计算机视觉培训

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计算机视觉培训范文第1篇

关键词：计算机；交通监管系统；视觉

中图分类号：TP277

近年来，道路交通安全问题因公路交通事业的快速发展而受到越来多关注。据2002年世界银行统计，全球平均每年死于道路交通事故高达117万人。而在中国，据2008年公安部交通管理局公布的数据显示，全国道路交通事故多达265204起，死亡人数为73484人。

全国道路交通事故防御工作随公路里程、机动车保有量、道路交通流量、驾驶人数的增加成递增趋势。而通过必要的技术手段构建交通安全保障机制，降低交通事故是重中之重。若要好的为基础的交通违规行为检测技术的不断更新，市场上已出现了自动检测与记录的商业化产品，能实时记录出闯红灯、违规超车、违规停车、超速、逆行等违规行为。然而，我国高速交通监控体系仍比较落后，大多在交叉路口设置电子警察系统以此检测车辆闯红灯的违规行为。交通管理部门并不能对出现违规行为的车辆进行及时的交通管制和处理，概括来说管理与检测仍处于管理误区与盲目状态。针对该现象，文本研究了基于计算机的交通监管系统设计与实现。

1 智能交通管理系统简介

ITS系统，该系统综合先进的现代计算机网络技术、信息电子通讯技术、现代信息技术以及自动控制技术等，并将其在整个交通运输管理体系进行有效的运用，为此建立起一种实时、有效、准确、范围广的全方位发挥作用的交通运输控制体系和综合管理系统。近几年人流、车流随着城市发展而猛增，交通职能部门对更加智能的交通管理系统的需求越来越急迫。所以，ITS成为21世纪地面交通管理、运输科技、运营的主要研究方向，带领着交通运输一场伟大的变革。北美、西欧、日本自上世纪80年代末就开始竞相发展智能运输系统，并制定相应的开发计划加以实施，而发展中国家也开始对ITS系统的全面研究与开发。

2 认识基于计算机视觉的智能交通监控系统

2.1 计算机视觉技术

所谓计算机视觉，理解为使用可替代人眼的高清摄影机设备或其他现代高清电子影像摄录装备进行观察，实现对目标的追踪定位、图像识别、模拟数据测量等，并对采集的视觉数据信息送达远端计算机服务器，通过计算机服务器的信号图形图像处理技术对视频数据信息进行进一步加工，实现三维重现现实情景的计算机观察呈现技术。

2.2 智能交通监测系统

通过使用现有的、先进的计算机智能化、视觉化、信息化科技对国内各大路况交通运输实施监测，为工作于交通运输人员呈现数据信息的自动化采集、分析、处理等的智能化服务，且该交通管理系统存在一定自作能力和指挥能力，即为智能交通系统。随着道路、车辆的飞速发展，人民生活水平及国民生产总值的不断提高，智能交通系统，在国内外受到越来越多的青睐。近几年，各道路关键路段、路口随着道路监控机制的普遍建立，也都基本完成了视频监控。

2.3 基于计算机视觉的智能交通监控机制

根据前面2.1对计算机视觉技术和2.2对智能化交通监控系统概念的解析与理解，可总结出以计算机视觉为基础的智能化交通监控机制，其是通过现代高端计算机对视觉信息收集、提取、处理、分析等技术，实现对城市道路交通信息的实时监控、视频数据的收集、信息分析处理，并对城市交通状况使用智能交通机制状况，并通过视频影像引导车辆行驶，以此降低或避免各种各样交通事故发生的智能化交通监控机制。

3 构建以计算机视觉为基础的智能交通监控机制及配套措施

3.1 基于计算机视觉的智能交通监控机制的构建

监控指挥系统、实时交通信息收集系统、高质量信息传输系统是基于计算机视觉的智能交通监控的三大系统。实时交通信息收集系统由多套信息收集装置组成，通过这些信息采集装置实时监控不同位置交通现状。实时交通信息收集系统不仅能进行路段监控与实时交通信息采集的工作，还能将收集数据信息，经由高质量信息传输系统实施输送，或在服务器中存储已处理的信息；一个中央数据库与一个中央服务器是高质量信息存储传输系统核心部分，其中中央数据库对获取到的实时交通路况信息进行存储。而为了便于工作者能通过界面对中央数据库实施提取、查询、查看等操作，因此该界面就由中央服务器来提供，此外该服务器还能将已处理的实时路况数据通过高质量的传输系统输送到监控指挥机制，达到对各路段的交通进行管制、部署及指挥的目的。

3.2 专业技术人员的储备

以计算机视觉技术为基础的智能交通监控机制是一个庞大的系统，具有突出点的优点，该系统集自动化、信息化、智能化为一体，只有专业的技术人才才能使该系统高效工作，因此开展培训储备相关技术人员至关重要。实时交通信息借助于先进的高清装置的正常采集工作，所以储备一批针对高清装置安装、检测、调试及故障修复的技术人员极为重要。现代基于计算机视觉的智能交通监控机制虽然本身具有一定的图形图像分析及处理能力，然而有些工作人是永远被替代的，所以培养储备一批专业的图形图像处理技术人员也是重要的。储备服务器维护技术工，每天以计算机视觉技术为基础的智能交通监控机制都会获取大量的监控信息数据，然而只有大型的服务器才能存储这些数据，可想而知一旦服务器瘫痪就会引发整个机制的崩溃，造成严重的后果，因此专业服务器维护工作者的储备与培养也尤为重要。基于计算机视觉技术的智能交通监控机制并不能取代交通指挥员，其仅是用来采集实时交通信息的系统，仅为了协助交通指挥员监管及疏导城市交通，因此要求储备一批高素质、高质量的交通指挥员也极为必要。

