資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
信息技術 第四課 圖像識別
課題 圖像識別 單元 第一單元 學科 信息技術 年級 九年級
教材分析 該教材旨在培養學生的信息技術素養，包括信息獲取、信息處理和信息應用等方面的知識和能力。內容涵蓋了數據的介紹以及大數據相關算法的介紹等方面，教材注重實踐操作，通過案例和實踐項目來鍛煉學生的實際操作能力。這有助于學生將所學的知識應用到實際情境中，并提升他們的問題解決能力，粵教版《信息技術》九年級教材內容全面，并結合實踐操作和案例分析，旨在培養學生的信息技術素養和實際應用能力，為他們建立堅實的信息技術基礎打下良好的基礎。
教學目標 1、信息意識：了解圖像識別在當今信息時代中的重要性和應用范圍。2、計算思維：掌握使用計算思維解決圖像識別問題的基本原理和方法。3、數字化學習與創新：能夠探索圖像識別相關領域的前沿技術，培養創新意識和實踐能力。 4、信息社會責任：培養對于圖像識別在社會發展中的倫理和法律影響的認識，在實踐中遵守規范，正確使用圖像識別技術。
重點 掌握使用計算思維解決圖像識別問題的基本原理和方法。能夠探索圖像識別相關領域的前沿技術，培養創新意識和實踐能力。
難點 1、圖像識別系統及其原理
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 圖像是人類感知環境、獲取信息和交換信息的主要途徑。在信息化時代，我們的工作、生活與圖像密不可分，圖像能幫助我們更直觀地呈現資訊，更快速地傳遞信息。在人工智能領域，圖像識別技術是一個重要的發展方向。 通過老師講解視頻的觀看以及學生之間的相互討論生活中的圖像識別應用 幫助學生理解圖像識別的概念，打開課堂。
講授新課 03 圖像識別圖像識別是指利用計算機對圖像進行處理、分析和理解，以識別各種不同模式的目標和對象的技術。例如，識別各種印刷體和某些手寫文字，識別汽車、行人，識別指紋、二維碼等。圖像識別技術已經進入實用階段。自主探究如圖4-1所示，登錄網絡圖像識別體驗平臺，上傳圖片，觀察計算機的識別結果(如圖片中可能包含的物體 )，感受計算機圖像識別的智能化與局限性。04圖像識別系統及其原理人類的圖像識別指從圖像處射出的光線刺激人的視覺感官，使人辨認出該圖像是曾經檢驗(看到)過的某一類圖像的過程。圖像識別有兩個要素:進入感官的信息和記憶中存儲的信息。只有把存儲的信息與當前信息進行比較和加工，才能實現對圖像的再認。計算機的圖像識別和人類的圖像識別在原理上并沒有本質的區別。其識別過程一般包括信息采集、預處理、特征提取和選擇、特征比對、分類決策幾個步驟。1.信息采集計算機通過傳感器采集聲、光等信息，并將其轉化為電信息。信息可以是二維的圖像，也可以是一維的波形，如聲波、心電圖、腦電圖等。2.預處理包括圖像的二值化、平滑化、變換、增強、恢復、濾波等處理工作3.特征提取和選擇計算機對經過預處理的圖像進行特征提取和選擇。例如，一幅64像素 x64像素的圖像可以得到4096組數據。計算機通過處理數據，獲得該圖像在特征空間中最能反映分類本質的特征。4.特征比對通過設計和訓練分類器，確定圖像特征判定規則，然后與被識別圖像進行比對。5.分類決策在特征空間中對被識別圖像進行分類學習任務通過百度AI開放平臺進入動物識別系統界面，點擊“本地上傳”按鈕，上傳動物圖像文件，系統將自動識別圖像中的動物，并在界面上顯示識別結果，如圖4-2所示。如此重復做10次，每次上傳不同或相似的動物圖片，把實驗的結果記錄在表4-1中。