实验室的开放建设工程[1]，实验室的开放不仅能为学生提供更多自主发展和实践锻炼的空间，还能极大地提高仪器设备的利用率，在时间和空间上弥补设备数量的不足。目前高校开放实验室一般采用人工管理或者“ID+密码”的管理模式[2]，这种模式需要使用者记忆密码、 账号， 这不仅增加了记忆负担， 也容易被冒名顶替[3]。此外，也有高校采用控制机柜来控制实验设备供电， 这种方式不但增加了实验室布线的难度， 也不利于实验室的改建。
基于以上问题，本文提出了一种基于视频与校园一卡通的实验室管理系统。本系统以Cortex-A9核为核心，可同时从四个USB接口摄像头获取视频并对其作出三种处理：（1）将视频在高清电视上显示，方便学生们相互监督；（2）通过网络同时将视频传输到服务器，对实验室实现远程监控；（3）对采集到的视频进行处理，对开放实验室中人员有无和一些特殊状况作出报警提示或控制相关设备工作。以上措施有助于提高实验室的安全性和管理效率，为实验室高智能、高效率地全天候开放提供保障。
1 系统整体设计方案
系统包括硬件和软件两大部分，其整体结构框图如图1所示。
硬件系统包括ARM核心控制单元、视频模块、校园一卡通模块和报警提示模块。ARM核心控制单元是整个开放式实验室的中枢和主要处理管理系统；视频模块主要是指通过摄像头获取视频并将其在显示器上显示出来，同时通过网络将视频上传至服务器，实现对实验室的远程监控；校园一卡通模块主要是指通过蓝牙与控制核心Cortex-A9进行通信，用以实现学生身份的验证、实验室门禁和电源的管理[4]；报警提示模块主要是指对开放实验室中人员有无和一些特殊状况作出报警提示或控制相关设备工作。
软件系统包括ARM核心控制单元的应用程序和视频模块的应用程序。主要完成对校园一卡通模块和报警提示模块的控制以及视频模块自身的设计。
2 系统硬件设计
设计的开放实验室管理系统硬件结构框图如图2所示，本系统主要由三大部分组成，包括视频的获取、显示、处理和传输模块，校园一卡通模块和报警提示模块。
以Cortex-A9作为内核的4核Exynos 4412处理器是本系统的核心，实现的功能包括：通过USB接口驱动四个摄像头同时工作，捕获视频流；通过高清晰度多媒体接口HDMI将四个摄像头捕获的视频经融合后在高清电视上显示；通过Exynos 4412自身强大的硬件编解码功能，可支持MPEG-1/2/4，H.263，H.264等格式视频的编解码[5]，并对捕获的视频进行H.264编码，然后通过网口将视频传输到PC机，实现远程监控；对捕获的视频流中帧频的第1帧图像进行图像处理，获得当前实验室的信息，为报警提示模块提供依据；通过串口控制蓝牙模块和校园一卡通模块的通信，获取实验人员个人信息。
校园一卡通模块可通过RFID读卡器读取学生的一卡通数据，获取学生身份，然后通过蓝牙将数据上传到Exynos 4412核心控制单元对其进行身份验证，若通过验证，门禁系统打开；在试验台通过校园一卡通也可打开电源，反之亦然。
报警提示模块由GPRS、高亮LED灯和扬声器组成，GPRS用于特殊情况下紧急通知实验管理员，LED灯和扬声器用于提示和报警。
3 系统软件设计
3.1 ARM核心控制单元的软件设计
本单元软件设计的主要功能是实现对学生校园一卡通信息的采集、存储和对比，实现校园一卡通信息对比后能够显示该生的基本信息以及实验次数和实验总时长，最后显示自动分配好的试验台号码。通过建立以下五个任务来完成该单元的功能。其任务流程图如图3所示。
（1）系统启动任务。用于硬件初始化，建立其他工程任务和所需要的消息邮箱、信号量、事件标志组等，初始化所有用到的消息变量。
（2）键盘任务。用于读取查询当前按键值，调用相应的函数，执行相应操作，并更新显示。
（3）实时时钟任务。用于更新当前的时间显示。
（4）扬声器任务。用于对系统各种报警提示，任务一直循环等待邮箱消息，若有系统邮箱消息，则用扬声器播放相应的邮箱消息。
（5）校园一卡通识别任务。循环等待是否有新的校园一卡通数据输入对比。将比对结果作为索引来查询存储器中是否有该生相关信息，找到后根据当前实验台使用情况按空闲实验台号从小到大的顺序分配，并存储该学生的实验信息和出入时间。
3.2 视频模块的软件设计
视频模块的软件运行在Linux操作系统上，涉及到Linux底层驱动、上层应用库的移植等。
3.2.1 HDMI驱动分析
HDMI是首个支持在单线缆上传输， 不经过压缩的全数字高清晰度多声道音频和智能格式与控制命令数据的数字接口，采用最小化传输差分信号TMDS（Transition Minimized Differential Signaling）技术传输信号[6]。此外，在Exynos 4412处理器上的HDMI模块是1.4版，在Linux 3.0.8内核中的HDMI作为TV_OUT的一部分，驱动框架如图4所示。