3.3 交通知识的宣传

大城市的交通问题，并不是依靠单纯的开发先进的计算机视觉智能交通监控系统就能处理解决，也不是单单要求市政建设增加公交数量、增铺几条公路或增开通几条地铁就能解决的，以上这些仅是辅助方法。关键在于开展交通知识的宣传与教育工作，强化驾驶员的素质，倡导不酒驾、不逆行、不超速、限号行驶等，自觉遵守道路交通规则，提倡公交地铁出行，减少私家车辆行驶，齐心协力共同打造和谐的交通环境。

3.4 获取政府支持

市政建设的主要问题之一即是交通问题，政府的支持是万万不可缺失的。由于构建以计算机视觉技术为基础的智能交通管制机制，涉及面广，包括道路勘测、先进装置的引进、专业技术人员的储备、装备组织安装与调试、后期维护等等多方面，这些都需要投入大量的人力、财力、物力，而对于任何一个单位、部门或几个市政部门来说都无法独自承担，由此可知政府的大力支持是必不可少的，以政府的力量为媒介，将各部门进行协调、协作，只有这样才能构建成较健全的交通监控体系。

4 结束语

道路交通杂、乱是国内城市交通最突出的特点之一，对于我国的交通事业来说进行行人识别势在必行。而我国对于行人识别的研究仍处于起步阶段，还较落后。且基于计算机的交通监管系统设计较为复杂，涵盖点较多，因此本文仅对设计进行简要介绍，希望达到抛砖引玉的效果。

参考文献：

[1]康晓丽.无线网络技术在交通管理中的应用[J].科技情报开发与经济，2011（21）.

[2]钟振，赖顺桥，肖熠琳，张沛强.RFID车辆智能管理系统[J].机电工程技术，2011（02）.

[3]文军.视频监控系统软件现状与技术分析[J].金卡工程，2007（08）.

[4]张玉风.简述视频监控系统的发展历程[J].铁道通信信号工程技术，2006（06）.

[5]马伏花，朱青.基于射频识别技术的车辆自动识别系统的实现[J].中国仪器仪表，2006（11）.

计算机视觉培训范文第2篇

【关键词】电力营销 管理 客户满意度

电力商品的市场化态势已经形成，如何完成电力商品从卖方市场向买方市场的圆满转变，电力营销工作起着决定性的作用。而电力营销工作情况的优劣直接取决于用电客户，准确的说，用电客户包括潜在客户的多寡和延续性选择情况将决定供电企业的命运。因此，如何赢得和留住用电企业，让他们满意地成为供电公司的忠诚客户是电力营销管理中首先要解决的问题。电力营销工作始终应该围绕提高供电客户的满意度来进行。

一 全面推进电力营销工作，完成供电公司各项经营指标

供电企业业绩直接反映在售电量上，售电量增长率也是企业发展情况的重要指标之一；综合损耗率的下降率也能反映出线损情况，损耗的下降反面印证了营销业绩的上涨。另外，电价增长情况和电费回收情况均是营销业绩情况的指标之一，追缴和回收电费的情况，争取达到“结零”。要想做好营销管理工作，就要全面推进电力营销，全面完成各项经营指标。

二 全面提高电力商品质量和营销服务质量，提升客户满意度

1.从根本上提高客户满意度。

第一，提供优质电力商品，满足用电客户需求，提高顾客满意度。对于电力供应部门来说，提高供电可靠率是职责所在，也是赢得客户满意度的根本途径。提高供电可靠率的措施很多，比如，供电前的负荷分析预测、配网规划，对供电质量进行理论优化，采用配电网自动化技术等高科技实现配电网自动化，减少故障次数和停电次数；供电中通过对电压等的实时监控和供电检查，及时发现事故、隐患，通过改善电压、供电区域、优化供电线路等方法合理调整电压负荷，为用电客户提供稳定、持续的电力服务；一次供电完成后要及时对供电网络及供电电压等的可靠性和合理度进行分析，最终优化供电品质。电力质量的稳定、持续是提高顾客满意度的最根本所在。

第二，对电力商品科学定价，体现公平合理，提高客户满意度。电力商品的合理定价要从三方面考虑：完善电力需求侧管理措施，实行阶梯电价，加快智能电网建设的步伐。通过对用电终端的科学管理，使用电负荷平均化，提高终端能源使用效率，可以节约电能，从而降低电价；实施阶梯电价，也可以在一定程度上部分减少电能消耗，从而降低电价；而智能电网的最终建成将智能配置电能利用，提高利用效率，有利于电价的稳定。

2.利用现代信息化手段畅通电力营销渠道，提升客户满意度。

第一，加速电力企业信息化建设，推广国家电网SG186营销业务应用系统。建设大型的信息化项目和信息化集约项目并应用在生产和管理上，在“十二五”信息化规划期间，将努力建设数字化电网技术应用，生产业务精细化管理，新一代网络技术网架结构影响及数据中心硬件架构优化在SG816信息一体化应用基础上向巩固信息化建设成果迈进，努力使信息化建设再上一个台阶。