05 圖像識別的應用圖像識別技術廣泛應用于公共安全、物流、交通、農業、生物、醫療等多個領域，例如道路行駛車輛的車牌識別，公共場所的人臉識別、指紋識別，農業中的農作物識別統計，食品品質檢測，醫學心電圖、人體影像識別診斷，等等。隨著人工智能的不斷發展，圖像識別技術不斷優化，其識別效率與準確率將會不斷提高。圖像識別技術的應用，使智能設備的自動化程度越來越高，大大改變了我們的生活方式。自主探究在智能手機上安裝人臉識別軟件，體驗手機軟件的人臉識別與動態貼紙五官跟蹤功能。小組討論結合圖像識別的體驗過程，填寫表4-2。知識拓展-AI賦能的北京大興國際機場2019年9月25日，被譽為“新世界七大奇跡”之一的北京大興國際機場正式投入運營。大興國際機場航站樓(圖4-3)建筑面積約140萬平方米，遠期設計年客流吞吐量超過1億人次。如此規模龐大的機場，在運營上離不開AI技術的支持。1.人臉識別無紙化值機為使旅客的出行更便捷，機場出發大廳中配置了多臺值機終端，如圖4-4和圖4-5所示。如果旅客是首次進行人臉識別值機，需要注冊，錄入人臉數據。錄入成功后，值機終端就可以使用人臉數據進行值機驗證操作值機選座成功后，旅客無須打印登機牌即可登機，值機終端會將現場錄入的人臉數據和身份證頭像進行比對，識別速度為秒級。值機辦理成功后，人臉數據會上傳到系統中，在安檢和登機口繼續使用，旅客就不需要再次錄入人臉數據了。在安檢環節，目前航班旅客可以在安檢口只提供身份證。并掃描人臉。無須出示候機牌就可以直接通關。日后如果能夠和公安部門進一步接入數據，則在安檢環節也無須出示身份證就能直接完成登機前的全部流程。2.人臉識別終端此外，機場還機動地在廊橋入口、遠機位登機梯和飛機機艙入口處部署了人臉識別終端。部署在廊橋入口和登機梯前的終端機可以進行旅客身份核驗和人數統計，只需要旅客站在機器前就可以完成識別工作。而在機艙入口的終端機則會在識別旅客身份后顯示其座位號，省去了旅客進入機艙后再查看登機牌的麻煩。在乘客較多的情況下，即使識別的背景中有其他人，這款終端機依然可以準確識別旅客。終端機通過5G與云端的識別系統相連，可以依靠蓄電池工作，機動部署.3.貫穿全場景的人臉識別能夠讓旅客刷臉登機，依靠的是每個環節可靠高效應用的人臉識別技術。一般情況下，在旅客值機、安檢、登機前核驗、座位引導，以及貴賓旅客接待、廣播找人、擺渡車核驗、遠機位旅客核驗等幾個環節，旅客需要使用身份證或身份證結合登機牌的方式進行辦理，流程較為煩瑣，而且需要打印登機牌，造成很多浪費。由于每個人都有一個獨一無二的身份信息，那就是人臉信息，如果在這些環節只核驗人臉數據，是否就可以取代身份證件和登機牌了呢 在大興國際機場，答案是肯定的，只要信息正確，旅客全程可以不需要提供身份證件進行核驗，如圖4-6所示。旅客人臉識別系統總體可分為三部分:第一是底層數據層，系統會接入機場的旅客安檢信息、機場航班進出港信息，同時航空公司的數據也會接入數據庫中，包括旅客的身份信息和票務信息，以及每一個航班上的旅客信息。第二是數據存儲層，這些數據會進行儲存和融合，為人臉識別引擎服務。第三是人臉識別引擎，這是人臉識別系統的關鍵。旅客在首次值機時，可以錄入人臉和身份證頭像數據，如果機票是從非直營渠道 (如從代理商處 )購買，則可以使用一次性的人臉識別服務，航班結束后數據銷毀。從值機環節開始，系統的核心算法通過讀取保存在身份證芯片中的肖像數據，與使用者的臉進行對照，用于核實旅客身份。