计算机视觉课程设计

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计算机视觉课程设计范文第1篇

关键词:计算机专业;综合课程设计;研究性教学

随着中国经济的高速发展,科技进步和创新已经作为经济社会发展的首要推动力量。社会对人才的要求也越来越高,培养懂技术、会思考、善于解决问题、勇于创新的本科生成为大学教育的重要目标。而作为计算机专业重要的实践性环节之一的综合课程设计,对于学生完成从学习到灵活应用知识,完成分析问题、解决问题和创新的飞跃,以及大四毕业设计高质量的顺利完成,都起着承上启下的重要作用。

1计算机专业综合课程设计的目的

计算机专业的本科生,通常在二年级和三年级开始综合课程设计。综合课程设计与传统的课程实验或课程设计培养目标不尽相同[1-3],通过综合课程设计需要达到以下目标。

首先,采用综合课程设计来巩固和加深学生对相关课程的基本知识理解和掌握,并拓展知识面,加强工程素质培养。虽然很多计算机专业的课程在开设过程中,有配套的实验或课程设计环节,但大部分实验都针对课程较具体的某个环节或算法,课程设计也主要完成本课程的配套综合实验[2-3]。而综合课程设计,一般是具有一定综合性的题目,以提高学生综合应用和独立设计能力为目的,所以它会涉及到多个知识点、多门课程或多个领域的综合应用,需要学生对相关课程内容灵活掌握,并拓展现有的知识面,才能较好解决实际问题。

其次,综合课程设计能够培养学生正确的设计思想与方法、严谨的科学态度和良好的工作作风,也在一步步解决问题的过程中,树立了学生解决问题的自信心。由于课程设计的综合性,学生需要针对问题,仔细考虑解决问题的思路和过程,有计划地实现每一个细节,从而逐步验证所提出方法的可行性。同时,在实现的每个细节过程中,会涉及各种解决问题的工具和算法,而工具的应用和算法的实现,可以提高学生的基本技能,培养学生综合运用所学知识的能力和基本工程素质。

而且,综合课程设计的实现过程,可以很好地培养学生获取信息和综合处理信息的能力。这是因为很多问题的复杂性要求学生查阅大量资料,进一步锻炼他们从这些资料中获取有用信息的能力。同时,在思考和解决问题的过程中,也会涌现很多创新性的想法,提高学生的创新能力。

最后,在学生实现了既定的综合课程设计题目后,课程设计报告也帮助学生掌握书写综合性文档的能力。这些为学生高水平的完成大四毕业设计奠定了坚实的基础。

从以上分析可以看出,综合课程设计环节对于培养现代的、综合能力强的、具有创新能力的大学生非常重要。然而,在实际的大学综合课程设计中,也出现了一些问题。

2计算机专业课程设计的几个问题

当前的综合课程设计一般由教师提出课程设计题目,然后学生被动接受教师的课程设计题目,并和教师进行简单的几次沟通后就开始了课程设计。目前的课程设计很多是在课后完成,由于各种原因,教师和学生的交流时间和次数很有限。在这一过程中所反映出的问题如下:

首先,教师在课程设计中要为学生考虑综合课程的题目,而这类题目的完成需要学生经过一定的努力才能实现。通常每个教师一次要辅导几个学生,每个学生的题目都不相同,所以教师每年都需花较多时间考虑综合课程设计题目。学生被动接受这些题目,并不一定是他们的兴趣和强项。同时,综合课程设计题目往往有一定的实用背景,学生往往缺乏对题目背景的理解,而导致研究方向偏离。

其次,在综合课程设计的过程中,学生所面对的指导教师经常都是博士、教授,甚至是博导。很多学生担心教师很忙,或自己问的问题过于简单,受到教师的批评等,从而缺乏和教师交流的主动性。由于没有解决问题的正确有效渠道,导致课程设计的质量不高,或根本达不到预期的目标。

最后,在课程设计完成后,由于每个学生的研究题目都不相同,学生之间的工作无法做客观比较,其工作量和工作完成情况都由指导教师评价,没有统一的评价指标,造成学生最终课程设计评分不尽客观。而且每年学生课程设计的工作没有延续性,后一届学生和上一届学生课程设计题目完全不同,即使相同也无法参考上一届学生成功或失败的经验。

针对综合课程设计在实践过程中的这些问题,我们提出基于网络技术构成的综合课程设计新型探究型学习环境,并以教师引导为辅和学生探究学习为主的新型教学活动。

3计算机专业课程设计的探索和实践

根据上述综合课程设计中的各类问题,结合作者的研究方向和教学实际情况,以实例说明综合课程设计的新思路。

首先,教师选择的综合课程设计题目应具有典型性、代表性,能够涵盖相关课程的众多知识点,并且代表指导教师的专业方向,以及反映课程的重要内容和学科方向。由于教师所带课程一般和自己的专业方向对口,这条一般可以做到。建议一位教师的综合课程题目选择3-6个,这些题目在一定时期内基本不改变,并在WEB网页上。所有学生可以在这些题目中选择自己感兴趣的方向,规避不同学生不同题目的传统方法。例如,指导教师的研究方向为增强现实、计算机视觉和多媒体通讯,主要所带课程为数字图像处理。那么综合课程设计题目选择为:特征检测和匹配、图像压缩算法研究和视频压缩算法研究等。这些题目都是数字图像处理领域很经典的一些研究方向,同时也处在不断发展的过程中,因此,这类题目的研究既有针对性和挑战性,又有很好的延续性。