第二，利用现代计算机技术和通信技术，不断完善客户服务中心建设。计算机技术和通信技术应用于各行各业已不是鲜例，所带来的改变有目共睹。比如，计算机视觉技术。这种智能系统在电力自动化中的应用起了很大作用。利用计算机视觉技术形成的工业电视系统和遥视系统，利用红外技术形成的红外成像系统等从本质上属于图像技术。在电力监控人员对很多图像进行识别时，由于人眼易疲劳，不能快速对各种画面进行综合判断，而电力系统又是一个信息能量变化非常迅速的系统过渡过程，这时就需要计算机视觉技术代替人眼进行工作，从而实现电力系统图像信息的智能处理。

3.树立良好的供电企业形象，全面赢得客户满意度。

企业形象塑造历来受到重视。供电企业形象塑造要从全面完善供电营销服务做起，供电营销人员战斗在营销第一线，他们的形象就是客户对供电企业的第一印象。因此，营销人员要加强与客户的联系，沟通，加强向客户进行业务知识普及和业务宣传，使他们做到心中有数，对供电措施支持和理解，电力营销人员要有充分的业务敏感性，以能够保持现有营销规模和扩大用电客户为己任。

三 全面完善线损管理，降低线损率

第一，推进智能电表的实施和旧电表的更换。

第二，强化线损动态管理和考核工作。

第三，做好电力检查和反窃电工作。在线损管理中，窃电造成的线损占很大比例。由于窃电技术不断“改进”，建立一支精干的检查和反窃电队伍迫在眉睫。掌握和利用最先进的反窃电技术，具备高素质和高职业素养的反窃电人员是营销队伍中的生力军。

第四，对营销人员进行全面培训，使他们掌握更新的知识和技术，提升业务水平，提高客户满意度。

计算机视觉培训范文第3篇

下一波浪潮和AI的未来

今天大家都觉得AI“大风”来了，必须赶快前进不要掉队。但是如果冷静想想，AI还是面临很多挑战。

研究方面的挑战更大一些。国务院2017年7月印发的《新一代人工智能发展规划》提出：我国到2030年人工智能理论、技术与应用总体达到*水平，成为世界主要人工智能创新中心，智能经济、智能社会取得明显成效，为跻身创新型国家前列和经济强国奠定重要基础。这对研究工作提出了很高的要求。同时，中国工程院也了新一代人工智能发展报告。新一代人工智能也称为AI

2.0，我国的人工智能发展正从AI 1.0向AI 2.0过渡。

AI现在的主要缺陷或者说不足是在机器学习上。深度学习即深度神经网络是机器学习的一种方法，这种方法确实可以解决很多问题，在实践中也取得了很大的成功。但深度学习也要发展。我去美国开会时，马里兰大学一位很知名的AI专家调侃说，现在“深度学习有深度而无学习”(Deep Learning——Deep YES，LearningNO)。因为这样的“学习”严格说不是学习，而是训练，是用大数据在训练一个数学模型，而不是真的通过学习获得知识。

