項(xiàng)目4 創(chuàng)意美術(shù)體驗(yàn)2

《創(chuàng)意美術(shù)體驗(yàn)》教學(xué)設(shè)計(jì)2課題：創(chuàng)意美術(shù)-拼接蘋果橙授課對(duì)象：中職課型：新授課課時(shí)：3~4課時(shí)教材分析：結(jié)構(gòu)內(nèi)容：本節(jié)課選自《人工智能通識(shí)》的項(xiàng)目六。本節(jié)課的主要內(nèi)容體驗(yàn)人工智能的應(yīng)用，了解什么是圖像拼接，了解什么是圖像金字塔，能夠使用圖像金字塔來拼接圖像，創(chuàng)造新的水果蘋果橙。地位作用：如今人工智能已經(jīng)逐步讓人們的生活智能化，讓企業(yè)服務(wù)智能化，那么無論為了工作還是為了跟上時(shí)代步伐，有必要去了解人工智能是如何運(yùn)作的。本節(jié)課的學(xué)習(xí)將帶領(lǐng)學(xué)生感知計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)應(yīng)用，需要學(xué)習(xí)OpenCV對(duì)圖像的基本操作，為后面的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。學(xué)情分析學(xué)習(xí)心理特征：本節(jié)課的授課對(duì)象為中職一年級(jí)學(xué)生該階段的學(xué)生學(xué)習(xí)自制力較差，上課注意力易被分散，因此在上課過程中，應(yīng)該采用講練結(jié)合的方式，讓學(xué)生能夠在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和鞏固課程內(nèi)容。同時(shí)該階段的學(xué)生有很多自己的想法和創(chuàng)意，因此在設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)，需要給學(xué)生一定的自由發(fā)揮的空間，讓學(xué)生自主地學(xué)習(xí)和實(shí)踐。另外由于中職一年級(jí)的學(xué)生水平各不相同，因此教師在學(xué)生操作過程中應(yīng)該實(shí)時(shí)觀察，引導(dǎo)并鼓勵(lì)基礎(chǔ)較差的學(xué)生完成練習(xí)。知識(shí)基礎(chǔ)：前面的課程已經(jīng)讓學(xué)生了解了OpenCV的基本用法，本節(jié)將繼續(xù)對(duì)OpenCV進(jìn)行實(shí)操練習(xí)。教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能目標(biāo)：了解計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景了解什么是圖像拼接了解什么是圖像金字塔熟練使用OpenCV來拼接圖像，創(chuàng)造新水果技能實(shí)操：使用搜索引擎搜索信息，小組合作討論OpenCV圖像拼接的應(yīng)用。根據(jù)教師發(fā)布的實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，自主進(jìn)行圖像金字塔的探究和使用。根據(jù)教師發(fā)布的實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，自主實(shí)現(xiàn)新水果拼接。情感態(tài)度與價(jià)值觀：能夠體會(huì)到計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的奇妙和給生活帶來的樂趣。通過小組合作的方式，培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)參與的意識(shí)，強(qiáng)化自身的責(zé)任感，以及增強(qiáng)自己的合作能力。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1、什么是圖像拼接？2、什么是高斯金字塔？