其次,综合课程设计题目在网上的同时,指导教师需要对每个题目任务有一个概要描述,并且给出这项工作的工程意义,以及当前这项工作所能达到的效果,从而使学生从总体上把握题目方向以及实现目标。如针对特征检测和匹配课程设计题目,需要学生编写代码检测图像中的显著特征,并且完成与其他图像的特征匹配。同时,这些特征需要是平移、旋转、尺度和亮度不变量。教师提供测试图像集,学生实现自己的算法,通过ROC曲线和AUC指标评价算法性能,并根据不同图像测试结果对学生排名。且进一步给出该题目的研究和实现意义,即特征检测和匹配结果可以帮助实现图像拼接、计算基础矩阵和场景重建等。

第三,指导教师前期对学生综合课程设计的辅导,不仅仅是给出题目和题目内容概要,更重要的是需给出解决问题的主要思路和方法。这样使学生有的放矢,在统一的框架内,验证和开发各种算法。如针对上述特征检测和匹配综合课程设计题目一般需要三个步骤解决问题:(1)特征检测。通过一定算法的实现能够识别图像中显著的特征点,如利用Harris算法检测角点。(2)特征描述。有了这些特征点后,需要定义以特征点为中心的局部描述子,这个描述子对平移、旋转、尺度和亮度为不变量,从而可以比较不同图像之间的描述子,实现特征的匹配。如通过一个小的窗口,利用差的绝对值比较,简单实现此描述子,能够检测平移下的不变量。为了实现更一般情况的不变量描述子,需要定义更完善的描述子,如SIFT。(3)特征匹配。有了每帧图像的特征描述子,就可以通过它匹配特征点。对于一帧图像的每个特征,可以在其它图像中找到对应的匹配特征。这一部分主要设计如何测试不同图像间的描述子。最简单的办法是通过计算描述子之间的距离,最小的距离则为匹配特征点。也可通过距离比方法,使用门限判断匹配特征点。通过(1)～(3)步,基本给出了解决问题的总体思路框架,学生可以在这个框架下,使用各种现有的或创新的算法实现特征检测和匹配。

第四,基于上述解决问题的整体思路框架,为了进一步规范学生在大框架下的代码开发,可以给出整体的代码框架。指导教师定义框架下的大模块,规范调用接口,并给出类或函数实现的功能。学生基于接口和功能要求,提出每个功能模块的解决思路,甚至一些开创性的算法,并加以实现。这种规范的代码框架提高了代码的可读性,为其他学生学习不同算法和代码提供了方便,使整体综合课程设计有好的延续性。

第五,在学生实现了所有综合课程设计题目的算法后,指导教师必须仔细而明确地给出学生测试结果的指标和方法。这个环节对于客观准确评价学生工作,鼓励学生创新和探究都非常重要。如在特征检测和匹配中,要求学生使用指导教师提供的测试图像集合和测试方法,给出ROC曲线,并计算ROC曲线下的面积和特征的正确匹配率等参数,从而所有学生都在统一的测试平台和标准下评价算法的优缺点,激发了学生对新算法探究。同时,要使学生能够从感性上触摸到课题内容实质,有一个较高的研究开发起点,教师可以在代码框架下给出最基本的算法实现,学生们学习基本的算法,并将开发出的新算法与最基本的算法比较。

第六,为了鼓励学生的探究学习,凡是提出更好的算法或实现增强的功能,可以额外加分。如学生能够证明自己的描述子是尺度或仿射不变量,通过统一测试平台,测试的指标好于教师所给出的指标;在不同图像的特征匹配中实现了实时匹配等,那么学生都可以获得额外的综合课程设计加分。

最后,将每年学生的综合课程设计结果、评测和得分全都在网上,并基于学生的测试结果给出综合成绩排名。该措施可以促使大家相互监督,有效避免学生之间的抄袭,也保证了后续学生综合课程设计的延续性,并在一定程度上提高了学生成绩评定的客观性和准确性。

4结语

实践证明,基于网络的新型综合课程设计环境,以及规范化和标准化的综合课程设计框架,可以避免学生在综合课程设计中“孤身奋战”,学生不但可以和教师交流,也可以和同项目组的学生做算法交流,还可以参阅以前学生的算法和实现结果,使学生们站在一个比较高的高度来分析问题和解决问题。这同传统的被动接受指导教师的综合课程设计题目并独立完成完全不同,即学生往往因为对研究题目不感兴趣,缺乏解决问题的渠道,或没有一套客观的结果评价指标,从而降低对自己的要求,使总体综合课程设计的质量不高。

同时,在综合课程设计中,教师给出项目的工程背景,学生可以根据自己的兴趣选择适合自己的题目,并依据工程应用背景衍生其它的研究和开发。比如很多学生选择了特征检测和匹配这个题目,在综合课程设计完成后,又主动实现了和此题目相关的计算机视觉算法,并开发了相应的应用程序如全景图像拼接软件等。这些不但提高了综合课程设计水准,也为毕业设计打下了坚实的基础。

综上,通过基于网络技术构成开放的新型综合课程设计探究学习环境,以及为综合课程设计题目提供的解决问题框架、代码框架和统一测试方法,学生们可以随时借鉴、参阅已有成果,客观评价自己算法。同时,也可以进一步掌握科学分析问题、解决问题的方法和思路,提高自己的创新能力,培养严谨的科学态度和良好的工作作风。最后,此综合课程设计的实施方案与当前高等教育所提出的研究型教学思路相吻合,提高了教师的工作效率和学生综合课程设计的质量水平。

参考文献:

[1] 王艳红,章小莉,姜湘岗. 在数据库课程设计中培养学生项目开发能力[J]. 计算机教育,2009(13):91-94.