目

录

CONTENTS

目录

赞誉序言前言

第一章春暖花开——人工智能复兴

旷世棋局的幕后英雄002

人机博弈之战004

AI大潮席卷007

各国政府的应对策略011

第二章酷暑与寒冬——人工智能60年艰难历程

1956年达特茅斯会议与AI诞生016

初期的繁荣与乐观019

遭遇计算能力瓶颈021

复兴与再度冰冻023

20年寒冬027

第三章杰弗里·欣顿——突破人工智能关键技术的人

实习生培训班的老人030

人工神经网络道路崎岖034

寒冬中的坚持036

深度学习登场038

第四章助飞的双翼——深度学习成功的秘密

不是只要有好算法就能成功042

疯狂冒险家黄仁勋与GPU 046

“拼命三郎”李飞飞缔造ImageNet 050

让深度学习升华052

第五章数据魔方——数据科学崛起

华尔街数据争夺战056

AI眼中的历史与未来058

造就神奇的数据科学060

来自大数据的挑战062

异军突起的数据可视化065

硬币的另一面067

第六章机器在聆听——语音识别的历史性突破

人类的美好梦想与历史探索070

统计语言学打破沉寂071

剑桥语音的黄金十年073

技术高门槛与垄断076

深度学习带来历史性突破078

广阔的创新领域080

第七章让霍金倾谈——语音合成创造奇迹

机器制造“完美的保罗”086

语音合成的漫漫长路089

科大讯飞，一名在校生书写的传奇090

语音交互大战打响093

第八章重建巴别塔——机器翻译拆除语言樊篱

机器翻译崭露头角100

冷战催生的机器翻译101

语言的规则太复杂103

统计翻译成为主角105

见证历史的活样板107

科技巨头的竞技场108

第九章第二双眼睛——计算机视觉大放异彩

央视节目引起热议114

计算机视觉前史115

学科奠基人戴维·马尔117

走上快车道119

中国力量崛起122

谷歌猫与计算机视觉的未来124

第十章忠实的朋友与助手——形形的机器人

美的收购“德国国宝”128

机器人的前世今生130

现代制造业与工业机器人132

服务机器人大合唱134

巨大的冲击波139

第十一章飞翔的机器——无人机的广阔天地

无人机“黑飞”事件142

漫长发展史143

汪滔与大疆145

给“硅谷狂人”上了一课148

广阔的应用领域149

微小型化与集群应用152

无人机的未来154

第十二章智能交通革命——自动驾驶的梦想与现实

收购狂潮158自动驾驶概念与无人车的历史159

伊拉克战场引发的无人车挑战赛161

民用研究趁势而上162

“狂人”马斯克来了165

不同的声音——无人驾驶还需60年168

无人车畅想曲170

第十三章无形机器人——无处不在的虚拟机器人

一场官司的背后172

什么是Bot 174

Bot今昔175

创业的新机会177

虚拟机器人大显神通179

未来的竞争利器180

第十四章终身学习时代来临——人工智能塑造新人生

教育史上的“一场数字海啸”186

机器人给考试评分190

高考机器人亮相192

AI带来个性化教育193

超越大学，终身学习196

第十五章电脑神医——精准医学带来的福音

AI挑战医生200

破解医学影像处理难题202

手术机器人205

精准医学应运而生208

新药研制走上新路210

时刻不离的远程AI医生212

第十六章二十三条军规——对人工智能者的回答

乌镇内外216

AI为什么是错的219

今天的AI可能还处于胚胎阶段221

乐观的信号出现223

未雨绸缪的“二十三条军规”225

第十七章美丽新世界——AI的未来

AI 2.0新篇章230

通用AI的追求231

深度学习的未来232

挑战摩尔定律234

向人脑学习237

人类的新征程240

第十八章中国传奇正在书写

AI名人堂里来了中国人244

244国际学术会议因春节改期246

246美国媒体关注中国AI 247

247开放环境创造双赢249

249美国政府的新担忧251

创业大潮风起云涌252

宏伟的国家AI发展蓝图255

计算机视觉培训范文第4篇

【关键词】计算机技术 消防领域 应用

随着我国科学技术和经济水平的不断发展，互联网逐渐步入到人们的生活中，对人类的生活方式、消防领域都有着很大影响。计算机网络不仅是信息来源的主渠道，实现资源共享的有力保证，同时也是消防安全的有力保障，促进社会和谐健康的重要载体。随着“数字化、信息化、网络化、自动化、全球一体化”新时代的飞速到来，计算机技术在人们的生活和生产都占据了极其重要的地位。随着计算机的网络通讯、数据库等技术的高速发展，在消防领域中已经广泛的应用计算机技术来解决消防中所遇到的各方面的问题。本文主要从计算机在火灾报警、火灾统计技术中的应用以及运用GIS系统对消防接处警和日常行政管理提供必要的技术支持来进行分析，从而对计算机技术在消防领域中的应用进行深入的探讨。

1 计算机技术在消防火灾统计中的应用

计算机技术在消防火灾统计中的应用是通过计算机网络系统运用其独特的功能将多台计算机和外部设施设备，通过通信线连接在一起，并在计算机软件的操作和管理的下对火灾发生的相关数据进行统计工作。通过信息网络系统即实现了资源的共享和信息的传递，也给消防工作带来的前所未有的便利以及更准确地了解某个区域内发生火灾的情况，根据数据进行详细的分析，并作出某一时间段内火灾形势的研判，提供更完善的防火措施和对对广大人民群众防火知识的普及，使人民的生命财产安全得到充分的保障。消防信息化缘于火灾统计领域中对计算机技术的处理与应用，其主要是通过对计算机网络技术、通信技术、卫星定位等现代化技术的手段的综合应用，并以计算机网络为载体，从而对消防信息进行采集、分析和处理，以此实现消防工作的基础设施和信息的高效性和精确性的共享。随着科技的飞速发展，计算机在消防领域中的应用专业在不断的更新，从上世纪八十年代至今，消防领域中对计算机技术的应用已经有了质的飞跃，并实现了在火灾统计技术中统计数据的精确性和及时性，全面提高了火灾统计工作的效率和效果。

2 计算机技术在消防指挥中的应用

（1）消防的位置与定位系统中的应用。通过计算机技术运用数据库系统，对各个消防领域管辖地区的地理位置、消防栓的分布、重要建筑物的分布、行政部门的划分、交通路线以及各类水源的分布等进行定位，并在消防系统中用特殊的颜色及形状在屏幕上表示出来，以便在发生火灾的时候为能够及时有效地开展救火行动提供支持。计算机技术还可以对消防车辆进行GPS定位，通过对消防车辆进行定位发送信息，确定消防车辆的具置、移动方向、车辆速度等要素。在遇到意外紧急情况的时候，以便技术救援和及时更改车辆路线等。根据计算机技术在消防的位置与定位系统中的应用可以预先制定灭火救援预案，从而达到及时提供正确的车辆触动编成信息，保证灭火行动能够顺利地完成。

（2）远程通信指挥系统中的应用。随着社会经济和信息化的快速发展，城市建设也在潜移默化地发展着，以往的消防技术已经不能满足现代社会的需求。因此，消防领域也需要随着时代的步伐，通过运用计算机的独特功能建立和完善消防通信的指挥系统，以便于消防工作的顺利开展（如：实施快速灭火救援工作、进行火灾现场的侦查等），保障社会群众的人生财产安全，使社会和谐稳定的发展。通过计算机网络系统城市消防指挥中心可以将火警的形式建立成出车指令、作战预案等形式的资料发给相关的中队，中队通过电话、电脑以及扬声器等设备接受信息，以便于各项工作的顺利开展。中队也可通过计算机网络将其面对的问题以及不能解决的火灾情况反馈给指挥中心，通过终端的无线通信，寻求帮助，及各种器材的使用步骤。可见，计算机技术在消防领域中通信指挥系统中的应用也起着不可或缺的作用。