在安檢環節，則通過安檢入口的攝像頭和旅客身份證頭像進行核驗，安檢后所有需要身份識別的環節，都會使用安檢錄入的人臉數據進行旅客身份驗證。這項技術的驗證準確度高，機器人臉識別率達到99.9%，遠高于人眼的識別率，而且識別速率在1秒以下。那么，人臉數據的安全如何保證 系統首先會在值機時征詢旅客，說明人臉識別需要提供面部圖像數據，并取得旅客同意。在應用人臉識別的過程中，也確保使用數據合法合規。對于沒有注冊會員的旅客，人臉識別數據是一次性的，航班結束后從數據庫中刪除。反思評價學而不思則罔，思而不學則殆。對自己在本課中的學習進行評價，對照表4-3，在相應的O里畫“ √”，在“其他收獲”欄里留言。 06知識拓展 1、圖像識別基本過程的視頻2、圖像識別介紹視頻3、生活中有哪些場景應用了圖像識別？4、如何學好圖像識別？ 學生之間互相討論自己所認知的圖像識別學生通過體驗，加深對課堂內容的認知學生通過觀看課件和聽老師講解，了解圖像識別系統及其原理 學生通過親自動手操作，了解圖像識別技術的細節。 學生之間互相討論圖像識別技術在日常生活中的應用學生通過親身體驗，感受課堂內容的意義。學生小組討論完成表格，加深對知識的理解學生通過老師講解，了解大興國際機場中的圖像識別應用場景。學生通過觀看視頻和自我思考圖像識別技術的發展經歷了哪些曲折 幫助學生積極融入課堂，提高學生學習積極性。幫助學生更快地融入課堂。學生通過邊看邊聽的形式了解圖像識別原理是什么。幫助學生加深對課堂內容的理解和動手能力。幫助學生主動思考，提高學生對問題的獨立思考能力。幫助學生增強課堂的體驗感。幫助學生記憶課堂知識幫助學生進一步了解圖像識別技術，進一步加強學生對于課堂的融入感。 讓學生通過視頻思考，進一步加深對課堂所學內容的理解。
布置作業 1、上網了解什么是圖像識別2、上網了解圖像識別在生活中的應用3、上網了解圖像識別對生活的影響 完成作業 培養學生查閱資料的能力，分析解決問題的能力
課堂小結 今天的文字識別課程讓我們對這一技術有了更深入的了解。我們學習了文字識別的基本原理，包括圖像預處理、特征提取和文本識別過程。這使我們對文字識別的工作流程有了更清晰的認識。課上展示了文字識別在現實生活中的多個應用場景，例如掃描文檔、智能搜索和自動化數據輸入等。這些案例讓我們意識到文字識別技術的重要性和廣泛應用。通過今天的課程，我們不僅對文字識別的技術原理有了更深入的理解，同時也意識到了文字識別技術在信息化社會中扮演的重要角色。期待在接下來的學習和實踐中能夠進一步掌握相關知識，將所學應用于實際生活中，為社會發展貢獻我們的一份力量。 分組總結歸納 鍛煉學生的總結能力，邏輯思維、語言表達能力。
板書 一、圖像識別二、圖像識別系統及其原理三、圖像識別的應用 學習、記憶、勾畫知識點 明確教學內容及重點和難點
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《第四課 圖像識別》
粵教版 信息技術
九年級
內容總覽
目錄
05
圖像識別的應用
07
課堂總結
拓展延伸
06
圖像識別系統及其原理
04
圖像識別
03
教學目標
01
新知導入
02
板書設計
08
教學目標
1、信息意識：了解圖像識別在當今信息時代中的重要性和應用范圍。
2、計算思維：掌握使用計算思維解決圖像識別問題的基本原理和方法。
3、數字化學習與創新：能夠探索圖像識別相關領域的前沿技術，培養創新意識和實踐能力。
4、信息社會責任：培養對于圖像識別在社會發展中的倫理和法律影響的認識，在實踐中遵守規范，正確使用圖像識別技術。
新知導入