[2] 王培容,黄丽雯.《微机原理》课程设计的教学探讨[J]. 计算机与信息技术,2009(3):109-110.

[3] 庞晓琼. 案例驱动的数据结构课程设计教学改革实践[J]. 计算机教育, 2009(1):53-56.

Exploration and Practice on Integrative Course Design for Computer Science Major

SHEN Jie

(School of Computer Science and Engineering, University of Electronic Science and

Technology of China, Chengdu 610054, China)

计算机视觉课程设计范文第2篇

关键词：计算机专业；校企合作；“3+1”；人才培养；实践教学

文章编号：1672-5913（2013）03-0108-05

中图分类号：G642

进入21世纪，随着我国高等教育规模的不断扩大，从1999年到2009年的10年间，我国新建地方性本科院校已达200多所，占全国普通本科院校总量的1/3。原教育部副部长吴启迪指出新建本科院校应以培养高级应用型人才为主，服务于地方经济建设和社会进步。新建本科院校由于缺乏办学经验，在专业特色建设和实践教学环节等方面存在诸多问题。根据榆林学院“立足榆林，面向陕西，辐射周边，为榆林建成陕甘宁蒙晋接壤区中心城市、国家能源化工基地和陕西现代特色农业基地的‘两基地、一中心’服务，着力培养高素质应用型人才”的办学定位，为满足服务地方经济建设和信息社会对IT人才的需要，榆林学院信息工程学院从2005级学生开始，进行校企合作“3+1”人才培养模式的探索与实践。

1 改革思路与措施

首先，我们制定切实可行的“3+1”人才培养模式课程教学体系，基本思想就是把4年的学习分成2个阶段。第1阶段是学生在大学前3年完成公共基础平台、学科基础平台和专业基础（含专业选修）课程学习；第2阶段是学生从大四开始进入企业实训，结合企业项目和开发平台学习相关的开发工具和技术。其次，企业负责帮助学生进行8门课程的实践培训，以便与校内相应课程进行学分置换，并指定具有工程师以上职称的技术人员与校内教师共同指导学生完成毕业设计，保证学生顺利毕业并获取学士学位。这些都有利于提高校外实训效果，全面提高计算机专业毕业生的就业质量和就业率，解决毕业生就业问题，具体措施有以下几个方面。

1）为配合“3+1”人才培养模式的实施，我们对2006版人才培养方案进行修订，以下称2009版人才培养方案。公共基础课程及课时是由国家教育部明确规定的，因此我们主要对数学基础类课程、硬件基础类课程和部分专业课程进行整合和调整。把高等数学（上、下）、线性代数、概率论与数理统计的总学时由26时减至203学时；把汇编语言、微机原理与接口技术整合成组成原理与汇编语言，压缩了92学时；将大学物理（上、下）压缩了32学时；把电路、模电和数电3门课程整合为电子技术基础，压缩了98学时；结合多位专家的建议，去掉计算机导论及实验课程，减少了75学时；对安排有课程设计的核心课程的课内实验课时也进行压缩；增加选修课程以满足学生兴趣的多样性，有利于学生对专业前沿技术的了解和掌握。修订后的教学计划符合《高等学校计算机科学与技术专业发展战略研究报告暨专业规范（试行）》和《高等学校计算机科学与技术专业人才专业能力构成与培养》所规定的专业核心课程及学时的要求。

2）积极推进计算机专业实验内容和实验模式的改革和创新，进行理论、实验、实训“三位一体”的教学模式探索与改革，以做到“精理论、重实验、强实训、会设计”。通过增加综合性和设计性实验项目，减少验证性实验等方式，提高学生的创新意识、实际动手能力、分析和解决问题能力。在2009版人才培养方案中，实践学分占到总学分的33%。

3）建立稳定的校企合作实习和实训基地。学校要与实训机构共同研究基地建设规划，合理制订实习计划，真正把培养学生的全面素质和综合能力、提高学生的就业竞争力作为首要任务来考虑。榆林学院现已与西安软件服务外包学院、西安行知汇元、西安加中、西安达内、北京用友软件学院、北京渥瑞达等多家实训机构签订了合作协议。

4）建立双师型专业教学团队。学校利用假期派教师参加各种双师型教师培训班，或由合作企业派出具有项目开发经验的工程师结合真实案例，有针对性地对榆林学院教师进行项目开发类课程的培训及项目实践指导，提高教师的项目开发能力。目前，已有7位教师取得相关机构颁发的双师型资格培训证书。