3 计算机技术应用GIS系统在消防领域中的作用

（1）GIS技术的含义。GIS系统（即地理信息系统的英文缩写）是以地理空间数据库为出起点，在计算机系统的支持下，运用系统工程和信息科学的理论来对地理数据进行综合、科学地分析，达到管理和决策所需的相关信息的技术系统。由此可知，GIS系统是以测量测绘为基础，以数据库作为其数据使用的源泉，以计算机的编程作为其平台的空间分析技术。在科技快速发展的情况下，地理信息系统越来越受到各领域的重视，尤其是消防领域，因此其得到了快速发展。

（2）GIS系统在消防工作中的协助作用。可以利用GIS系统的功能特点，将其运用到消防工作中（如：报警信息系统的定位、GPS的定位、数据费分析以及信息的查询）。然而，正在步入信息化、数字化、自动化、网络化、全球一体化的新时代，消防部队仅根据其现专用的数据和事故案发现场信息来进行快速查询附近的消防资源，从而实施救援，这往往是不够的。世界在发展，我国也在不断地成为国际化的国家，消防工作是社会公民的人生财产安全的重要保障，因此，应该加强消防工作的实施与完善，更加重视原始的创新、自主的创新以及系统的集成创新，减少因火灾事故死亡和损失财力为重点，就需要与时俱进，应用计算机技术通过GIS系统协助消防工作的顺路开展，在原来的消防技术上取得新的突破。由此可以看出，计算机技术已成为人们生产、生活和消防领域中的作用尤为重要，扮演着一个不可或缺的角色。

总之，随着社会经济和城市建设的快速发展，计算机技术和消防工作在社会中的地位越来越重要。然而，想要消防事业能够快速稳定的发展，计算机技术起着十分重要的作用，因为在消防管理工作中计算机技术和网络技术在都扮演着重要的角色，其包括防火监督管理、通信指挥系统、消防人员的训练与培训、火灾统计、消防队伍的后勤管理、人事管理以及日常办公自动化等。因此，在数字化、信息化、网络化的新时代，计算机技术在消防领域中的应用已势在必行。

参考文献

[1]张江明，张娟.浅谈制造业中计算机视觉检测技术的应用与发展[J].科技创新导报，2011（29）.

[2]陈敏艳.浅谈消防部队信息化建设中网络安全问题及管理对策[J].科教文汇（上旬刊），2009（11）.

[3]鲁杰，王静雪.浅谈建筑工地活动板房的消防监管[A].2011安徽省科协年会――海湾杯“社会消防安全管理创新”专题年会论文集[C].2011.

计算机视觉培训范文第5篇

[关键词] 手机； 增强现实技术； 移动学习应用

[中图分类号] G434 [文献标志码] A

[作者简介] 程志（1965—），男，广东河源人。副教授，博士，主要从事数字化学习、教师专业发展研究。E-mail：。

一、前 言

增强现实（AR）是将计算机生成的二维或三维的虚拟信息与真实环境中的景象相融合的一种技术，它综合了计算机图形、融合显示、多传感器、图像处理、计算机视觉等多门学科，是在虚拟现实（VR）的基础上发展起来的一个新兴的研究领域。增强现实系统的使用者可以在看到周围真实环境的同时，还能看到计算机产生的增强信息，这种增强信息可以是在真实环境中与真实物体共存的虚拟物体，也可以是与存在的真实物体有关的非几何信息。[1]目前，增强现实技术在医学、娱乐、军事训练、教学培训、工程设计、消费设计等许多领域得到广泛的应用。基于桌面计算机的增强现实系统，由于存在体积庞大笨重、成本高、易损坏等缺陷，在实际使用及操作中常有诸多不便。目前小型的移动设备如智能手机，已经具备了接近普通PC机的运算能力，以及海量的存储能力和高质量显示效果，因此选择手机作为增强现实技术的开发应用平台，已成为新一代增强现实技术的必然趋势。基于手机的增强现实，不仅能够突破基于桌面PC机的增强现实所带来的各种限制，而且在移动性、便携性以及人机交互性等方面具有较强的优势，因而更具移动学习的应用前景。鉴于此，本文试图对基于手机的增强现实及其在移动学习中的应用作一些深入的探讨，以期能对手机增强现实的教育应用有更深的理解。

二、基于手机的增强现实

（一）手机增强现实的结构

增强现实系统不仅可以使用户看到周围的真实环境，还可看到计算机产生的虚拟物体或非几何信息。增强现实系统主要由摄像与处理模块、注册定位模块、融合渲染模块、显示模块等几个关键部分组成（如图1所示）。系统的工作流程大致如下：首先，摄像与处理模块通过图像采集设备获取真实场景，并通过一定的算法降低噪声；第二，注册与定位模块通过硬件或者软件计算出观察者当前的位置和姿态即注册信息；第三，融合渲染模块在获得观察者精确的注册信息后，由计算机图形系统根据注册信息生成虚拟场景或物体，并通过视频信号融合器实现计算机生成的虚拟场景与真实场景融合；最后，通过显示设备输出，使观察者“浸没”在增强后的场景中。

