02 数字图像与计算机视觉技术

任课教师专业日期年月日教学课题数字图像与计算机视觉技术课时6课时所选教材《数字媒体技术导论》教学班级一、教学目标1.学习目标（1）熟悉数字图像的概念、类型和色彩模式；（2）了解图像增强、图像降噪的方法；（3）了解Photoshop的应用及操作；（4）熟悉计算机视觉的概念、发展和应用，了解计算机视觉的实现原理与方法。2.素养目标（1）培养“择一而精”的学习态度；（2）培养一丝不苟、脚踏实地专研学问和技术的敬业精神；（3）多看书、多动手、多实践，不断提高自己的专业水平。二、教学重难点1.教学重点（1）位图与矢量图；（2）图像的色彩模式；（3）图像增强技术和图像降噪技术；（4）Photoshop的基本操作；（5）图像处理与计算机视觉。2.教学难点（1）图像增强技术和图像降噪技术；（2）Photoshop的基本操作。三、教学方法（1）讲授与互动：结合理论讲解和实例分析，引导学生参与讨论和思考。（2）案例分析：提供数字媒体技术的相关案例，让学生分析其应用和影响。（3）小组讨论：组织小组讨论，让学生分享对数字媒体技术的看法和体验。（4）多媒体展示：利用多媒体技术展示数字媒体的实际应用和发展趋势。四、教学资源教材、多媒体资料、在线网站、行业案例、社交媒体等。五、教学过程教学内容互动设计一、理论讲解（4课时）1.数字图像基础知识（1）数字图像的概念数字图像，又称为数码图像或数位图像，是由模拟图像数字化得到的，可以用计算机或数字电路存储和处理的图像。简单来说，数字图像就是用数字信号表示的图像。（2）数字图像的类型——位图与矢量图位图。位图又称栅格图、像素图或点阵图，由许多离散的、方格的点所组成，这些点称为像素（pixel）。位图图像的像素个数越多，分辨率越高，图像文件越大；颜色深度越深，图像色彩越细腻，文件也越大。常见的位图文件格式有BMP、JPEG、TIFF、GIF、PNG。矢量图。又叫向量图，也称为绘图图形，是由数学算法定义的图形元素，如直线和曲线等元素组成的数字图像。矢量图可用点、线和面来描述图形，存储的是图像信息的轮廓部分，而不是图像的每个像素点。常见的矢量图文件格式有CDR、AI、EPS、DWG。（3）数字图像的色彩模式①色彩色彩的分类：色彩主要分为无彩色和有彩色，彩色是指黑色、白色及不同比例黑白两色调合得到的不同深浅的灰色。色彩三要素：色相、明度、纯度。②色彩模式RGB模式：RGB模式的配色原理是加色混合，通过色光三原色（是指通过混合产生其他所有颜色的基本光源）红(R)、绿(G)、蓝(B)相互叠加得到各种颜色，如红、绿、蓝3色的混合色为白色。CMYK模式：CMYK是彩色印刷时采用的一种模式，利用颜料三原色（是指通过混合产生其他颜色的基本颜料）的配色原理，加上黑色油墨，共计4种颜色（青、品红、黄、黑色）混合叠加，形成“全彩印刷”。Lab模式：Lab模式是计算机内部使用最基本的色彩模式之一，也是一种色彩范围较广的色彩模式，包含RGB模式和CMYK模式中所有的颜色。HSB模式：HSB模式又称HSV模式，是采用色彩的三属性来表示颜色，饱和度和亮度以百分比值（0%-100%）表示，色度以角度（0°-360°）表示。（4）数字媒体技术与数字媒体艺术数字媒体技术和数字媒体艺术是两个不同的领域，但两者都以数字媒体为基础，为数字媒体行业服务。其中，数字媒体技术主要是研发艺术所存在的平台或工具，而数字媒体艺术则是让这个平台或工具上的内容变得美观。2.数字图像处理关键技术（1）图像增强技术①灰度变换灰度变化就是改变图像中每个像素点的灰度值，使处理后的图像对比度发生变化，实现图像增强的目的。通过增大图像暗色区域（低灰度区域）各像素点的灰度值，使暗色区域变亮，同时扩大暗色区域的灰度级范围，从而增强暗色区域的对比度，以增强图像中暗色区域的细节显示。通过降低图像亮色区域（高灰度区域）各像素点的灰度值，使亮色区域变暗，同时扩大亮色区域的灰度级范围，从而增强亮色区域的对比度，以增强图像中亮色区域的细节显示。②直方图均衡化直方图均衡化就是利用直方图通过运算变换，将每种灰度值像素的个数均匀分布。