圖像是人類感知環境、獲取信息和交換信息的主要途徑。在信息化時代，我們的工作、生活與圖像密不可分，圖像能幫助我們更直觀地呈現資訊，更快速地傳遞信息。在人工智能領域，圖像識別技術是一個重要的發展方向。
03、圖像識別
新知講解
圖像識別是指利用計算機對圖像進行處理、分析和理解，以識別各種不同模式的目標和對象的技術。例如，識別各種印刷體和某些手寫文字，識別汽車、行人，識別指紋、二維碼等。圖像識別技術已經進入實用階段。
自主探究
如圖4-1所示，登錄網絡圖像識別體驗平臺，上傳圖片，觀察計算機的識別結果(如圖片中可能包含的物體 )，感受計算機圖像識別的智能化與局限性。
圖4-1 識別圖像中包含的事務
04、圖像識別系統及其原理
新知講解
人類的圖像識別指從圖像處射出的光線刺激人的視覺感官，使人辨認出該圖像是曾經檢驗(看到)過的某一類圖像的過程。圖像識別有兩個要素:進入感官的信息和記憶中存儲的信息。只有把存儲的信息與當前信息進行比較和加工，才能實現對圖像的再認。計算機的圖像識別和人類的圖像識別在原理上并沒有本質的區別。其識別過程一般包括信息采集、預處理、特征提取和選擇、特征比對、分類決策幾個步驟。
新知講解
1.信息采集
計算機通過傳感器采集聲、光等信息，并將其轉化為電信息。信息可以是二維的圖像，也可以是一維的波形，如聲波、心電圖、腦電圖等。
2.預處理
包括圖像的二值化、平滑化、變換、增強、恢復、濾波等處理工作。
新知講解
3.特征提取和選擇
計算機對經過預處理的圖像進行特征提取和選擇。例如，一幅64像素 x64像素的圖像可以得到4096組數據。計算機通過處理數據，獲得該圖像在特征空間中最能反映分類本質的特征。
新知講解
4.特征比對
通過設計和訓練分類器，確定圖像特征判定規則，然后與被識別圖像進行比對。
5.分類決策
在特征空間中對被識別圖像進行分類。
學習任務
通過百度AI開放平臺進入動物識別系統界面，點擊“本地上傳”按鈕，上傳動物圖像文件，系統將自動識別圖像中的動物，并在界面上顯示識別結果，如圖4-2所示。
圖4-2 動物識別結果
實驗次數 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
動物識別結果
是否正確
學習任務
如此重復做10次，每次上傳不同或相似的動物圖片，把實驗的結果記錄在表4-1中。
表4-1 實驗結果記錄表
實驗次數 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
動物識別結果 小狗 小貓 老虎 熊貓 大象 獅子 長頸鹿 鯊魚 烏龜 兔子
是否正確 正確 正確 正確 正確 正確 正確 正確 正確 正確 正確
05、圖像識別的應用
新知講解
圖像識別技術廣泛應用于公共安全、物流、交通、農業、生物、醫療等多個領域，例如道路行駛車輛的車牌識別，公共場所的人臉識別、指紋識別，農業中的農作物識別統計，食品品質檢測，醫學心電圖、人體影像識別診斷，等等。隨著人工智能的不斷發展，圖像識別技術不斷優化，其識別效率與準確率將會不斷提高。圖像識別技術的應用，使智能設備的自動化程度越來越高，大大改變了我們的生活方式。
新知講解
自主探究
在智能手機上安裝人臉識別軟件，體驗手機軟件的人臉識別與動態貼紙五官跟蹤功能。
小組討論
結合圖像識別的體驗過程，填寫表4-2。
序號 討論內容 討論結果
1 圖像識別是什么
2 圖像識別系統及其原理是什么
3 圖像識別的應用領域有哪些
圖像識別是一種計算機技術，也被稱為計算機視覺，它使用人工智能和機器學習算法來識別和理解圖像中的對象、場景或模式