目前常用的增强现实系统的硬件一般主要包括PC机、摄像头、头盔显示器和硬件跟踪设备等。基于此构架的增强现实系统，由于存在体积庞大笨重、成本高、易损坏以及难以维护等缺点，因此对用户的实际使用及操作带来诸多不便。目前，小型移动设备如智能手机、掌上电脑（PDA）等，已经具备了接近普通PC机的运算能力，而且还内置了摄像头、红外通信接口、蓝牙无线接口及GPS定位设备等，因此选择智能手机作为增强现实技术的新载体，将增强现实技术移植到智能手机上，能够使增强现实系统突破以往的体积庞大的限制，在便携性、移动性以及人机交互性等方面具有更大的优势，也因而使增强现实技术能应用于更加广泛的领域。

由于手机的计算能力及图形显示能力相对还比较弱，为了减轻手机端的计算负担，基于手机的增强现实目前大都还采用C/S的系统结构，让手机端与服务器共同承担计算处理任务，将部分计算工作放在服务器端，通过无线互联网将计算结果返回，在手机屏幕上进行增强现实效果的显示（如图2所示）。该系统的工作过程如下：首先，手机通过摄像头捕捉真实场景视频，并通过无线网络传送给服务器；其次，服务器端实现三维跟踪注册，并且根据三维跟踪注册结果，先计算出虚拟模型的渲染参数，再将渲染参数通过无线网络连接传给手机；最后，手机根据渲染参数，进行虚拟场景渲染绘制，接着将虚拟场景叠加到真实场景视频中，并且将虚实融合的增强场景图像显示在手机的屏幕上。

（二）手机增强现实的关键技术

基于手机的增强现实系统应能实时跟踪手机在真实场景中的空间位置和姿态，并根据这些信息计算出虚拟物体在摄像机中的坐标，实现虚拟物体画面与真实场景画面精准匹配。因此，尽管手机增强现实系统的研究需涉及许多关键技术，但让虚实准确结合的跟踪注册技术是最为关键的技术。手机增强现实系统的跟踪注册一般可分为两种：[2]一种是采用跟踪传感器进行注册，简称跟踪器法；一种是采用计算机视觉系统结合特定算法来实时得到，简称视觉法。其中，视觉法或基于视觉的方法又可分为基于标志的方法和基于自然特征的方法。

基于跟踪器的注册方法常采用磁力跟踪、超声跟踪、光学式跟踪、惯性跟踪、机械式跟踪、全球卫星定位系统（GPS）等方法进行跟踪注册。由于不同的跟踪器方法各有利弊，各自适合于不同的应用范围，且容易受到外界的干扰，以至于单一使用某种传感器进行跟踪注册，在精度和使用范围上难于满足实际应用的需要。因此，为了得到更广泛的适应性和更好的性能，许多系统采用跟踪器法与视觉法相结合的复合方法，以有效提高增强现实系统的跟踪性能和注册精度。

基于标志的跟踪注册是通过预先放置标记，然后对获取的图像进行分析，以计算摄像机的位置和姿态。人工标志的作用是向虚拟物体提供绘制信息，因此在很大程度上降低了计算机的计算要求和算法的复杂度，也使人工标志在增强现实系统中得到较为广泛的应用。人工标志若按照形状划分则有三角形、方形、五边形、圆形、同心圆环等，若按照颜色划分则有黑白与彩色两种情况。人工标志的实例如图3所示。不同的人工标志所表达的信息不同，采用的分析识别的方法也不完全一样，因此依据不同的应用场景合理地选取人工标志，能够有效地降低分析难度及提高识别结果的准确性。人工标志的识别和顶点提取本身是两个较为复杂的问题，涉及色彩过滤、图像分割、直线拟合等多种处理方法。[3]此外，采用人工标志的另一个好处是使用者可以通过移动标志的位置实现与虚拟物体进行实时交互。但是，某些场合可能无法使用人工标志，如想在某一被破坏的建筑废墟上呈现虚拟的、曾经的完整建筑景象，就无法在废墟上安放标志物，只能通过无人工标志的方法来实现。

基于自然特征的跟踪技术的基本原理与基于标识的跟踪技术类似，不过前者采用的是对场景目标对象的自然特征进行识别的方法，而不是人工标志。与基于标识的跟踪技术只适合小范围的增强现实应用不同，基于自然特征的跟踪技术由于摆脱了依赖放置在真实场景中的标志物的限制，因此具有更大的增强现实应用范围，而且在光照变化比较大和遮挡情况下比基于标志的跟踪更棒。

三、手机增强现实的主要功能特点

手机增强现实利用计算机产生的附加信息对真实环境的景象进行增强或扩张，并且还可让学习者与这些附加信息进行实时交互，这些附加信息或是虚拟物体，或是非几何信息。由此可见，手机增强现实具有以下主要功能特点。