2 三级递进式实践教学体系建设

按照“3+1”人才培养模式的培养目标，我们建立了图1所示从“课内实验-课程设计-项目实训（含毕业设计）”的三级递进式实践教学体系。为保证该实践教学体系正常运行，信息工程学院在2009年新建了Web工程、系统测试与分析、计算机视觉、项目实训4个创新实验室，由教授或博士担任实验室负责人，同时成立相应的科研团队，以团队为单位申请校级科研、教改和横向课题，在年终奖励成绩突出的科研团队并给予岗位津贴。此方法极大地激发了榆林学院教师的科研热情，使得榆林学院申报科研项目数连续2年在省、校两级科研项目申报中名列第一。同时，我们还建立了“主讲教师进实验室，实验教师进课堂”制度；将理论教学与实验教学紧密结合，促进课程建设与改革，也使教师能够不断进步和提高。

同时，我们围绕“能力分解、阶梯推进”的课程实验改革思路和基于阶段项目训练的课程体系建设规划，结合计算机科学与技术专业课程的特点，对专业课程的实验环节进行重组和系统性规划。我们为项目实训室购进上海睿亚训IT实践能力提升平台（PCIP），该平台是针对高校教育行业量身打造的一款涵盖软件开发、软件测试、电子商务、嵌入式、物联网等多个软件领域项目开发实践软件。该平台不仅可以通过标准化的企业实战项目案例及系统化的知识体系，为客户提供完整的理论和实践体系，还可以模拟企业实际开发流程，涵盖软件工程的全生命周期，提供从需求分析、基本设计、详细设计到实现、测试的体验式教育平台，将软件行业的职业化场景真正引入课程体系和教学全过程中，依托软件企业的真实案例和项目资源库，使学生在学习专业知识的同时接受“职业化”熏陶。围绕综合实验课程案例，对现有课程实验进行重组，课程设计的规划重点是能把各课程的知识点贯穿统一，为综合项目实验服务。调整后的课程实验关系如图2所示。

3 实施效果及评价

自2008年5月榆林学院开始尝试校企合作“3+1”人才培养模式以来，参与就业实训的学生共有170人，占到毕业生总人数的50%。经社会和用人单位反馈，这部分学生的综合素质较高，专业能力较强。在大学生就业市场普遍不景气的情况下，信息工程学院毕业生的就业率非但没有下降反而有所提高。毕业生的就业范围主要是各类IT企业、服务外包、电子商务、电子政务、电信公司、银行、证券公司等单位，主要分布在北京、上海、天津、广州、武汉、深圳等13个一线城市和大连、苏州、贵阳、东莞、昆山等10个二线城市。实训生就业分析统计如表1所示。

本项目研究结束之后，我们将总结经验并完善培养模式，将此培养模式推广应用到信息工程学院信息管理与信息系统专业及榆林学院其他工科专业的人才培养中。

3.1毕业生就业率及就业质量得到提升

在2010年和2011年的毕业生就业反馈座谈会上，参加“3+1”就业实训的学生对教改的感受最深刻，也是教改最大的受益者，他们普遍认同校企合作“3+1”人才培养模式。这主要表现在两方面：一是就业面拓宽，学生经过1年的实训已具备了较好的工程素质和实际工作能力，因此比较受企业欢迎，挑选工作单位的余地大，所得薪金也相对较高；二是岗位适应能力强，学生在企业实训中已了解到在企业中为人处事的态度与方法，因此工作后很容易融入企业文化，有很好的亲和力和团队合作精神，易开展工作，也容易出成绩。用人单位与企业对经过“3+1”就业实训的学生认可度较高，这些学生因具有实训经历和生产研发经验，与同期到企业工作的其他大学生相比，角色转换快，动手能力强，工作作风硬，肯吃苦，没有一般大学生的娇、骄气，很容易受到企业重视，能更快地得到重用和提拔。

3.2该人才培养模式的应用推广

在计算机本科专业“3+1”人才培养模式3年试点的基础上，榆林学院数学系数学及应用数学本科专业的13名学生在2010年7月也参与到就业实训中来。该人才培养模式在学校就业指导中心的支持下逐步扩展到能源学院和管理学院部分专业，并已得到学校、教务处、就业指导中心等主管部门的肯定。

4 存在的问题与思考

4.1加强双师型队伍建设

参加校企合作“3+1”实训的学生为什么能找到好的工作？因为他们经过1年有针对性的岗位技能训练后，一到公司或企业就能干活。每个学生每天学习近10小时，其中8个小时在机房写代码，真正体现了应用型人才培养要遵循“精讲多练”的思想。实训机构能做到的事情，为何在学校就做不到呢？我们一直在反思这个问题。除了人才培养方案制订过程中存在问题之外，还有教师自身问题，缺乏双师型教师是问题的关键所在。因此，双师型教师队伍的建设迫在眉捷，学校人事部门应出台相关政策，除了引进双师型教师外，还应要求青年教师到公司或企业进行项目开发，即转型培养。

4.2加快校内项目实训平台建设

目前，实训机构作为学校和企业的桥梁，帮助校企实现合作。没有去实训机构参加实训的学生，即在校学生，如何按照该模式在校内进行培训呢？建立一个企业化的项目实训仿真平台是当务之急。学校建立“虚拟软件工厂”就是一个很好的实践，这个平台既能培养教师的项目管理能力，又能充分调动学生的学习积极性和主动性。通过与培训企业、软件外包企业合作，学生可以按照外包企业的软件开发标准和业务流程进行软件开发。信息工程学院在2010年9月，成立了由海归博士负责的“项目实训”实验室，下设7个项目组团队，分别是手机开发部、JAVA开发部、NET开发部、PHP开发部、网页制作部、图像声音研究部、C++开发部，团队成员来自全校各专业。

