《創意美術體驗》教學設計2課題：創意美術-拼接蘋果橙授課對象：中職課型：新授課課時：3~4課時教材分析：結構內容：本節課選自《人工智能通識》的項目六。本節課的主要內容體驗人工智能的應用，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，創造新的水果蘋果橙。地位作用：如今人工智能已經逐步讓人們的生活智能化，讓企業服務智能化，那么無論為了工作還是為了跟上時代步伐，有必要去了解人工智能是如何運作的。本節課的學習將帶領學生感知計算機視覺技術應用，需要學習OpenCV對圖像的基本操作，為后面的學習打好基礎。學情分析學習心理特征：本節課的授課對象為中職一年級學生該階段的學生學習自制力較差，上課注意力易被分散，因此在上課過程中，應該采用講練結合的方式，讓學生能夠在實踐中學習和鞏固課程內容。同時該階段的學生有很多自己的想法和創意，因此在設計任務時，需要給學生一定的自由發揮的空間，讓學生自主地學習和實踐。另外由于中職一年級的學生水平各不相同，因此教師在學生操作過程中應該實時觀察，引導并鼓勵基礎較差的學生完成練習。知識基礎：前面的課程已經讓學生了解了OpenCV的基本用法，本節將繼續對OpenCV進行實操練習。教學目標知識與技能目標：了解計算機視覺技術發展趨勢和應用場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，創造新水果技能實操：使用搜索引擎搜索信息，小組合作討論OpenCV圖像拼接的應用。根據教師發布的實訓任務書，自主進行圖像金字塔的探究和使用。根據教師發布的實訓任務書，自主實現新水果拼接。情感態度與價值觀：能夠體會到計算機視覺技術的奇妙和給生活帶來的樂趣。通過小組合作的方式，培養學生的主動參與的意識，強化自身的責任感，以及增強自己的合作能力。教學重難點教學重點：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系教學難點：OpenCV工具應用圖像金字塔OpenCV進行新水果拼接教學方法教法：任務驅動法、理實一體法學法：自主學習法、小組合作學習法教學準備教學環境：人工智能實訓室教學資源：派LabAI云課堂，PPT課件，教案，實訓源代碼，相關素材教學過程教學內容及過程時間分配設計意圖一、創設情景【教師活動】派弟弟是美術老師，平時大多是教學生畫各種生活中出現的物體，時間久了自己都覺得枯燥，于是想要一些有創意的東西讓學生畫，來激發興趣，小派通過圖像拼接發明了一些沒見過不常見的新東西。本案例我們主要學習基于OpenCV水果拼接案例，生成彩椒、蘋果橙、黑白馬等圖像重建體驗。2分鐘該環節通過創設一個生活中真實存在的情景，讓學生了解圖像拼接的應用。二、任務分析【教師活動】?本案例我們主要需要學習圖像拼接的概念，為后面的學習打好基礎。首先我們需要對如何開展該任務進行分析（該過程可以讓學生進行小組討論回答）預設：

圖像拼接在實際的應用場景很廣，比如無人機航拍，遙感圖像等等，圖像拼接是進一步做圖像理解基礎步驟，拼接效果的好壞直接影響接下來的工作，所以一個好的圖像拼接算法非常重要。【學生活動】小組展開討論各小組發表自己的任務分析結果【教師活動】對各小組的討論結果進行評價，最后進行小結，得出最后的任務分析結果：子任務一：了解圖像金字塔子任務二：進行圖像拼接3分鐘該環節主要是對本節課的任務的一個討論分析，在該過程中，讓每個學生對接下來要完成的任務進行分析和討論，讓學生成為課堂的主體，提高學生的參與感，提升學生的自主思考能力。三、新知學習任務一：探究圖像金字塔【教師活動】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，當在圖像中搜索某些東西（例如人臉）時，我們不確定對象將以多大的尺寸顯示在圖像中。在這種情況下，我們將需要創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”。那我們現在可以先導入相關工具包加載圖像。【學生活動】根據實訓指導手冊按步驟進行實訓。【教師活動】老師們根據操作流程進行教學，先從導入python工具包開始，一般在寫一個程序之前，都是需要導入相關的工具包的，我們要想實現圖像的讀取寫入和保存，就需要先對其進行數據層面的處理，我們可以導入數據處理包numpy、圖像處理工具CV2、以及可視化的包matplotlib，同學們可以進行嘗試。接著，我們可以讓學生輸入代碼!unzip-o./data-sets/samples.zip-d./來解壓資源文件，接著進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))【學生活動】小組討論探究，各組分享探究結果【教師活動】進行總結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。