3、什么是拉普拉斯金字塔4、高斯金字塔和拉普拉斯金字塔的關(guān)系教學(xué)難點(diǎn)：OpenCV工具應(yīng)用圖像金字塔OpenCV進(jìn)行新水果拼接教學(xué)方法教法：任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、理實(shí)一體法學(xué)法：自主學(xué)習(xí)法、小組合作學(xué)習(xí)法教學(xué)準(zhǔn)備教學(xué)環(huán)境：人工智能實(shí)訓(xùn)室教學(xué)資源：派LabAI云課堂，PPT課件，教案，實(shí)訓(xùn)源代碼，相關(guān)素材教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容及過程時(shí)間分配設(shè)計(jì)意圖一、創(chuàng)設(shè)情景【教師活動(dòng)】派弟弟是美術(shù)老師，平時(shí)大多是教學(xué)生畫各種生活中出現(xiàn)的物體，時(shí)間久了自己都覺得枯燥，于是想要一些有創(chuàng)意的東西讓學(xué)生畫，來激發(fā)興趣，小派通過圖像拼接發(fā)明了一些沒見過不常見的新東西。本案例我們主要學(xué)習(xí)基于OpenCV水果拼接案例，生成彩椒、蘋果橙、黑白馬等圖像重建體驗(yàn)。2分鐘該環(huán)節(jié)通過創(chuàng)設(shè)一個(gè)生活中真實(shí)存在的情景，讓學(xué)生了解圖像拼接的應(yīng)用。二、任務(wù)分析【教師活動(dòng)】?本案例我們主要需要學(xué)習(xí)圖像拼接的概念，為后面的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。首先我們需要對(duì)如何開展該任務(wù)進(jìn)行分析（該過程可以讓學(xué)生進(jìn)行小組討論回答）預(yù)設(shè)：

圖像拼接在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景很廣，比如無人機(jī)航拍，遙感圖像等等，圖像拼接是進(jìn)一步做圖像理解基礎(chǔ)步驟，拼接效果的好壞直接影響接下來的工作，所以一個(gè)好的圖像拼接算法非常重要?！緦W(xué)生活動(dòng)】小組展開討論各小組發(fā)表自己的任務(wù)分析結(jié)果【教師活動(dòng)】對(duì)各小組的討論結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，最后進(jìn)行小結(jié)，得出最后的任務(wù)分析結(jié)果：子任務(wù)一：了解圖像金字塔子任務(wù)二：進(jìn)行圖像拼接3分鐘該環(huán)節(jié)主要是對(duì)本節(jié)課的任務(wù)的一個(gè)討論分析，在該過程中，讓每個(gè)學(xué)生對(duì)接下來要完成的任務(wù)進(jìn)行分析和討論，讓學(xué)生成為課堂的主體，提高學(xué)生的參與感，提升學(xué)生的自主思考能力。三、新知學(xué)習(xí)任務(wù)一：探究圖像金字塔【教師活動(dòng)】通常，我們過去使用的是恒定大小的圖像。但是在某些情況下，我們需要使用不同分辨率的（相同）圖像。例如，當(dāng)在圖像中搜索某些東西（例如人臉）時(shí)，我們不確定對(duì)象將以多大的尺寸顯示在圖像中。在這種情況下，我們將需要?jiǎng)?chuàng)建一組具有不同分辨率的相同圖像，并在所有圖像中搜索對(duì)象。這些具有不同分辨率的圖像集稱為“圖像金字塔”。那我們現(xiàn)在可以先導(dǎo)入相關(guān)工具包加載圖像?！緦W(xué)生活動(dòng)】根據(jù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)手冊(cè)按步驟進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。【教師活動(dòng)】老師們根據(jù)操作流程進(jìn)行教學(xué)，先從導(dǎo)入python工具包開始，一般在寫一個(gè)程序之前，都是需要導(dǎo)入相關(guān)的工具包的，我們要想實(shí)現(xiàn)圖像的讀取寫入和保存，就需要先對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)層面的處理，我們可以導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理包numpy、圖像處理工具CV2、以及可視化的包matplotlib，同學(xué)們可以進(jìn)行嘗試。接著，我們可以讓學(xué)生輸入代碼!unzip-o./data-sets/samples.zip-d./來解壓資源文件，接著進(jìn)行蘋果圖片和橙子圖片的讀取。