《人臉檢測技術(shù)》公選課課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐

李爭名

摘要：針對選修公選課的學(xué)生具有不同的學(xué)科背景，設(shè)計(jì)基于科研和教學(xué)互動(dòng)的公選課課程?！度四槞z測技術(shù)》公選課利用相關(guān)科研成果設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，探索科研與教學(xué)互動(dòng)的公選課教學(xué)模式，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，提高人臉檢測技術(shù)公選課的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：人臉檢測；公選課；課程設(shè)計(jì)；實(shí)踐教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：TP 310 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）15-0130-03

Public Elective “Face Detection” Course Design and Practice

LI Zheng-ming

（Industry Training Center， GuangDong Polytechnic Normal University， Guangzhou 510665， China）

Abstract： In view of students coming from different majors and backgrounds， public elective "Face Detection" course is constructed based on the interaction between research and teaching. In order to explore the teaching mode of research and teaching， teaching contents are designed by using the related research results in face detection. The public elective course can improve the ability of operating practical process， stimulate students interest in learning and promote students' active thinking. Then， it can improve teaching effect of public elective "Face Detection" course.

Key words： face detection； public elective course； course design； experiment teaching； teaching reform

1 引言

目前，人工智能技術(shù)在飛速發(fā)展，并受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中提出要加強(qiáng)新一代人工智能的研發(fā)應(yīng)用，發(fā)展智能產(chǎn)業(yè)，拓展智能生活。而人臉識別作為人工智能領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)，在政府、軍隊(duì)、銀行、社會(huì)福利保障、零售、電子商務(wù)和安全防務(wù)等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景[1-2]。作為人臉識別系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，人臉檢測主要是采用一定的策略對圖像進(jìn)行搜索以確定是否含有人臉，如果有則返回人臉的位置、大小和姿態(tài)等信息，否則返回?zé)o。雖然人臉檢測只是人臉識別的一個(gè)環(huán)節(jié)，但是人臉檢測的效果直接影響到人臉識別的性能，而且人臉檢測的應(yīng)用背景已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人臉識別系統(tǒng)的范疇，在基于內(nèi)容的圖像檢索、數(shù)字視頻處理和視頻檢測等方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值，并在金融等行業(yè)中都具有廣泛的應(yīng)用[3-4]。 雖然人臉檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用于人們的日常生活，但相關(guān)的研究大多集中在實(shí)驗(yàn)室，人臉檢測課程相對較少。因此，為了讓學(xué)生了解人臉檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢，人臉檢測技術(shù)公選課通過合理安排教學(xué)內(nèi)容，引入相關(guān)科研成果，讓學(xué)生了解人臉檢測在圖像處理，模式識別和機(jī)器視覺等領(lǐng)域的應(yīng)用，掌握人臉檢測技術(shù)的相關(guān)知識，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

2 人臉檢測技術(shù)公選課教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

為了讓學(xué)生掌握人臉檢測技術(shù)的理論知識和工程實(shí)踐，教學(xué)內(nèi)容從本人參與的《面向金融行業(yè)安全的視頻分析與異常事件檢測》項(xiàng)目中選取。面向金融行業(yè)安全的視頻分析與異常事件檢測項(xiàng)目主要利用模式識別、計(jì)算機(jī)視覺的技術(shù)和手段設(shè)計(jì)面向自助銀行的智能視頻分析與異常事件檢測以及人臉識別等身份識別的方法。為讓學(xué)生更好地理解人臉檢測技術(shù)，從項(xiàng)目中選擇客戶檢測，人臉檢測和偽裝檢測三個(gè)模塊作為教學(xué)內(nèi)容，并把上述三個(gè)模型設(shè)計(jì)成一個(gè)完整的人臉偽裝識別系統(tǒng)，其流程圖如圖1所示。

根據(jù)圖1所示的人臉偽裝識別流程圖，人臉檢測公選課的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)如下：

1）客戶檢測模塊

客戶檢測模塊的本質(zhì)是人體檢測，檢測人體在計(jì)算機(jī)視覺中有許多應(yīng)用，例如智能汽車、視頻監(jiān)控、圖像檢索和高級人機(jī)交互等。因此，通過該模塊的教學(xué)，使學(xué)生了解人體檢測的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，掌握常用的人體檢測算法。由于幀間差分法是一種通過對視頻圖像序列中相鄰兩幀作差分運(yùn)算來獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)輪廓的方法，可以很好地適用于存在多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和攝像機(jī)移動(dòng)的情況，被廣泛地應(yīng)用于人體檢測中，因此，在客戶檢測模塊中以幀間差分方法為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。通過該模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠掌握高斯平滑預(yù)處理和輪廓檢測等圖像處理的基本知識?？蛻魴z測模塊教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)如下：