计算机视觉课程设计范文第3篇

关键词:增强现实技术；艺术教育；课程设计；Unity3D

1引言

增强现实（AugmentedReality，AR）技术作为虚拟现实技术的延伸，成功地打破了真实世界和虚拟世界之间的壁垒，创造出一个虚实结合的混合世界。与虚拟现实技术不同，增强现实技术可以将虚拟物体和真实场景同时呈现在用户面前，让用户在真实的世界中获取叠加的虚拟数字信息，这极大地拓展了人们对真实世界的感知程度[1]。本研究的开展关注增强现实技术的特征和优势，通过教学系统和工具的开发使用，将增强现实技术引入高中艺术课程教学实践中来。研究发现，增强现实技术在艺术课程中的应用，对激发学生学习兴趣、增强教学效果具有一定的促进作用。

2增强现实技术的发展

早在20世纪60年代，世界上第一台虚拟现实系统“Sensorama”的问世，激发了人们探索连接真实世界和虚拟世界的新思潮。30年后，波音公司计算机服务部的自适应神经系统研究与开发项目成功研制一款布线辅助系统，该系统能够通过头戴式显示设备，将布线提示信息叠加到机械师视野里的实际操作场景中，引导机械师顺利完成布线工作，减少工程失误[2]。由此，“增强现实”的概念被第一次提出。在随后的发展历程中，越来越多的增强现实产品被广泛地应在工业、军事、医疗、教育等多个领域，用以拓展人们对真实世界的感知范围，实现提高生产效率、优化学习效果、增强娱乐体验等目的。伴随计算机技术、电子技术、传感技术的革新与发展，增强现实技术在不断地进行提升和完善，增强现实产品的用户使用体验也越来越好。增强现实系统的运行平台，从早期的大型计算机设备、外接式的摄像模块、输入模块，演变为集成度较高的小型移动设备，在降低增强现实产品成本的同时，也提高了使用的简易性。另一方面，增强现实系统的显示设备从头戴式显示器逐渐转变成为智能眼镜的形式，再发展到可以使用智能手机、平板电脑等移动终端进行增强现实场景的显示，使得增强现实系统的使用越来越生活化、移动化和智能化[3]。

3增强现实技术的技术特征

增强现实技术是一项复杂的计算机技术，涉及多媒体技术、计算机图形与图像技术、人机交互技术、网络技术、信息与通信技术等多个领域[4]。在使用过程中，跟踪与定位技术、成像技术、交互技术是支撑增强现实系统正常运作的关键技术。跟踪与定位技术增强现实系统中，怎样将虚拟的数字信息准确地叠加到真实场景的画面中，是一个复杂但又非常重要的问题。一般而言，增强现实的跟踪与定位系统需要实时获取用户的定位、观察场景的角度、移动速度和方向等信息，经过处理器计算之后，准确地设定虚拟数字信息在画面中渲染的位置、大小、角度和方向，实现真实场景和虚拟物体的完美融合。在增强现实的应用中，常使用的跟踪与定位技术可分为两种：一种是依赖于硬件设备的位置型（Location-based）跟踪定位技术，如通过GPS系统、超声波测距系统、陀螺仪、磁场测距系统等技术进行定位；一种是依赖于计算机视觉系统的图像型（Image-based）跟踪定位技术，该技术通过识别真实场景中的特征图像，标定虚拟数字信息的渲染位置[5]，因此无须借助于其他硬件设备便可以实现精确定位，是增强现实系统中应用最多的跟踪定位技术。成像技术增强现实系统需要根据跟踪定位信息进行真实场景和虚拟数字信息叠加位置的配准，实现虚拟数字信息在真实场景中的准确渲染[6]。在增强现实应用中，虚拟数字信息的渲染效果需要与真实场景中的物置、环境因素保持一致，并且能够支持与用户之间的自然交互。交互技术实时交互是增强现实系统的三大特征之一，自然顺畅的人机交互方式依赖于不断革新的传感器技术[7]。用户既可以通过传统的鼠标、键盘形式，也可以通过触摸屏、语音、体感等更为自然的方式，与增强现实系统进行交互。