A=cv.imread('./samples/apple.jpg')#將圖片像素縮放至384*384大小A=cv.resize(A,(384,384))#讀取橘子圖片B=cv.imread('./samples/orange.jpg')#將圖片像素縮放至384*384大小B=cv.resize(B,(384,384))【學(xué)生活動(dòng)】小組討論探究，各組分享探究結(jié)果【教師活動(dòng)】進(jìn)行總結(jié)這里先簡單的說一下圖像讀取寫入方法，然后講一下resize圖像縮放的原理。同學(xué)們需要根據(jù)每一步驟，學(xué)習(xí)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，每個(gè)函數(shù)的使用方法和參數(shù)。最后進(jìn)行同學(xué)答疑。15分鐘在該環(huán)節(jié)中，設(shè)置了一個(gè)實(shí)操環(huán)節(jié)，能夠讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)操進(jìn)行圖像基本讀取寫入保存的一個(gè)過程，增加課堂的實(shí)踐性，調(diào)節(jié)課堂的氛圍，同時(shí)也讓學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的目標(biāo)成果有個(gè)整體認(rèn)知?！窘處熁顒?dòng)】同學(xué)們知道圖像金字塔都有哪些嗎？請(qǐng)同學(xué)們思考，兩者有什么不同？如何生成他們？預(yù)設(shè)：兩種金字塔：高斯金字塔(Gaussianpyramid):用來向下采樣（縮小尺寸），主要的圖像金字塔拉普拉斯金字塔(Laplacianpyramid):用來從金字塔低層圖像重建上層未采樣圖像，在數(shù)字圖像處理中也即是預(yù)測(cè)殘差，可以對(duì)圖像進(jìn)行最大程度的還原，配合高斯金字塔一起使用?！緦W(xué)生活動(dòng)】思考并回答問題【教師活動(dòng)】對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行小結(jié)，然后分別引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行高斯金字塔和拉普拉斯金字塔的生成。代碼如下：#生成A的高斯金字塔G=A.copy()#復(fù)制圖像A,保存在變量G中g(shù)pA=[G]#初始化A的高斯金字塔foriinrange(6):#給A的高斯金字塔添磚加瓦G=cv.pyrDown(G)#對(duì)圖像進(jìn)行濾波然后進(jìn)行下采樣gpA.append(G)#生成B的高斯金字塔G=B.copy()gpB=[G]#初始化B的高斯金字塔foriinrange(6):#給B的高斯金字塔添磚加瓦G=cv.pyrDown(G)#對(duì)圖像進(jìn)行濾波然后進(jìn)行下采樣gpB.append(G)#生成A的拉普拉斯金字塔lpA=[gpA[5]]foriinrange(5,0,-1):GE=cv.pyrUp(gpA[i])#對(duì)圖像進(jìn)行上采樣L=cv.subtract(gpA[i-1],GE)#對(duì)兩個(gè)圖像進(jìn)行相減操作lpA.append(L)#生成B的拉普拉斯金字塔lpB=[gpB[5]]foriinrange(5,0,-1):GE=cv.pyrUp(gpB[i])#對(duì)圖像進(jìn)行上采樣L=cv.subtract(gpB[i-1],GE)#對(duì)兩個(gè)圖像進(jìn)行相減操作lpB.append(L)【學(xué)生活動(dòng)】思考并回答問題30分鐘在該環(huán)節(jié)中，通過提問的方式引出接下來要操作的內(nèi)容，同時(shí)讓學(xué)生在動(dòng)手操作之前能夠思考為什么要做這個(gè)事.另外，讓學(xué)生動(dòng)手安裝之后再拋出一個(gè)問題，讓學(xué)生討論發(fā)現(xiàn)問題的答案，而不是直接給出，增加學(xué)生之間的互動(dòng)與交流。步驟5-8：OpenCV實(shí)現(xiàn)水果的拼接【教師活動(dòng)】剛才我們已經(jīng)把對(duì)金字塔的原理和生成進(jìn)行了學(xué)習(xí)，現(xiàn)在需要對(duì)水果進(jìn)行拼接操作。步驟如下：在每層金字塔中添加左右兩半圖像，以直接融合與金字塔融合的方式重建圖像，將重建的圖像保存下來。