（1）對序列圖像進(jìn)行高斯平滑預(yù)處理，去掉圖像隨機(jī)噪聲，減少運(yùn)算的復(fù)雜度，克服噪聲對圖像處理結(jié)果的干擾。

（2）在視頻圖像序列中選取連續(xù)的兩幀圖像，做絕對差值圖像，獲得差值圖像。

（3）求取最近10幀絕對差值圖像的均值，對差值圖像進(jìn)行分割，提取圖像中運(yùn)動(dòng)較為劇烈的區(qū)域。

（4）對閾值圖像進(jìn)行中值濾波，去掉圖像的噪聲細(xì)節(jié)。

（5）過濾輪廓較小的區(qū)域，提取超過一定閾值的區(qū)域作為檢測到的人體部分，幀間差方法檢測人體的效果如圖2所示。

2）人臉檢測模塊

為了更好地講解人臉檢測模塊，在該模塊中加入人臉識別的相關(guān)知識，讓學(xué)生更好地了解人臉識別的整個(gè)流程。人臉檢測模塊利用Adaboost方法檢測處人臉，然后利用稀疏描述方法進(jìn)行人臉識別。通過該模塊的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握視頻人臉檢測和識別算法的知識。

3）偽裝檢測模塊

人臉的偽裝有多種方式，常見的有帽子、口罩和墨鏡對人臉的遮擋引起，也可能由手、雨傘、紙張、頭套或者摩托車安全頭盔的遮擋引起。為了讓學(xué)生掌握人臉偽裝檢測的基本原理，在課程設(shè)計(jì)中使用基于聚類分析的方法對人臉偽裝進(jìn)行檢測，通過使用K均值聚類將偽裝區(qū)域與背景分割開來，從而提取出偽裝的形狀與輪廓，并做出進(jìn)一步的分析。通過該模塊的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握偽裝檢測的相關(guān)知識。該教學(xué)模塊的具體流程如圖4所示。

3 人臉檢測技術(shù)公選課的特點(diǎn)

人臉檢測技術(shù)課程以工程實(shí)踐為主，通過理論知識的講解，使學(xué)生掌握人臉數(shù)據(jù)的預(yù)處理、檢測和分類等方法，提高不同專業(yè)學(xué)生掌握人臉識別技術(shù)的能力。此外，人臉檢測技術(shù)具有理論復(fù)雜和知識零散等特點(diǎn)，因此，人臉識別技術(shù)課程需要較多的知識儲(chǔ)備和較高的編程能力。本文設(shè)計(jì)的人臉檢測技術(shù)公選課程具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）面向全體學(xué)生，受眾面較寬

高校開設(shè)的人臉檢測技術(shù)課程主要面向研究生和特定專業(yè)的學(xué)生，其他專業(yè)或?qū)θ四槞z測技術(shù)有興趣的同學(xué)沒有辦法選修。例如，張[5]把人臉識別技術(shù)應(yīng)用于“模式識別”課程中，設(shè)計(jì)案例式教學(xué)。然而，“模式識別”課程僅僅是部分專業(yè)開設(shè)，其受眾面較窄。人臉檢測技術(shù)公選課不僅計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子信息、自動(dòng)化、機(jī)電等專業(yè)可以選擇，而且對人臉識別技術(shù)感興趣的學(xué)生也可以選擇，提高了課程的受眾面。

2）引入科研成果，教學(xué)內(nèi)容新穎

目前，公選課的教學(xué)內(nèi)容大多集中于理論知識的講解，缺乏相關(guān)的研究成果，教學(xué)內(nèi)容的相對陳舊。公選課作為高校教學(xué)的重要組成部分，為學(xué)生自由選修的非專業(yè)課程提供了一個(gè)平臺，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)能夠改善學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展。因此，結(jié)合科研成果，設(shè)計(jì)公選課教學(xué)內(nèi)容，能夠把最新的技術(shù)引進(jìn)課堂。

3）理論聯(lián)系實(shí)踐，學(xué)生興趣高

目前，公選課程大多針對特定專業(yè)，偏重理論，實(shí)踐較少，學(xué)生興趣不高。根據(jù)公選課參與人數(shù)多和普及性強(qiáng)等特點(diǎn)，把科研成果中的部分內(nèi)容設(shè)計(jì)為實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，把枯燥的理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們的工程實(shí)踐能力。

4 結(jié)論

《人臉檢測技術(shù)》公選課通過理論與實(shí)踐的結(jié)合，讓學(xué)生了解人臉檢測在圖像處理，模式識別和機(jī)器視覺等領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。通過引入相關(guān)科研成果，合理安排的教學(xué)內(nèi)容，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和了解人臉檢技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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