4基于AR的高中艺术教育课程设计与开发

为了探究增强现实技术在高中艺术教育课程中的使用效果，使用Unity3D开发引擎和增强现实开发插件，设计制作适用于Android系统的增强现实教学工具和3D教学资源，并且在上海市J区某高中一年级的艺术教育课程中进行使用。通过教学实践和教学效果调查，发现该增强现实教学工具能够优化艺术作品的展示效果，激发学生的观赏兴趣，增强教学效果。增强现实教学工具设计与开发设计和开发基于增强现实技术的教学工具应用系统，系统框架结构如图1所示。整体而言，该系统分为客户层、应用层、数据层和管理层四个部分。其中，客户层包括画面捕捉、虚实场景呈现、人机交互三项功能；应用层包括人机交互、三维注册、数据读写三项功能；数据层包括本地存储和云存储两个部分，实现对应用数据、用户信息的储存；管理层实现对云端数据资源的管理操作。根据教学设计的需要，使用Unity3D开发引擎制作与增强现实教学工具配套使用的3D教学资源，通过增强现实系统的管理层界面，将教学资源保存在云端，供教师和学生在教学实践中下载使用。增强现实教学工具教学应用选择上海市J区某高中一年级作为实验班级，在艺术课上开展相关的教学实践活动。教师将一套彩色图案的小卡片分发给所有的学生，在课程讲解过程中，根据需要让学生使用安装增强现实教学系统的移动智能设备，拍摄特定的小卡片，观看3D动画和3D模型，用以辅助讲解艺术作品的设计，帮助学生理解和掌握相关知识，增强作品展示的观赏效果。图2为学生使用增强现实教学系统拍摄蝴蝶图案的小卡片，即可观看到蝴蝶飞舞的动画。教学应用反馈课程结束后，对学生开展问卷调查和访谈，以了解学生对这种新颖的学习方式和增强现实教学系统的使用体验。结果表明，绝大部分学生对增强现实技术表现出浓厚的兴趣，认为这种展示方式比传统的静态图片或影视更具有观赏性，并且能够根据自己的需求进行反复观看学习，大大提高了学习的自由度，对理解掌握课程所授知识具有一定的促进作用。当被问到以后是否愿意使用增强现实教学工具进行课程学习的时候，大部分学生表示非常愿意使用。另一方面，在访谈过程中也发现，学生认为目前的系统在交互方面还存在不足。

5总结与反思

增强现实技术在教学中的应用具有巨大潜力，能优化教学材料的呈现效果，激发和维持学生的学习兴趣，促进课堂中师生、生生之间的互动，增强教学效果。本研究在对增强现实技术的技术特征进行分析之后，使用相关的开发工具设计制作一套增强现实教学系统和3D教学资源，并且在教学实践中取得不错的效果。但是也意识到该系统还存在一定的不足，具有较大的提升和完善的空间，在今后的研究工作中将致力于设计开发出更好的增强现实教学工具和教学资源，为中小学教学工作提供优质的技术支持。

参考文献

[1]陈一民,李启明,等.增强虚拟现实技术研究及其应用[J].上海大学学报:自然科学版,2011,17(4):412-428.

[2]朱淼良,姚远,蒋云良.增强现实综述[J].中国图象图形学报,2004,9(7):767-774.

[3]汪存友,程彤.增强现实教育应用产品研究概述[J].现代教育技术,2016,26(5):95-101.

计算机视觉课程设计范文第4篇

【关键词】技指合一 信息化变革 课程体系 数据融合

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2012）03－0010－03

随着我军信息化进程的不断深入，已经逐步建立了信息驱动的作战方式。在信息化作战中，有效地获取、传输、处理、应用信息已成为取得战斗胜利的基本要求。由于我军信息化的历史较短，还缺乏对信息从生成到使用的深入理解。我们认为信息化应该是分阶段完成的，其首要阶段是以信息化来改造传统的作战流程，使传统方式更精确、有效；然后在获取信息使用经验的基础上，再以信息效益为目标来构造新的作战方式，从而进一步提升信息化水平。目前，我们还只是处于信息化的初级阶段，获取广泛的战场目标信息仍然是首要任务，急需把精确、全面的战场信息用于指挥作战流程中。《传感器数据融合》就是在这样的背景下设计的研究生课程，该课程面向多传感器、多目标的战场环境，用数据融合的方法，以形成目标的统一状态信息为目标，为指挥作战提供基本的信息支持。

随着通信技术多年的发展，战场信息传输问题已大为改善，但是，大量未经有效处理的、冗余的传感器信息不仅耗费宝贵的传输资源，所带来的信息垃圾问题极大地影响了战场信息系统的效能。有效地信息处理是战场信息系统形成体系作战能力的关键。信息化过程要求向更高的数据应用层面深入，在此过程中通信是实现信息化的基础，有效的信息应用则是信息化的目标，加速战斗力生成迫切需要信息处理技术的快速发展。目前军校研究生教育正在向“应用型”转变，强调“技指合一”，《传感器数据融合》课程恰逢其时，用多传感器信息处理技术满足指挥中面临的数据和信息需求。《传感器数据融合》不仅是战场信息处理所必须的技术，对于通信与抗干扰专业方向的研究生而言，分布式的信道估计、频谱感知和认知无线电的核心理论也是属于传感器信息处理。传感器数据融合侧重于数据处理，强调多学科的交叉，帮助学生建立从数据获取、传递、处理的完整流程。现有教材大多数局限于雷达数据处理或图像处理等方面，难以引起通信专业研究生的兴趣，所以我们认为，应该从各类传感器数据处理中提炼共性的理论问题，将数学基础知识的介绍与实际应用背景相结合，使学生在拓宽研究生数学知识面的同时，了解战场信息处理的需求和战场信息系统的发展。

一、课程目的

“课程是由知识、技能及与之相应的学生的活动组成的”。［1］针对战场信息处理中目标对象的状态信息获取，必须利用数据融合的方法，完成多传感器数据的互补和去重，为态势形成提供基础数据。传感器数据融合不仅是战场态势感知和威胁评估的基础，在物联网、传感器网络、认知无线电、通信抗干扰等领域也有广泛地应用。将信息化技术从通信层面提升到完整包含信息需求、信息采集、信息传递和信息处理应用的全过程，是信息化变革的需要。研究生教学中的《传感器数据融合》课程，以统计信号和信息处理原理为基础，强调多传感器获取战场信息的信息处理流程。通过《传感器数据融合》课程的学习，理解和掌握传感器数据处理的基本理论和方法，对提高研究生学生适应我军信息化变革的能力具有重要作用。

