计算机视觉教学改革分析范文

人类从外界获取的信息中70-80%来源于视觉，因此，使计算机具备人类视觉的功能具有巨大的应用价值。近年来，计算机视觉技术市场前景明朗，需求日趋广泛，计算机视觉领域工程师人才供不应求。在此背景下，国内外高校大多都开设了这门课程，深受学生欢迎。传统计算机视觉课程根据Marr理论框架，围绕由2D图像获取3D信息的基础理论展开教学。通常，计算机视觉的目标设定为获取3D场景的有用信息，如深度、结构、运动、表面朝向等。经过多年工程硕士及本科教育发现，以工程应用能力培养为目标的卓越工程师培养中，传统计算机视觉教学中尚存在如下问题：

（1）课程内容方面：工程应用价值较小的内容居多；具备工程应用价值的方法，如基于结构光的3D信息获取，在课程内容中却极少出现。

（2）课程定位方面：现有课程体系中未能体现最新研究成果，而掌握世界最新工程应用成果是卓越工程师的基本要求之一。

（3）教学形式方面：传统计算机视觉课程侧重基本原理，尽管范例教学被引入到课堂教学中，在一定程度上帮助学生理解，但卓越工程师培养目标是培养学生解决实际工程问题的能力。针对卓越工程师培养目标，以及目前计算机视觉课程中存在的问题，本文提出工程应用导向型的课程内容、面向最新成果的课程定位、理论实例化与工程实践化的教学形式，以培养具有扎实理论基础及工程实践能力的卓越工程师。

1工程应用导向型的课程内容传统计算机视觉课程围绕Marr理论框架展开教学，其中部分原理仅在理想状态或若干假设下成立，不能直接运用到工程实践中。近年来已具备工程应用基础的原理及方法，在传统课程内容中较少出现，如已在工业测量、视频监控、游戏娱乐等领域中应用的主动式三维数据获取方法等。我们对工程应用价值高的课程内容，增加课时，充分讲解其原理及算法，并进行工程实例分析；对工程应用价值较低内容，压缩课时，以介绍方法原理为主。例如，在教授3D信息获取部分时，课时主要投入到工程应用价值较大的内容，如立体视觉、运动恢复结构、基于结构光的3D信息获取等；而对于基于阴影的景物恢复等缺乏应用基础的内容主要介绍其基本原理，并引导学生进行其工程应用的可行性分析，培养学生缜密的思维习惯，训练学生辩证的分析能力。

2面向最新成果的课程定位计算机视觉近十年来发展迅速，新方法和新理论层出不穷，在现有课程体系中未能得以体现。跟进世界最新成果是卓越工程师的基本要求之一，因此计算机视觉课程定位应当面向国际最新成果。为实现这一目标，我们主要从以下两方面入手。

（1）选用涵盖最新成果的教材。我们在教学中加入国际最新科研成果及应用范例，在教材选取上采用2010年RichardSzeliski教授所著《Computervision:algorithmsandapplications》作为参考教材。该书是RichardSzeliski教授在多年MIT执教经验及微软多年计算机视觉领域工作经验基础上所著，涵盖计算机视觉领域的主要科研成果及应用范例，参考文献最新引用至2010年。这是目前最新的计算机视觉著作之一，条理清晰，深入浅出，特点在于对计算机视觉的基本原理介绍非常详尽，算法应用紧跟国际前沿。

（2）强化学生调研及自学能力。“授之以鱼”，不如“授之以渔”。在教授学生的同时，更重要的是培养学生调研、跟踪、学习并分析国际最新科研及工程应用成果的能力。为强化学生的知识结构，培养学生跟踪国际前沿的能力，我们在教学中加入10%的课外学时，指导每位学生完成最近三年本领域的国际最新文献调研及工程应用新技术调研，并撰写相关调研论文。同时，设置2学时课内学时，让每位学生介绍调研成果，并进行课堂讨论。在调研基础上，选择相关算法进行了实验证明，进一步强化学习成果。实践证明，由于学生能够根据自己的兴趣，选择本领域感兴趣的课题进行深入调研，极大地调动了学生的积极性，强化了学生调研、跟踪、学习并分析国际最新科研及工程应用成果的能力。

3工程实践化的教学形式我们在教学中提出工程实践化的教学形式，即以人类视觉功能为背景，由相应工程实例引出相关理论，并最终将理论运用到工程实例中的算法和方法传授给学生。

（1）工程实例化的理论讲解。在工程实例的系统功能基础上，提出教学内容的命题；在关键技术及难点基础上，讲解基本原理及方法。在教学过程中，不断穿插众所周知的实例。例如，讲解摄像机模型时，由“近大远小”的原理，解释青少年流行拍摄的“大头照”，从上而下俯拍容易拍出视觉更美的“锥子脸”；由过近拍照产生面部变形，解释镜头原理及畸变现象。科学研究发现，大学生课堂注意力平均为10-15分钟。课堂教学质量的优劣关键取决于教学效率，因此，抓住学生注意力至关重要。经过我们的教学实践发现，大量学生熟悉并感兴趣的实例引入后，学生的注意力会即时迅速提高，兴趣大大提升。

（2）理论的工程实践化。卓越工程师培养的关键是利用所学算法与方法解决实际工程问题的能力。计算机视觉课程中介绍的方法大部分基于理想状况的假设。在工程实践中，生搬硬套将出现错误。因此，培养学生将理论进行工程实践，是卓越工程师培养中必不可少的一个环节。该过程不仅可以锻炼学生的动手能力，更重要的是引导学生认识到理论知识与工程应用的距离，提炼并解决理论结合实际时需解决的关键问题。同时，工程应用中遇到的问题，往往不是一门课程内的知识可以解决的，需协同多门课程知识。这样，可培养学生通汇贯通课程及相关领域知识，解决问题的能力。我们依托计算机视觉与模式识别实验室多年来在该领域的研究基础与实验条件，对学生的工程实践能力进行配套培养。主要包括两个策略：利用10%的课内学时，选取相关经典工程实践实验，指导学生独立完成；利用10%的课外学时，指导学生调研最新科研成果，指导学生分组完成仿真实验。实践证明，该过程加深了学生对理论的理解，大大提高了学生的成就感、学习兴趣及工程实践能力。4结论本文提出的计算机视觉课程教学方法是经过多年工程型硕士及本科教学实践探索的经验所得，并在三个班次进行了教学实践。工程应用导向型的课程内容紧贴实际，所学即所用，极大地增强了学生的学习兴趣及动手乐趣；面向最新成果的课程定位紧跟计算机视觉的技术发展，培养学生调研、跟踪、学习并分析国际最新科研及工程应用成果，开阔学生眼界和思路；理论实例化与工程实践化的教学形式，注重理论联系实际的能力培养。教学实践表明，上述方法对培养具有扎实理论基础、理论结合实践的工程实践能力的卓越工程师，起到了有别于传统计算机视觉教学的良好效果。