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本科计算机视觉论文3300字
本科计算机视觉毕业论文范文模板
导读:
本科计算机视觉论文3300字在进行写作的时候也并非一件易事,而且在写作的过程当中也都是尤为严格的,所以很多人都会觉得写作论文太难了,本论文分类为视觉计算机论文,下面是小编为大家整理的几篇本科计算机视觉论文3300字范文供大家参考。
本科计算机视觉论文3300字
(一):
面向新工科的本科生计算机视觉课改探索
摘要:
新工科教育建设需要服务以新技术、新业态、新模式为特点的新经济发展,高校要树立创新型、综合化、全周期工程教育“新理念”,学科专业的课程体系设置及课程改革应着眼于能力培养和产出导向。
在本科生计算机视觉课程教学改革的探索中,针对目前存在的问题与不足,从增强课程内容的应用性与时效性、增加实践内容深度与考核力度以及设置融合专业需求的多层次课程内容三个方面,提升学生的创新思维和培养学生的应用实践能力。
关键词:
新工科;计算机视觉;本科课程;产出导向
一新工科建设背景
相对于传统工科教育,面向产业、面向世界、面向未来建设的新工科教育以新理念、新模式来培养具有可持续竞争力的创新型卓越工程人才,“问技术发展改内容,更新工程人才知识体系”。
在工程类高校接受专业教育后,毕业生将面临由信息化引发的“互联网+”、“工业4.0”、“人工智能”等新兴产业。
新工科人才应具有学科交叉融合特征,利用信息技术来进行专业领域内或学科专业之间的创造性与主动性工作。
新工科教育建设需要服务以新技术、新业态、新模式为特点的新经济发展,以产业需求为导向,主动设置和发展一批新兴工科专业,推动现有工科专业的改革创新。
在新工科的人才培养和建设背景下,高校各专业的课程体系设置及课程改革应着眼于能力培养和产出导向,遵循素质、知识、能力全面发展,以及科学、技术与工程贯穿一致的教学理念,致力于培养厚基础、高层次、多样化、创造性的领域创新人才。
二计算机视觉课程现状
计算机视觉具有广泛的实际应用,比如移动机器人导航、工业诊断、数字图书馆图像复原、人机交互、图像检索、医学图像处理、虚拟现实等等,是用各种成像系统代替视觉器官作为输入敏感手段,由计算机来代替大脑完成处理和解释,最终研究目标是使计算机能像人一样通过视觉观察和理解世界,具有自主适应环境的能力。
随着视觉领域相关技术的飞速发展和广泛应用,部分高校已在本科的课程体系中增设了计算机视觉这门课程。
该课程在我院为面向计算机科学与技术专业、数据科学和大数据技术专业的专业特色选修课,共计32学时(2学分),其中10学时为实验教学内容。
考虑到本科专业课程体系的矩阵联系,在教学内容的设置中包含了数字图像处理的基础部分,此外将讲授计算机视觉的一些基本原理、典型方法和实用技术。
通过本课程的学习,旨在使学生对该学科的历史及发展进程有较为全面的了解,了解计算机视觉的基本原理和典型技术以及当前该领域的发展热点和难点,并能据此能够根据所学知识解决实际应用中的一些具体问题并培养系统开发能力。
目前在课程的开展过程中,存在的问题主要包括以下几个方面:
(一)重知识轻能力
从专业的课程矩阵出发,在课程内容的设置上主要包括数字图像基础、摄像机几何模型、线性滤波、立体视觉、运动分析、目标跟踪、图像分类、物体检测与识别及前沿问题介绍。
由于课程的现有课时量不够充分,课程自身的内容又比较庞杂,因而为了让学生能够通过本课程的学习了解和熟悉计算机视觉领域的基本理论及技术,在课程讲授时尽可能地将知识点进行覆盖。
但在“重知识”的同时没有完全体现出对学生应用能力的培养,学生能否通过对多个知识点的掌握进一步地进行知识面的分析理解进而解决实际问题是值得授课教师思考的问题。
(二)实践内容不足
对应课程中的知识点要求,目前设计了5个课内实验。