最后還可以對(duì)未使用圖像金字塔的直接融合方法和我們的實(shí)現(xiàn)做一個(gè)對(duì)比?！緦W(xué)生活動(dòng)】參考實(shí)訓(xùn)任務(wù)書或派Lab平臺(tái)上的實(shí)訓(xùn)指南，完成圖像拼接實(shí)操?！窘處熁顒?dòng)】在學(xué)生練習(xí)時(shí)進(jìn)行巡視，對(duì)一些動(dòng)手能力較弱的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生完成1-8步驟練習(xí)。預(yù)設(shè)：#導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理包importnumpyasnp#現(xiàn)在在每個(gè)級(jí)別中添加左右兩半圖像LS=[]#創(chuàng)建一個(gè)空列表，用于存儲(chǔ)拼接好的圖像forla,lbinzip(lpA,lpB):rows,cols,dpt=la.shape#獲得圖像的規(guī)模：行數(shù)，列數(shù)，通道數(shù)ls=np.hstack((la[:,0:int(cols/2)],lb[:,int(cols/2):]))#將兩半圖像進(jìn)行拼接LS.append(ls)#現(xiàn)在在每個(gè)級(jí)別中添加左右兩半圖像#現(xiàn)在重建ls_=LS[0]foriinrange(1,6):ls_=cv.pyrUp(ls_)#上采樣ls_=cv.add(ls_,LS[i])#圖像與直接連接的每一半real=np.hstack((A[:,:int(cols/2)],B[:,int(cols/2):]))【教師活動(dòng)】對(duì)學(xué)生的練習(xí)進(jìn)行簡單小結(jié)，指出學(xué)生常見的錯(cuò)誤。30分鐘在該環(huán)節(jié)中，主要介紹圖像幾何變換的實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，這部分要考慮實(shí)現(xiàn)難度與學(xué)生的能力。給出一批代碼樣例，有條件的學(xué)生可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。這里需要老師帶著學(xué)生一起去理解代碼之間的結(jié)構(gòu)以及代碼內(nèi)部的核心部分。重點(diǎn)了解幾個(gè)重要變換的函數(shù)方法。讓學(xué)生對(duì)opencv的使用有所認(rèn)知。步驟8：未使用圖像金字塔直接融合對(duì)比【教師活動(dòng)】#導(dǎo)入可視化包frommatplotlibimportpyplotasplt#讀取圖片img=cv.imread('Direct_blending.jpg')#展示圖片plt.imshow(img[:,:,[2,1,0]])plt.show()對(duì)兩次結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，向?qū)W生展示結(jié)果并總結(jié)；結(jié)果展示：15分鐘該環(huán)節(jié)是一個(gè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，結(jié)合學(xué)生自身的特點(diǎn)，讓學(xué)生自己參考任務(wù)書，完成任務(wù)，提高學(xué)生的自學(xué)能力，以及動(dòng)手實(shí)踐能力。四、課堂小結(jié)【教師活動(dòng)】教師請(qǐng)各小組對(duì)本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)。最后教師進(jìn)行總結(jié)。布置課后習(xí)題5分鐘讓學(xué)生自己進(jìn)行小結(jié)，加深學(xué)生對(duì)本節(jié)課知識(shí)的理解，也同時(shí)鍛煉學(xué)生總結(jié)歸納的能力。學(xué)習(xí)效果評(píng)價(jià)課后習(xí)題題型題目答案問答題（一題一分）1、闡述什么是圖像拼接2、簡述高斯金子塔的原理3、為什么使用圖像金字塔的效果好1、略2、略3、略實(shí)操題（每題2分）生成拉普拉斯金字塔#生成A的拉普拉斯金字塔lpA=[gpA[5]]foriinrange(5,0,-1):GE=cv.pyrUp(gpA[i])#對(duì)圖像進(jìn)行上采樣L=