（一）扩张真实环境

一般认为，增强现实技术是在虚拟现实技术的基础上发展起来的一个研究领域，但二者对浸没感的要求却存在明显的不同。虚拟现实强调使用者完全沉浸在一个由计算机所生成的虚拟空间之中，无法感知到周围的真实世界，而增强现实则致力于将计算机产生的虚拟物体或信息与真实环境融为一体，使其成为真实环境中的一个组成部分，以此来增强使用者对现实世界的理解。Milgram 等人[4]的研究把虚拟环境和现实环境看成是一个连续的统一体（如图4所示），增强现实位于现实环境与虚拟环境同时存在的混合现实部分，所以增强现实也被称为混合现实。因此，增强现实是补充现实而不是替代现实，它为学习者呈现一个虚拟物体与真实环境自然融合的学习环境，让他们可以在看到周围真实环境的同时，还能看到计算机产生的虚拟物体，并且还可以在真实环境中与虚拟物体进行交互。因此，手机增强现实技术创设的虚实结合的学习环境，能使学习者更直观、全面地掌握和理解学习对象。

（二）高度交互性

通过借助于各种传感器或视觉计算，基于手机的增强现实能够在学习者的位置和视线方向发生变化时，由计算机生成的叠加到真实场景中的虚拟物体也能实时地跟着改变。与此同时，学习者还能与虚拟物体进行交互。例如，当用手机摄像头扫描空荡荡的、尚未装潢的办公室时，手机屏幕上会显示出一系列的办公室装潢虚拟元素，学习者可通过与这些虚拟元素的交互来完成各种搭配。在基于手机的增强现实中，现实世界和虚拟世界的完美融合，让人很难注意到现实和虚拟之间的区别，学习者只需用手指点击手机屏幕中的景物，手上的移动设备就会立即把与该景物相关的信息呈现出来。因此，基于手机的增强现实的交互不再是具备明确位置的交互，而是扩展到整个环境，将自己融合于周围的空间与对象之中。由此可见，以手机为终端的增强现实让学习的交互变得更为完美与自然。

（三）定位信息服务

借助于GPS、电子罗盘的定位、定向信息，基于手机的增强现实能根据学习者的空间地理位置的变化，动态地为其提供各种学习信息，甚至这些信息还可通过三维的方式叠加在手机摄像头的图像上。在实际的应用中，只需要将手机的摄像头对准某一方向或景物，就能在手机屏幕上自动显示出有关的详细信息。手机增强现实定位信息服务的工作原理如图5所示，按顺序如下：[5]（1）通过GPS取得纬度、经度和高度等信息，同时通过电子指南针取得面向的方向，并以此确定手机增强现实需要搜索的范围；（2）向无线互联网络发送搜索范围的数据；（3）通过无线互联网络，返回指定搜索范围的相关信息，并将此信息叠加在手机显示屏的画面上。

目前，基于手机增强现实的位置信息服务，越来越多地受到大众的广泛关注。Layar是全球第一款增强现实感的手机浏览器，能够在浏览器上向人们展示周边环境的真实图像。[6]运行Layar后，只要将手机摄像头对准某一位置固定的物体比如建筑物，手机的屏幕上就会出现与画面上物体或位置相关的有用信息，比如建筑物的介绍、建筑物周围的银行、便利店、咖啡厅、茶馆、酒吧等的详细介绍及打折信息。另外，Sekai Camera让每个用户都能够为地球上任何一个地方贴上文字或语音标签，并且在每个标签后面都会附加上描述当时手机状态的“指纹”信息，包括GPS坐标、手机与地面的角度、手机方向等，以此作为为其他用户提供定位信息服务的键值。

四、手机增强现实在移动学习中的应用

移动学习是一种在移动设备支持下的能够在任何时间、任何地点发生的学习。基于手机的增强现实所带来的虚实结合的学习环境，为移动学习的内容呈现、交互方式及活动过程等方面都提供了新的可能。以下将从基于情境感知的学习、科学探究学习及参与模拟的学习等三个方面探讨手机增强现实的移动学习应用。

（一）在基于情境感知的学习中的应用

在人们的知识生产和应用的过程中，情境赋予了知识及知识活动相关的条件、背景和环境等个性化的特征，这些特征是区分、识别不同知识和知识活动的重要因素，更是学习者完全理解知识的关键要素。因此，情境已成为了学习者与知识联系、沟通的桥梁和纽带。情境感知也称情境感知计算，是指借助于环境、位置、时间、设备设施、行为活动等情境信息，向学习者提供适合于当前情形（如目标、任务等）的知识或服务，为学习者提供更好的适应性、个性化的学习交互和学习支持。只有通过情境感知，才能保障学习者个性化知识需求的准确性和可靠性。在基于情境感知的学习中，“学习内容由移动学习系统通过感知学习者的学习情境自动推送给学习者，使学习者在情境中进行学习”。[7]手机增强现实的定位信息服务功能，让学习者在移动中只要将手机对准某一方向或目标物体，就可利用GPS坐标、加速器给出的手机与地面角度，以及指南针确定的摄像头朝向，通过无线互联网搜索相关的情境信息，并将返回的情境信息呈现在手机的显示屏上，以支持学习者进行情境学习。因此，手机增强现实的定位跟踪技术为情境感知提供了更为完善的技术支持和实现方案，而情境感知则为在真实的问题情境、工作活动中开展情境学习提供了条件。例如，当学习者在户外旅游时，将具备增强现实功能的手机摄像头对准某一景物，经过对屏幕内的景物信息进行分析处理后，随即在屏幕上显示有关该景物及周边地区的各种旅游信息，以及提供实用全面的旅游攻略等，让学习者能在真实的情境中掌握旅游知识。