学生应在课前进行实验内容的预习和准备,并完成课内MATLAB实验代码的编写及课后实验报告的撰写。
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,具备非常丰富的计算机视觉工具箱,代码清晰易懂,操作简易明了,非常适合不同专业的学生选用。
现有实验内容包括数字图像基本处理(图像增强及去噪等)、摄像机标定、图像检索、视频运动分析、人脸识别等,大多为验证性实验,旨在通过实验的验证操作使学生增强对于各个知识点的理解,明确应用效果和场景。
但目前的实验内容之间缺少必要的关联而且缺乏设计性实验,学生能否通过这些实验真正地理解知识的产出应用,同样也是值得任课教师思考的问题。
(三)未体现专业需求
目前该课程为面向两个专业的专业选修课,均设置在计算机系。
两个专业的培养目标和毕业要求均不尽相同,同一门课如果要在两个专业的毕业要求中有所支撑,则需要在知识内容的设置、知识体系的构成、实践内容的广度等方面进行仔细考虑。
目前该课程的内容覆盖度基本合适,但未能体现出不同专业的特色和需求,例如来自于计算机科学与技术专业的学生更期待某个特定应用的算法分析及实现,来自于数据科学与大数据技术的学生则希望进行与视觉数据有关的数据分析应用。
目前在教学过程中仅采用经典教材、以理论授课为主、直接以MATLAB软件进行实验验证的方式已不适应于不同的专业背景和需求。
三以产出为导向的课改探索
新工科教育的建设背景下,在本科生计算机视觉课程教学改革的探索中,致力于基础理论知识与案例实验体系建设,选择、优化课程中适合于本科生的教学内容,切实做到以产出为导向,培养学生的应用实践能力。
(一)增强课程内容的应用性与时效性
计算机视觉领域的发展日新月异,在课程内容的设置上需要考虑与国际教育保持同步。
在授课过程中,任课教师选择了Stanford大学的CS131课程,即ComputerVision:
FoundationsandApplications作为课程阅读资料,结合课程内的经典理论来查看分析某个知识点或知识面的具体发展历程和最新成果;同时鼓励学生关注最新的领域学术成果和产业界应用,采用小组陈述和大组讨论的方式对产业应用进行深入分析。
此外借助于学校的坐班答疑制度,使学生能够在相应的时间地点进行课堂外答疑辅导,在加深课堂内理论知识学习的同时,继续探讨课外阅读材料中的知识点,以及结合学术界和产业界的全面发展对潜在应用进行分析及设想,将经典理论与技术发展相结合、将理论知识与实际应用相结合。
(二)增加实践内容深度与考核力度
计算机视觉是一门实践性非常强的课程,因而实验教学内容需要与理论内容进行同步更新和改进,主要体现在实验内容设置、实验方法选择和实验考核力度三个方面。
在实验内容设置上将增加设计性实验内容,相应地减少验证性实验的比例,在实验内容的介绍中增加较为明显的工程应用背景,例如智能交通辅助驾驶中的人脸检测与状态分析,可以将数字图像的基本处理、人脸识别、特征匹配等多项知识点内容融合在一起。
在实验方法上不再局限于基于MATLAB平台,而是可以根据个人需求来选择MATLAB平台或者OpenCV视觉函数库,重点考察实验效果是否满足题目要求和应用场景。
在实验内容考核上增加相应的考核力度,除了简单地提高课内实验考核的分值比例外,还在考查试卷中增加了主观设计题目的比重,将考核重点落实于知识的应用与整合。
(三)设置融合专业需求的多层次课程内容
计算机视觉的应用范围日趋广泛,例如工业诊断、人机交互、医学影像处理、虚拟现实等,为了更好地支撑各专业的毕业要求,需要与各专业的需求和特色进行深度融合。
因而在课程内容的设置上改变了传统的单一框架模式,设置了多层级的知识内容,即将每个章节需要掌握或了解的内容进行层级划分并提出基本要求和进阶要求,从而使来自不同专业的同学在学习过程中明确知识点的学习重点和难点。