（2）图像降噪技术①均值滤波均值滤波是指用当前像素点邻域内所有像素点的平均值代替当前像素点的像素值。②中值滤波中值滤波是指用当前像素点邻域内所有像素点的中值代替当前像素点的像素值，使邻域内像素值差别较大的像素点，其像素值替换为与周围像素值接近的值，从而消除孤立（噪声在图像上常表现为引起较强视觉效果的孤立像素点或像素块）的噪声。3.数字图像处理软件Photoshop的应用（1）认识Photoshop（2）Photoshop的基本操作调整图像大小：使用“图像大小”命令、使用“画布大小”命令、使用裁剪工具。创建和管理图层：选择【图层】/【新建图层】命令，或单击“图层”面板下方的“创建新图层”按钮，可创建新图层。在“图层”面板选择需要图层后，按住鼠标左键不放并拖曳该图层，可以移动该图层的位置；选择【图层】/【复制图层】命令，或按【Ctrl＋J】组合键可复制该图层；选择【图层】/【删除】命令，或按【Delete】键可删除该图层。创建选区：选区是处理图像时划分的区域，创建选区后，选区边缘会出现由不断闪动的虚线构成的封闭边框，此时仅可以对选区内部的区域进行编辑操作，而无法对选区外的区域进行编辑操作。运用选框、套索、选择工具组中的工具可快速创建选区。调整图像明暗：选择【图像】/【调整】命令，在弹出的子菜单中可通过“色阶”、“曲线”、“亮度/对比度”、“曝光度”等命令进行调整。（3）应用案例：制作家具网页横幅广告①通过“亮度/对比度”命令降低素材图像的亮度。②在图像中输入横幅广告的宣传促销主题（简约家具新春大回馈）、优惠信息（满2000元减500元）和活动时间（2月1日-2月7日）等文本，然后设置文本格式并调整其位置。③在“落地灯.jpg”图像文件中为“落地灯”对象创建选区，将其添加“背景.jpg”图像文件中，调整位置后，将编辑后的“背景”图像以“家具网页横幅广告”的文件名存储为JPEG格式的图像文件。4.计算机视觉（1）计算机视觉的概念。计算机视觉使用计算机及相关设备模拟了人类视觉，它的工作原理与人类视觉基本相同，形象地说，就是给计算机安装上眼睛（摄像机）和大脑（算法），使计算机能够感知环境，分析和理解图像中相应场景的三维信息，完成人类视觉的任务。（2）计算机视觉的发展与应用自从20世纪50年开始，计算机视觉的研究发展经历了从二维图像到三维再到视频的不断探索，操作方法从构建三维向特征识别转变，算法从浅层神经网络到深度学习，数据的重要性逐渐被认知，取得了许多重大成果。随着计算机性能和算法的不断提升，计算机视觉在实际生活中的应用越来越广泛，如人脸识别，自动驾驶、医学影像分析、农业生产、智能制造等。（3）图像处理与计算机视觉图像处理主要关注操作和优化图像本身，以改善图像的显示、存储或传输方式；计算机视觉则重点关注如何让计算机能够理解和分析图像或视频中的内容。（4）深度学习与计算机视觉深度学习是通过模拟人脑用多层神经元构成深度神经网络（“深度”对应着神经网络中众多的层），深度神经网络像人类大脑一样，可以使计算机能够像人类一样具有分析学习能力，能够识别文字、图像和声音等数据。1.老师讲解理论知识，学生听讲并做好笔记2.学生开展讨论活动，讨论世界上第一张数码照片产生于哪一年？它是作者通过何种方式制成的？学生开展讨论活动，讨论从组成元素、优缺点和常用处理软件等方面比较位图与矢量图4.老师引导学生拓展知识：色相环及色彩关系与搭配，学生认真听讲，做好笔记5.老师引导学生拓展知识：色彩混合，学生认真听讲，做好笔记6.老师引导学生拓展知识：调整图像色彩与色调，学生听讲并做好笔记二、实践训练——制作水彩装饰画（2课时）1．实训要求将自己拍摄的风景照片，经过Photoshop进行基本处理后，再利用人工智能绘图软件生成水彩效果的装饰画。2．操作思路（1）使用数码相机或手机拍摄彩色的风景照片，然后通过连接数据线或QQ等即时通讯工具将照片传输至计算机中保存，完成数字媒体素材的采集。（2）使用Photoshop打开计算机中保存的风景照片，选择【图像】/【图像大小】命令，打开“图像大小”对话框，调整图像大小。（3）通过【滤镜