二、课程设计理念

课程设计是指在一定的课程理论或观念支配下的课程要素的选择、组织与安排的方法过程。本课程设计的价值取向以问题为中心，即强调我军信息化发展中的数据需求，以具体问题的解决进行课程的组织；针对不同类型传感器的共性特征选择内容，组织教学，满足多种专业方向的数据处理需求。在课程内容设计理念上主要表现为以下几个方面：①体现我军信息化需求，在信息化作战的框架内，把传感器数据处理的能力进行具体化，明确传感器数据处理的基本要素和信息流向，提高和加深学生对信息化的理解。②体现学科研究前沿，把最新的理论知识与实际应用相结合，为学生提供清晰的理论框架和应用背景。教学内容从多年的科研工作中分析、梳理而来，从对我军信息化过程中需要解决的问题而来。教学内容紧扣传感器数据处理在整个战场信息闭环中的层次和作用，紧扣不同军兵种对信息处理需求的差异。③体现实用性理念，体现“以问题为本”的教学设计，体现“以问题为本”的教学特征，避免理论的空洞化，避免实际问题的神秘化。④体现开放性理念，推行开放的教学方法，实施开放的考试方法，鼓励学生结合自身的专业方向，泛化传感器数据处理的共性理论，具有理解和解决本专业方向具体应用问题的能力，甚至可以从中选取毕业论文的研究题目。

三、课程内容

传感器数据融合的理论与技术在电磁频谱管理、认知无线电、战场侦察、传感网信息处理、数据链航迹信息处理中有大量实际的应用。在这些应用领域中，它们都是面向多传感器环境，从目标对象的重复感知信息中提取真实、单一的状态信息。目前常用的传感器类型包括：电、光、声、压力、温度、浓度等，传感器的输出数据可以是矢量类型、标量类型。典型的传感器有雷达、测向设备、视频采集设备、电磁频谱测量设备。在课程教学过程中，需要提炼出共性的理论内容，然后分别对不同传感器测量类型的数据处理流程进行讨论，针对不同的传感器输出数据类型和处理要求，可以梳理出不同的应用模型，把它们的数据处理过程归结为共性理论的应用。

1．共性理论的提取与课程内容设计

传感器的数据处理以获取目标的状态信息为目的，常用的战场目标状态包括位置、速度、加速度等物理量。在单传感器数据处理时，目标状态的估计以线性滤波器理论为基础，包括经典的维纳滤波和基本的Kalman，针对非线性滤波问题，人们又发展了UKF、粒子滤波等新理论。在多传感器数据处理时，通常以单传感器的处理结果为基础，再用特有的数据关联、误差补偿、状态融合等理论完成数据的融合，形成统一的目标状态信息。以数据融合的观点，电磁频谱管理、认知无线电、战场侦察、传感网信息处理等不同的数据处理应用，反映的是不同层次的数据处理需求。它们在数据模型的建立上有所区别，但从多传感器处理的角度看，它们拥有数据关联、补偿、融合等共同的概念。目标的属性判别是更高层的数据处理需求，需要综合运用高分辨率成像传感器、多传感器信息融合和智能信息处理等技术。从理论基础和实现过程看，图像信息的处理需要使用计算机视觉的方法，对目标的特征进行建模，但是完成建模和目标提取后形成的图像目标数据，也可以用滤波理论来完成后续的处理。所以，图像传感器的处理只是滤波共性理论的一个分支。传感器数据融合的共性理论，见图1。

2．基于共性理论的数据处理应用模型

数学应用泛指应用数学解决实际问题的所有事情。数学模型虽属于数学应用的范畴，但更侧重于用数学的概念、原理和思维方法描述规律性的东西。数学模型是构建数学与现实世界的桥梁，它借用数学的语言讲述现实世界。应用性很强的数学模型的命名，都依赖于所描述的学科背景。比如，在生物学中有种群增长模型；在气象学中有大气环流模型；在经济学中有组合投资模型；在社会学中有信息传播模型。

数学模型的价值往往不是数学本身，而是对具体问题所起的作用。人们关注的并不是模型的数学价值，而是实际应用价值。在构建数学模型和实际应用的过程中，必然会从数学的角度汲取灵感。数学的基本思想，即抽象、推理、模型，为数学由现实到数学、数学内部发展、由数学到现实提供了思维功能。现代数学的特征是符号化、形式化和公理化，其本质是为了更好地描述数学成果。为了让学生理解数学理论，帮助学生建立理论的直观，在课程内容的设计上还需要反其道而行之：针对符号化对象要讲物理背景，针对形式化证明要讲直观，针对公理化逻辑要讲归纳。