此外为了促进专业之间的交叉融合,鼓励开展基于项目小组的自主性设计实验,例如视觉大数据智能分析等,并在此基础上鼓励优秀项目参加各类竞赛或创新计划,例如上海市计算机应用能力大赛等等。
多层次课程内容可以将理论知识与实际应用进行知识层面的有效整合,在项目或竞赛中增强专业或学科之间的交流,进而增强学生自主自发的学习能力。
四结语
在新工科教育建设背景下,本文着眼于能力培养和产出导向分析了我院本科生计算机视觉课程的不足之处,在此基础上更新课程知识结构、优化精选授课内容,加强专业课程之间的前后呼应和内在联系,加强学科专业之间的整合应用,并从增强课程内容的应用性与时效性、增加实践内容深度与考核力度以及设置融合专业需求的多层次课程内容等方面进行课改探索。
作者简介:
石蕴玉,女,山东,博士,讲师,研究方向:
视频分析处理。
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(二):
可本地编译的嵌入式计算机视觉实验系统设计
摘要:
开发了一套具有本地编译能力的低成本模块化嵌入式计算机视觉实验系统“CV-Innovator”。
硬件上,该系统的嵌入式处理器采用全志A20双核ARMCortex-A7SoC(SystemonChip,片上系统),通过彩色CMOS摄像头OV7670采集实时图像,18cmTFT-LCD显示屏和USB键盘鼠标提供友好的人机交互。
软件上,为“CV-Innovator”构建了嵌入式Linux操作系统,可在嵌入式Linux环境下开发和运行基于OpenCV和Qt的计算机视觉应用程序。
进行了样机试制,并设计了一个人脸检测示例应用程序,其结果表明“CV-Innovator”能实现预期功能,可应用于我国高校计算机、电子信息及自动化等相关专业的本科实验教学。
关键词:
嵌入式系统;计算机视觉;实验系统
0引言
嵌入式系统是为特定应用而设计的专用计算机系统,如今被广泛应用于电信、汽车电子、医疗、多媒体及航空等领域[1]。
嵌入式系统作为一门软硬结合、实践性强的重要专业课程,被我国大多数高校的电子电信类专业纳入本科生培养计划,但是在嵌入式系统课程的教学中普遍存在以下不足之处[2-4]:
(1)实验操作死板,学生参与度低。
多为验证性实验,即让学生依照实验指导书的步骤,机械地将已有的实验代码烧写到芯片中运行并观察结果。
导致缺乏探索性,学生为完成任务而实验,不利于工程能力和创新思维的培养。
(2)实验设备陈旧,与行业主流脱节。
传统的嵌入式系统试验箱体积庞大、价格昂贵,因此难以及时更新换代,以至于很多高校仍用较落后的ARM7或ARM9进行实验教学。
该现象不利于学生了解行业前沿和主流的技术,实验中学到的技能难以在创新项目和学科竞赛中应用。
(3)实验内容分散,未形成体系。
CC++程序设计、微机原理、嵌入式系统及数字图像处理等专业课程的实验教学相对独立,缺乏综合性的实践环节。
不利于学生对课程之间内在关联的理解和对于嵌入式系统相关技术的全局认知。
计算机视觉(ComputerVision,CV)作为一门综合性学科,在如今的信息时代已被广泛用于军事、工业和生活之中[5]。
考虑到嵌入式系统的发展趋势,并针对上述的问题,将嵌入式系统与计算机视觉主题相结合,设计了一套低成本、模块化的嵌入式计算机视觉实验系统“CV-Innovator”。
该系统以嵌入式处理器为核心,运行嵌入式LinuxOS,用户在OS环境下借助OpenCV和Qt等开源函数库开发计算机视觉应用程序,处理CMOS摄像头采集的图像并将结果显示在TFT-LCD显示屏上。
1硬件设计
“CV-Innovator”实验系统以模块化为指导思想进行硬件设计。
如图1所示,嵌入式处理器模块是整个系统的核心部分,并负责系统电源管理及与外围模块的数据交换。
嵌入式处理器模块具有多种接口:
通过USB接口连接WiFi模块和键盘鼠标;通过I2C总线读写摄像头内部寄存器,同时通过CSI(CMOSSensorInterface)接口接收图像像素数据;通过LVDS(Low-VoltageDifferentialSignaling)接口连接TFT-LCD模块。
1.1嵌入式处理器模块
目前用于处理计算机视觉任务的主流嵌入式硬件平台有DSP[6]、FPGA[7]和ARMCortex-A系列SoC[8]等。
基于ARMCortex-A系列SoC的硬件平台虽然计算速度不如前二者,但其开发门槛较低、通用性较好,且与嵌入式系统理论教学内容联系密切,因此有利于学生在短时间内掌握。
本文的嵌入式处理器模块采用市售的核心板和自主设计的扩展板相结合的模式。
如图2所示,核心板由双核ARMCortex-A7SoC全志A20、1GBDDR3内存、4GBeMMC存储器、以太网MAC芯片和电源管理芯片等组成,通过两组100-pin排针引出了SoC的众多接口。
经测试,该核心板的SoC最高可在1.104GHz的主频下稳定运行。
1.2摄像头模块
“CV-Innovator”主要针对计算机视觉应用开发而设计,摄像头的成像质量对计算机视觉处理的效果具有较大的影响。
考虑到主要用于教学目的,摄像头的选取既要保证成像质量,又需要有成熟的内核驱动的支持及完善的文档说明。
综合以上考虑,本文在全志A20的摄像头支持列表里选择了市面上最为常见的OV7670摄像头模块。
OV7670是一款彩色CMOS图像传感器,拥有640x480有效像素,最高帧率30帧/s,经实测能满足本文的功能需求。
1.3人机交互模块
本文设计的是能够进行本地开发的嵌入式系统,也就是让实验人员直接在嵌入式系统上编写和调试程序,为了使系统的使用体验接近PC,采用USB无线键盘鼠标作为输入设备。
在系统的设计过程中,考虑了3种显示方案:
①PC显示器;②VNC远程桌面;③TFT-LCD。
其中,方案①通过HDMI接口连接普通PC显示器具有最好的显示效果,但该方案违背了低成本和使用便捷的设计初衷。
方案②VNC远程桌面显示需要依赖另一台PC,且配置过程较为繁琐,不适合作为本科生教学实验系统使用。
本文最终采用方案③,即采用18cmTFT-LCD模块作为显示设备,该模块分辨率为1024x600,通过LVDS接口连接嵌入式处理器模块。
1.4WiFi模块
为了使系统具有联网功能,加入了市售USBWiFi模块,该模块基于瑞昱RTL8188方案,带宽为150Mb/s。
由于该模块体积小巧,通过SMT工艺贴装在嵌入式处理器模块的扩展板上,由板上的线路连接到核心板的USB-HOST接口。
通过该模块连接WiFi热点,使系统能够浏览网页、使用包管理器为Linux安装软件或开发TCP/IP网络应用等。
2软件开发
嵌入式软件开发通常有交叉编译和本地编译两种方式,交叉编译步骤繁琐,但适用于各种硬件资源有限的场合。
本地编译可采用命令行的文本编辑器和编译工具(如Vim+CMake),也可采用图形化IDE(如Eclipse,QtCreator)。
为了降低使用难度,避免学生对嵌入式系统产生畏惧心理,本系统的设计力求保留嵌入式系统核心特色的同时接近在PC上的开发体验,因此采用图形化IDE进行本地编译的开发方式。
本系统的嵌入式处理器集成了Mali400MP2GPU,拥有1GB内存容量,具备用图形化IDE进行本地编译的硬件条件。
经测试,本系统在LXDEUbuntu的环境下能够流畅地运行QtCreator。
“CV-Innovator”的Linux用户空间软件构架如图3所示,基于本系统的实验内容即图中最顶层的应用程序开发。
应用程序通过Qt构建图形用户界面程序框架,调用OpenCV提供的类和函数实现图像处理和计算机视觉算法,其他的功能(如串口通信、TCP/IP网络通信)需要直接调用相应的LinuxAPI实现。
3样机制作与软件开发