圖像識別系統是一種基于計算機視覺和人工智能技術的系統，其原理涉及圖像獲取、預處理、特征提取、模式識別、分類和輸出。
幫助汽車系統辨識交通標志、行人、車輛以及其他道路上的障礙物。
2019年9月25日，被譽為“新世界七大奇跡”之一的北京大興國際機場正式投入運營。大興國際機場航站樓(圖4-3)建筑面積約140萬平方米，遠期設計年客流吞吐量超過1億人次。如此規模龐大的機場，在運營上離不開AI技術的支持。
知識拓展-Al 賦能的北京大興國際機場
圖4-3 大興國際機場航站樓
1.人臉識別無紙化值機為使旅客的出行更便捷，機場出發大廳中配置了多臺值機終端，如圖4-4和圖4-5所示。如果旅客是首次進行人臉識別值機，需要注冊，錄入人臉數據。錄入成功后，值機終端就可以使用人臉數據進行值機驗證操作值機選座成功后，旅客無須打印登機牌即可登機，值機終端會將現場錄入的人臉數據和身份證頭像進行比對，識別速度為秒級。
知識拓展-Al 賦能的北京大興國際機場
圖4-4 值機終端
圖4-5 值機終端秒級識別人臉
值機辦理成功后，人臉數據會上傳到系統中，在安檢和登機口繼續使用，旅客就不需要再次錄入人臉數據了。在安檢環節，目前航班旅客可以在安檢口只提供身份證。并掃描人臉。無須出示候機牌就可以直接通關。日后如果能夠和公安部門進一步接入數據，則在安檢環節也無須出示身份證就能直接完成登機前的全部流程。
知識拓展-Al 賦能的北京大興國際機場
2.人臉識別終端此外，機場還機動地在廊橋入口、遠機位登機梯和飛機機艙入口處部署了人臉識別終端。部署在廊橋入口和登機梯前的終端機可以進行旅客身份核驗和人數統計，只需要旅客站在機器前就可以完成識別工作。而在機艙入口的終端機則會在識別旅客身份后顯示其座位號，省去了旅客進入機艙后再查看登機牌的麻煩。
知識拓展-Al 賦能的北京大興國際機場
在乘客較多的情況下，即使識別的背景中有其他人，這款終端機依然可以準確識別旅客。終端機通過5G與云端的識別系統相連，可以依靠蓄電池工作，機動部署.
3.貫穿全場景的人臉識別能夠讓旅客刷臉登機，依靠的是每個環節可靠高效應用的人臉識別技術。一般情況下，在旅客值機、安檢、登機前核驗、座位引導，以及貴賓旅客接待、廣播找人、擺渡車核驗、遠機位旅客核驗等幾個環節，旅客需要使用身份證或身份證結合登機牌的方式進行辦理，流程較為煩瑣，而且需要打印登機牌，造成很多浪費。
知識拓展-Al 賦能的北京大興國際機場
知識拓展-Al 賦能的北京大興國際機場
由于每個人都有一個獨一無二的身份信息，那就是人臉信息，如果在這些環節只核驗人臉數據，是否就可以取代身份證件和登機牌了呢 在大興國際機場，答案是肯定的，只要信息正確，旅客全程可以不需要提供身份證件進行核驗，如圖4-6所示。
圖4-6
旅客人臉識別系統總體可分為三部分:第一是底層數據層，系統會接入機場的旅客安檢信息、機場航班進出港信息，同時航空公司的數據也會接入數據庫中，包括旅客的身份信息和票務信息，以及每一個航班上的旅客信息。第二是數據存儲層，這些數據會進行儲存和融合，為人臉識別引擎服務。
知識拓展-Al 賦能的北京大興國際機場
第三是人臉識別引擎，這是人臉識別系統的關鍵。旅客在首次值機時，可以錄入人臉和身份證頭像數據，如果機票是從非直營渠道 (如從代理商處 )購買，則可以使用一次性的人臉識別服務，航班結束后數據銷毀。
知識拓展-Al 賦能的北京大興國際機場