另外，基于情境感知的学习还可借助增强现实的自然特征识别技术，通过对手机摄像头拍摄的景物特征进行辨识来获得与情境相关的信息服务，以支持学习者在移动中开展情境学习。例如，国内正在研究基于增强现实技术的圆明园景观数字重现方面的应用。该应用开发成功后，游客把手机摄像头对准圆明园“大水法”遗址，就能够看到被破坏前的原貌，了解到该建筑的所有信息，包括何年何人主持建造、所用建筑材料、何年因何被入侵者破坏等内容。[8]此类手机增强现实在基于情境感知的学习中的应用，可帮助学生在真实的情境中对相关知识进行学习，有利于学生对知识的记忆和了解。

（二）在科学探究学习中的应用

探究学习是从学科领域或现实社会生活中提出研究问题或任务，然后学习者围绕这个问题或任务，通过假设、推理、验证等一系列的过程而最终解决问题或完成任务的一种探索活动。因此，问题是探究的起点，而且探究作为一种类似于科学研究的活动，还要经历科学研究的一般过程。尽管探究是以问题开始的，但问题的解决并不是探究的全部，需要学习者在知识、技能、情感和态度等各方面都获得发展和提高。要更准确地理解和把握科学探究，需要我们明确以下几个方面：[9]首先，科学探究的对象是自然界，是对自然现象或问题的一种调查和研究；其次，科学探究作为一种认知活动，要经历一定的活动程序或阶段；第三，在科学探究中，为了发现和认识自然现象或事物的特征，揭示自然的发展规律，个体要运用一系列的科学方法，包括观察、比较、分类、测量、交流、预测、假设、实验等来寻求对于自然问题的答案，获得对于自然世界的理解。

基于手机的增强现实由于其设备的便携性，以及提供与真实情境高度相关的信息服务，使其不再仅仅是扮演支持学习活动的台式机器的便携版本，而且还可开辟新的移动学习实践，为学习者提供更多的移动学习体验。在探究学习过程中，手机增强现实可为学习者呈现一个虚拟物体与真实环境相结合的学习环境，以支持学习者在自然的情境中开展科学探究学习活动。同样，手机增强现实的定位信息服务功能也可为探究学习活动提供脚手架，以帮助学习者在移动中完成科学探究的任务。例如，2002年开始启动的英国的环境森林项目，“给学习者提供增强的自然世界，然后让学生在反复的假设及验证的过程中，理解生态界的相互依存性与有关概念”。[10]该项目通过在森林中安置了带有增强现实功能的移动终端设备，人为地创设虚实相融合的学习环境，以帮助学生探究秃林和密林， 考察动植物的栖息环境以及它们之间的相互依存性，进而掌握生态系统的生物分布与生物之间相互依存的知识。另外，可以在 iphone 上运行的游戏“生态虫子”，通过设计一些虚拟的虫子，让学生对生态系统的各种情况进行探索，比如温度和食物的情况等，以使这些虫子能在现实世界中生存。它的目标受众是7到11岁的孩子，主要是为了帮助孩子们进行探索，更好地理解我们的生态系统。[11]

（三）在参与模拟的学习中的应用

参与模拟的学习强调学习者参与学习活动，充分发挥他们学习的主动性、自主性和探索性，让学习者在参与模拟的过程中体验到学习带来的乐趣。参与模拟的学习是符合建构主义学习理论的一种学习方式。在建构主义学习理论中，学生是信息加工的主体，是知识意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。通过为学习者提供参与模拟学习活动的环境以及建构知识的工具，让他们能在技术的支持下从信息的被动接收者变为积极的知识建构者，以提高他们的高层次思维能力和问题解决能力。

借助手机增强现实技术对学习环境或自然环境进行部分模拟，可为学习者参与模拟学习活动构建虚实融合的移动学习环境，并且让每个学习者都能参与到这个模拟的学习环境中。在移动增强现实技术支持的参与模拟学习中，每个学习者都拥有一部带有增强现实功能的手机，通过它将学习者带入高度交互的、真实与虚拟相融合的移动学习环境，而且每个学习者都需要在移动学习环境中扮演重要角色，比如扮演狮子，成为模拟学习的一部分，使他们在参与模拟的学习活动中能够看到他们的活动对整个学习过程的影响。运用移动设备开展参与模拟学习的案例并不少见，如Colella 的病毒游戏就是其中之一。在Colella 的游戏中，学习者通过在教室里走动并与其他人面对面地接触，以此来模拟和观察病毒在一定人群中的传播过程，使学习者在参与模拟中获得有关病毒传播及病毒控制的知识。具有增强现实功能的手机支持下的参与模拟的学习，能为学习者体验多种不同角色提供更为丰富、交互性更强的经历，因此更能调动他们参与学习的积极性，并在反思的过程中建构起他们对知识意义的理解。AR Invaders就是一款让学习者参与模拟的基于手机增强现实的射击游戏。在AR Invaders游戏中，无论你身处何处都是真实的战场，你需要扮演地球的保卫者，在摄像头捕捉到的真实的建筑物、汽车、行人中，搜索外星飞碟并击毁它们，以阻止外星人的入侵。AR Invaders游戏通过利用陀螺仪和重力感应来判断使用者的动作、方向和位置变化，给学习者带来非常逼真的学习体验。