本文开发了一个符合图3所示构架的人脸检测示例应用程序,并成功在样机上运行和测试。
该程序为C++语言编写,调用V4L2(VideoforLinux2)API从摄像头采集图像,并在GUI界面中显示;利用Viola-Jones检测器[9]对实时图像进行人脸检测,若检测到人脸,则打印图像中人脸区域的坐标。
人脸检测,即采用一定的策略对图像进行全局搜索,利用分类器确定其中是否含有人脸,如果有则返回人脸区域的坐标和大小等信息。
本示例程序采用的Viola-Jones检测器是一种类Haar特征boost筛选式级联分类器,这种算法不仅快速,而且也适用于大多数具有纹理的近似刚体[9]。
Viola-Jones检测器在OpenCV3.0中被封装为CascadeClassifier类,其成员函数load从xml文件中读取分类器数据,成员函数detectMultiScale对输入图像进行人脸检测。
由于人脸检测要求以灰度图像作为输入,预处理阶段进行了RGB图像到灰度图像的颜色空间转换和针对灰度图像的直方图均衡化等操作。
示例应用程序实现了基于Qt的图形界面,运行在“CV-Innovator”实验系统中如图5所示。
图5示例应用程序的图形界面
改变目标的大小、姿态以及光照条件,分别对示例应用程序进行了人脸检测的鲁棒性测试,图6截取了部分成功检出人脸的运行结果。
该试验说明,Viola-Jones检测器对目标的光照条件变化具有较强的鲁棒性,却在目标旋转和部分遮挡条件下的检测性能稍差,一旦目标旋转和遮挡超过图6(c)~(f)所示的程度,就几乎不能成功检出。
Viola-Jones检测器对目标具有缩放不变性,但为了提高检测速度,示例应用程序忽略了小于50×50像素人脸区域的搜索。
除了“CV-Innovator”实验系统,本文还将人脸检测示例应用程序移植到JZ2440开发板和树莓派3B卡片电脑中运行。
表2上半部分简要列出了“CV-Innovator”、JZ2440开发板和树莓派3B的硬件配置,下半部分列出了示例应用程序中被调用OpenCV函数的平均运行耗时(图像分辨率均为352×288像素)。
由表2可得,执行一次完整的人脸检测过程,“CV-Innovator”需要136.38ms,帧率可达7.3帧/s;树莓派3B仅需53.69ms,帧率可达18.6帧/s;而采用典型ARM9SoC的JZ2440开发板则超过2s。
因此,就性能而言,“CV-Innovator”的ARMCortex-A7构架虽与更加先进的64bitARMCortex-A53有一定差距,但相比ARM9具有较大优势。
4结语
本文开发了一套可本地编译的嵌入式计算机视觉实验系统“CV-Innovator”。
硬件以全志A20双核SoC和OV7670彩色CMOS摄像头为核心,以18cmTFT-LCD、USB键盘鼠标等为人机交互。
软件基于嵌入式LinuxOS,借助Qt和OpenCV构建计算机视觉相关的应用程序。
样机制作及人脸检测示例应用程序的测试证实了实验系统的有效性。
“CV-Innovator”解决了传统高校嵌入式系统教学模式中的一些不足:
体积小巧、成本低廉、易于使用,兼顾课堂教学亦可用作快速方案验证与原型开发,与验证性实验相比具有趣味性和探索性;相较于ARM7、ARM9、ARM11,实验系统使用的双核ARMCortex-A7构架更先进、性能更强大,且嵌入式平台实现的视觉反馈控制在机器人、无人机、智能安防监控等前沿领域有应用前景,具有新颖性和实用性;综合运用了嵌入式系统、数字图像处理、程序设计、自动控制、计算机网络等专业知识与技能,具有综合性和连贯性。
作者简介:
彭澎(1994-),男,云南昆明人,硕士生,从事嵌入式系统开发、电子系统设计研究。
-全文完-
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