由HDMI驱动框架图可知，HDMI作为TV_OUT的一部分，当TV_OUT驱动在内核注册时，HDMI作为TV_OUT的一个子系统被初始化。当TV_OUT的探针函数：static int __devinit s5p_tv_probe（struct platform_device *pdev）在内核被执行时，会调用HDMI相关初始化函数s5p_hdmi_probe（pdev，3， 4），并且同时注册一个符合V4L2标准的设备。因此用户空间对HDMI设备（VideoL4）的基本操作，如设置分辨、显示频率等操作符合V4L2标准操作。而CEC HDCP DDC HPD作为HDMI的组件，他们的驱动实现为HDMI驱动的实现提供函数接口（HDCP、DDC、HPD这三个组件的驱动会互相暴露函数调用），也为用户空间提供了操作这个组件的方法（HPD、CEC这两个组件的驱动向用户空间提供了操作方法）。此外，Linux内核将帧缓冲内存直接映射到HDMI显示缓冲区中，实现HDMI显示数据的不断更新，因此在应用程序中，只需要向帧缓冲区Framebuffer中写入图像数据就会通过HDMI输出到显示设备上。
3.2.2 OpenCV的移植
OpenCV是由Intel公司发起并参与开发且在近年来迅速普及的计算机视觉研究工具，是个跨平台的计算机视觉库[7]。它采用源代码开发，轻量且高效，并提供了非常丰富的帧提取函数和视觉处理算法，使开发者可以在其视频开发或图像处理项目中直接调用进行算法移植并添加自己编写的程序，达到事半功倍的效果[8]。移植过程为：首先从官网下载源码包，然后根据嵌入式ARM系统安装步骤安装交叉编译器、参数配置和编译，最后测试。在实际使用时，发现较高的版本如OpenCV2.3.1等在本平台上存在不稳定现象，所以最终使用的版本为OpenCV2.2。
3.2.3 视频的获取显示传输
本设计中视频流是从四个USB摄像头获取，融合后要在同一个高清显示器上分块显示，还要分别对四个通道的视频进行H.264编码传输和处理等，因此为了满足实时性，本设计的应用程序采用了多线程方案，具体框架图如图5所示。
应用程序首先通过int open（const char *pathname， int oflag， ... ）函数打开摄像头和HDMI设备，再通过int ioctl（int fd， ind cmd， …）对设备参数（如分辨率、数据模式等）进行设置，完成视频系统中各个模块的初始化。摄像头采集线程通过命令“VIDIOC_DQBUF” 把数据从缓存中读取出来存入v4l2_buffer结构体，同时对采集到的数据按时间顺序编号，然后将数据复制，分别传输到图像融合线程、H.264线程和图像处理线程[9]。图像融合线程首先将每一帧图像的像素缩放到480×270，然后将得到的数据重新融合为一个新的数据，并将数据传输到视频显示线程，视频显示线程则把得到的新图像写入Framebuffer中，实现一帧数据的显示。H.264压缩线程分别对4个视频流压缩，然后将数据传输到网络传输线程，网络传输线程对数据打包并通过socket（）等函数将数据发送到PC机。考虑到图像处理涉及到大量的矩阵操作和Exynos 4412的性能，图像处理线程只对帧频中的第一帧处理[10]，为报警提示线程提供依据。
4 结 语
针对高校开放性实验室难以管理，仪器设备利用率低等现状，设计开发了一种基于视频与校园一卡通的实验室管理系统。该系统不仅可以实现同学间的相互监督，还可以实现实验室远程监控，并对开放实验室中人员有无和一些特殊状况作出报警提示或控制相关设备工作。有助于提高实验室的安全性和管理效率，减轻工作人员的工作负担，实现实验室高智能、高效率地全天候开放。
参考文献
[1]林卉，胡召玲，赵长胜，等.高校开放实验室的建设与管理[J].实验技术与管理，2010， 27（3）：152-155.
[2]王甫想.高校开放实验室管理模式探讨[J].科技管理研究，2008，28（9）：152-153.
[3]丁晓玲，徐伟平，胡敏.网络化分布式国家重点实验室管理信息系统[J].实验技术与管理，2001，18（2）：114-118.
[4]梁凤山，杨雯夫，王大为，等.基于蓝牙技术的智能门禁系统[J].数字技术与应用， 2010（8）：13-15.
[5] Exynos4412数据手册[Z].
[6]廖梦云，赵利.HDMI接口在嵌入式视频监控系统中的应用[J].嵌入式系统应用，2009（23）：45-47.
[7]梁艳.基于OpenCV的ARM嵌入式网络视频监控系统[J].微型机与应用，2013，32（9）：29-31.
[8]刘瑞帧，于士琪.OpenCV教程基础篇[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.