同學們需要根據每一步驟，學習一個知識點，每個函數的使用方法和參數。最后進行同學答疑。15分鐘在該環節中，設置了一個實操環節，能夠讓學生自己動手實操進行圖像基本讀取寫入保存的一個過程，增加課堂的實踐性，調節課堂的氛圍，同時也讓學生對項目的目標成果有個整體認知。【教師活動】同學們知道圖像金字塔都有哪些嗎？請同學們思考，兩者有什么不同？如何生成他們？預設：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，在數字圖像處理中也即是預測殘差，可以對圖像進行最大程度的還原，配合高斯金字塔一起使用。【學生活動】思考并回答問題【教師活動】對學生的回答進行小結，然后分別引導學生進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()#復制圖像A,保存在變量G中gpA=[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)#對圖像進行濾波然后進行下采樣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)#對圖像進行濾波然后進行下采樣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])#對圖像進行上采樣L=cv.subtract(gpA[i-1],GE)#對兩個圖像進行相減操作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])#對圖像進行上采樣L=cv.subtract(gpB[i-1],GE)#對兩個圖像進行相減操作lpB.append(L)【學生活動】思考并回答問題30分鐘在該環節中，通過提問的方式引出接下來要操作的內容，同時讓學生在動手操作之前能夠思考為什么要做這個事.另外，讓學生動手安裝之后再拋出一個問題，讓學生討論發現問題的答案，而不是直接給出，增加學生之間的互動與交流。步驟5-8：OpenCV實現水果的拼接【教師活動】剛才我們已經把對金字塔的原理和生成進行了學習，現在需要對水果進行拼接操作。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。最后還可以對未使用圖像金字塔的直接融合方法和我們的實現做一個對比。【學生活動】參考實訓任務書或派Lab平臺上的實訓指南，完成圖像拼接實操。【教師活動】在學生練習時進行巡視，對一些動手能力較弱的學生進行相關的指導，引導學生完成1-8步驟練習。預設：#導入數據處理包importnumpyasnp#現在在每個級別中添加左右兩半圖像LS=[]#創建一個空列表，用于存儲拼接好的圖像forla,lbinzip(lpA,lpB):rows,cols,dpt=la.shape#獲得圖像的規模：行數，列數，通道數ls=np.hstack((la[:,0:int(cols/2)],lb[:,int(cols/2):]))#將兩半圖像進行拼接LS.append(ls)#現在在每個級別中添加左右兩半圖像#現在重建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】對學生的練習進行簡單小結，指出學生常見的錯誤。30分鐘在該環節中，主要介紹圖像幾何變換的實現，當然，這部分要考慮實現難度與學生的能力。給出一批代碼樣例，有條件的學生可以在此基礎上進行改進。這里需要老師帶著學生一起去理解代碼之間的結構以及代碼內部的核心部分。重點了解幾個重要變換的函數方法。讓學生對opencv的使用有所認知。步驟8：未使用圖像金字塔直接融合對比【教師活動】#導入可視化包frommatplotlibimportpyplotasplt#讀取圖片img=cv.imread('Direct_blending.jpg')#展示圖片plt.imshow(img[:,:,[2,1,0]])plt.show()對兩次結果進行比對，向學生展示結果并總結；結果展示：15分鐘該環節是一個實訓環節，結合學生自身的特點，讓學生自己參考任務書，完成任務，提高學生的自學能力，以及動手實踐能力。四、課堂小結【教師活動】教師請各小組對本節課學習的內容進行小結。最后教師進行總結。布置課后習題5分鐘讓學生自己進行小結，加深學生對本節課知識的理解，也同時鍛煉學生總結歸納的能力。學習效果評價課后習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])#對圖像進行上采樣L=