從值機環節開始，系統的核心算法通過讀取保存在身份證芯片中的肖像數據，與使用者的臉進行對照，用于核實旅客身份。在安檢環節，則通過安檢入口的攝像頭和旅客身份證頭像進行核驗，安檢后所有需要身份識別的環節，都會使用安檢錄入的人臉數據進行旅客身份驗證。
知識拓展-Al 賦能的北京大興國際機場
這項技術的驗證準確度高，機器人臉識別率達到99.9%，遠高于人眼的識別率，而且識別速率在1秒以下。那么，人臉數據的安全如何保證 系統首先會在值機時征詢旅客，說明人臉識別需要提供面部圖像數據，并取得旅客同意。在應用人臉識別的過程中，也確保使用數據合法合規。對于沒有注冊會員的旅客，人臉識別數據是一次性的，航班結束后從數據庫中刪除。
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反思評價
學而不思則罔，思而不學則殆。對自己在本課中的學習進行評價，對照表4-3，在相應的O里畫“ √”，在“其他收獲”欄里留言。
序號 學習內容 能否掌握
1 知道圖像識別的概念 能 √ 不能O
2 了解圖像識別系統及其原理 能 √ 不能 O
3 了解圖像識別的應用領域 能 √ 不能 O
其他收獲：(1)精準度：相比人類，圖像識別系統在處理大量圖像數據時更加精準和一致。(2)創新應用：推動了各種領域的創新應用，包括增強現實、虛擬現實以及智能輔助決策系統等。
06、知識拓展
知識拓展
1、圖像識別基本過程的視頻
知識拓展
2、圖像識別介紹視頻。
知識拓展
3、生活中有哪些場景應用了圖像識別？
(1)社交媒體平臺： 圖像識別用于自動標記人物、場景和物體，以便更輕松地管理照片和視頻。
(2)安防監控系統： 用于監視和識別異常行為或可疑物體，提高安全性并減少犯罪率。
(3)醫學影像識別： 用于識別疾病跡象、輔助醫學診斷和治療規劃。
(4)自動駕駛汽車： 通過圖像識別來感知道路上的車輛、行人和障礙物，從而實現自動導航和避免事故。
(5)電子商務： 應用于產品識別、廣告標簽和虛擬試衣間，提高用戶購物體驗。
知識拓展
4、如何學好圖像識別？
(1)學習基本數學和計算機科學知識:掌握線性代數、概率統計和微積分等數學基礎知識。學習計算機科學基礎，包括數據結構、算法和編程語言。
(2)了解圖像處理技術:理解數字圖像的基本原理，包括像素、顏色空間、濾波和邊緣檢測等。學習常見的圖像處理技術，如直方圖均衡化、模糊處理和圖像增強。
(3)學習機器學習和深度學習:了解監督學習、無監督學習和強化學習等機器學習方法。掌握深度學習技術，包括卷積神經網絡（CNN）、循環神經網絡（RNN）和生成對抗網絡（GAN）等。
07、課堂總結
課堂總結
今天的文字識別課程讓我們對這一技術有了更深入的了解。我們學習了文字識別的基本原理，包括圖像預處理、特征提取和文本識別過程。這使我們對文字識別的工作流程有了更清晰的認識。課上展示了文字識別在現實生活中的多個應用場景，例如掃描文檔、智能搜索和自動化數據輸入等。這些案例讓我們意識到文字識別技術的重要性和廣泛應用。通過今天的課程，我們不僅對文字識別的技術原理有了更深入的理解，同時也意識到了文字識別技術在信息化社會中扮演的重要角色。期待在接下來的學習和實踐中能夠進一步掌握相關知識，將所學應用于實際生活中，為社會發展貢獻我們的一份力量。
板書設計
圖像識別
一、圖像識別
二、圖像識別系統及其原理
三、圖像識別的應用
課后作業
1、上網了解什么是圖像識別
2、上網了解圖像識別在生活中的應用
3、上網了解圖像識別對生活的影響
謝謝
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