传感器数据融合是理论结合实际的典型课程。由于传感器类型较多，输出的目标测量数据类型差异很大，从三维坐标值、纯方位值、图像信息到标量信息，对它们的处理必定用到不同的数学模型。通过对传感器的分类，针对不同的传感器类型建立数据处理的数学模型，相同的测量数据类型用相同的数据模型进行处理。由于数学模型以传感器类别为建模对象，相似工作原理的传感器都可以用这种数学模型处理。传感器数据处理模型中，要考虑单传感器处理流程和多传感器处理流程，它们是共性理论具体的选择和应用。例如，纯方位跟踪模型不仅适用于图像传感器、被动声纳和无源探测雷达，也可以用于电磁频谱感知中的辐射源定位。在纯方位跟踪模型中，以线性方程描述目标的状态空间，以角度量测方程描述目标的量测空间，用线性Kalman滤波器建立基本的单传感器目标状态信息跟踪模型。当纯方位跟踪需要多传感器协同工作时，要求使用数据关联方法计算多传感器的数据对应关系。以最大似然测度建立量测之间的关联关系，可以实现多目标纯方位跟踪。在纯方位跟踪模型中，根据传感器自身特征和输出数据类型的改变，只需对数学模型进行局部微调，就能满足实际的需要。

经过共性理论的组合和泛化，可以设计出多种传感器数据处理数学模型。这些模型用于指导具体传感器数据的处理。

3．明确课程包含知识点和能力点

《传感器数据融合》是交叉学科，主要的研究对象是多传感器环境下多目标数据的处理问题，其目的是获取战场态势计算的基础数据。统计理论和最优估计方法是本门课程的基本理论和知识点，要求学生能掌握线性最优估计理论，并熟悉常用的非线性估计方法。数据融合技术涉及的理论知识包括模糊数学、证据理论、智能计算、最优化计算等。这些理论知识在数据融合领域内的使用场合相对较窄，可以结合具体的数学模型，作为课程内容的补充适当讲解。

对数学模型的理解和应用是课程的能力要求。通过课程的学习，学生需要掌握多传感器环境下的数据处理流程；学会用分布式和网络化的观点来看待数据处理问题；要理解多传感器数据处理特有技术难题的产生原因，并掌握基本的多传感器数据处理方法。由于传感器的类型较多，不要求学生对每种传感器的数据处理都有深入理解，但要求他们能结合自身专业特点，熟悉一种数学模型的具体应用实例。

四、课程教学中应把握的问题

1．创新教学方法与手段

主要教学方法有互动式教学法、案例分析教学法、情景模拟教法等。由于课程对象是研究生，应充分发掘学生的自身能动性，把课程知识与他们的专业方向相结合，使抽象的理论和数学模型与他们有直观感受的专业背景相结合，使数据融合的概念在他们的专业领域中找到坚实的立足点。这不但有利于学生理解数据融合的思想，还对今后他们独立应用数据融合的方法解决实际问题大有益处。所以，在教学法的选择上应该以互动法和案例分析法为主，鼓励学生自己准备课堂发言，积极发掘自己专业方向内的数据处理应用，在独立思考中熟悉数据融合的基本理论和模型。

2．研究性教学

研究性教学是教学与研究相结合、以研究为基础的教学模式。［2］ 要求教育者激励、引导和帮助学生去主动发现问题、分析问题、解决问题，并在这样的探究过程中获取知识、训练技能、培养能力，特别是培养创新能力。［3］研究性教学主要是通过课程教学实现教学和科研的结合，在教学科研结合的氛围中加强师生互动。［4］因此，研究性教学既是一种教学理念，也是一种教学模式。作为一种教学理念，认为知识不是被动吸收的，而是由认知主体主动获取的，学习过程是学生主动建构的过程。在《传感器数据融合》课程学习中，以问题为牵引，启发学生寻找解决问题的思路和方法，从问题的最终解决来理解理论知识，对理论知识有更进一步的直观感受。

3．课程编制问题

课程编制是课程管理的关键环节，它包括对课程在培养计划中的地位、课程学习的目的和考核方式等多方面的设计。由于传感器数据融合是交叉学科，涉及传感器物理原理、统计与估计理论、指挥控制流程等方面，是通信、计算机网络、传感器设计等多个学科的综合应用。在设计课程内容时要充分考虑先修课程，不但要求学生具有概率论和数理统计的基本知识，还最好了解一种传感器的工作原理。对传感器的了解是理解本课程中数学模型的重要条件。

多元化构成的课程考核。传感器数据融合是应用型的课程，其目标是拓展研究生的数学基础知识，提高数学应用能力和战场信息系统的开发设计能力。在课程考核时，以学生的专业背景为依托，尽量从其专业知识中发掘兴趣点，允许文献综述和课程论文的方式对本专业中的数据融合处理进行总结。同时，应该鼓励学生动手实践，把数据融合的理论知识和模型进行仿真实验。尽管编程实践会带来较大的工作量，但它对理解理论知识带来的好处是无与伦比的。

五、总 结

多传感器数据处理是我军信息化过程中出现的新课题。为了培养合格的信息化人才，我们对《传感器数据融合》课程在人才培养体系内的地位和教学内容进行了设计。通过课程的学习，可以帮助学生理解传感器数据处理流程和基本方法，其目的是为了更好地理解信息化技术，从而推进信息化建设快速、平稳发展。

参考文献

1 钟启泉.现代课程论［M］.上海：上海教育出版社，1989

2 夏锦文.研究性教学的理论内涵与实践要求［J］.中国大学教学，2009（2）