项目驱动法在机器视觉教学中的应用

项目驱动法在机器视觉教学中的应用

王志强，耿树泽

（天津职业技术师范大学 信息技术工程学院，天津市， 300222）

摘要：机器视觉技术是机器工程中的一门重要学科，为解决传统教学方式所体现的课程理论的晦涩难懂、难于应用等问题，本文通过对传统教学与项目驱动的比较分析，并结合“新工科”的教学思想，提出了一种新的以项目为导向的机器视觉技术教学模式。在此基础上，对其教学模式进行了具体的设计。

关键词：项目驱动；机器视觉；教学新模式

引言

在机器视觉技术的教学中，除了要具备模式识别、图像处理、机器人等关键技术外，还要具备相应的工程技术问题开发能力。由于其自身的教学内容复杂，理论性较强，尤其是图像处理算法需要较高的数学能力和较高的思维能力，以及与其他学科的相互渗透，因此，初学者普遍认为这门课程难以掌握。如何提高机器视觉技术的教学质量，尤其是在计算机专业的教学实践中，提高机器视觉技术的理论和实践水平是该课程教学过程中的一个重要研究课题。

一、机器视觉技术课程的教学现状分析

机器视觉技术是一门多学科交叉的专业，其内容复杂，对实践的要求很高，对理论知识的掌握和对编程能力的要求也很高。所以，一般的学生都会认为这门课程的图像处理算法是很难理解的。同时，由于缺乏对理论知识的全面了解，使学生在模式识别和机器视觉系统中使用图像处理算法是很困难的。机器视觉技术的传统教学方式多以理论为主，实验实践为辅，枯燥乏味的理论成为了导致学生学习疲惫的重要原因，实践中的教学效果并不理想。在实验教学中，大部分的学生都是用电脑进行简单的机器视觉图形的程序设计，导致一些学生的学习变成了被动式的应试，即使掌握了一些基本的知识，也无法有效地解决复杂的工程问题。针对机器视觉技术课程晦涩难懂的问题，许多大学教师都在积极探索适合自己的方法，其中最具代表性的就是“项目驱动法”。项目驱动教学模式是指将课堂教学中的理论与实验相结合，使学生的创造性思维得到最大程度地激发，从而使其在实际问题上的应用和创新能力得到全面的提升。在实践中，根据学生的实际情况选择适当的方案，既重视项目的执行，又重视对项目的最后评估。在此基础上，通过对机器人视觉系统的研究，使其能够在有限的学时之内完成机器人视觉系统的设计，提高其实践操作能力。为此，需要对传统的教学模式进行改革，使传统的教学模式由理论解释向课程实践转变为课程实践向理论学习和深化。即以项目为动力，推动课程的理论学习，使学生真正了解课程的作用，并在实践中不断地增进和深化理论知识。

二、基于项目驱动的机器视觉教学综合实践课程

1.项目准备阶段

在此课程开始前，学生必须具有机器设计、机器视觉及动作控制等方面的基本技能，并具有一定的光学基础。在项目启动前，进行需求分析，明确工作目标，以及对精度、稳定性、节拍是否符合要求进行分析。本课程主要学习相机、镜头的相关知识，并学会相机与镜头的选用；学习如何根据不同的视觉需要，来选择适当的打光方案。这一切，都需要学生自己去做，亲自去体会。在此基础上，学生通过自己的实践来进行具体的工程计划，巧妙的设计能够减少工程实施的困难，提高工程能力必须在工程实践中不断积累，进而不断地积累工程实践经验。

2.精心选择合适的教学内容

机器视觉技术的教学内容众多，内容理论比较晦涩，仅用36个学时就很难讲完。项目驱动能帮助学生理解和掌握知识内容，从而降低学生的畏惧感，使科学研究能更好地发挥教学的作用。教师可以采取自主组队的形式，每组3-4名同学组成一个项目开发团队。在导师的指导下，从综合设计作业单中选取一项进行实际工作。小组组长负责小组的工作安排和内部的协调，并定期向导师报告项目进度，并与导师就技术问题进行交流。在实际操作中，每位同学都要认真、细致地记录实习记录，以真实地反映实习的整个过程。项目经理负责组织项目的执行，并组织各成员完成课程的设计报告，并对结果进行评估，从而提高其应用技术和创新能力。

3.实验教学

在工业视觉实验中，机器视觉实验教学和理论教学具有同等的地位。在本实验中，利用 MATLAB软件进行教学，在此基础上，让学生掌握 C语言等先进的编程语言。通过图片和请求，让同学们能够充分利用网上的资源，在本软件中查找所提及的运算符的名称和参数。精通细节和编程的基本知识，并通过实例练习快速掌握 MATLAB软件。从以往的教学实践来看，不管是本科生还是专科生，都存在着缺乏自主性的问题。通过对图片处理的具体实例进行研究，引导学生进行探究，教师们在课堂上进行讨论，并在适当的时候提问，让学生反思自己的思维方式有没有问题，并分析为什么会出现这样的问题。在不断地纠正思维的过程中，要养成积极思考与讨论的习惯，创造学习、求知的氛围，不要因一时的挫折而放弃。通过对机器视觉技术的研究，可以实现对计算机图像的采集和分析。比如，通过对牌照的识别，可以对牌照进行拍照，其中的语句语法、运算符的运用都会对车辆的性能产生一定的影响，而车牌识别的正确率则与所设计的程序有着密切的关系。这样既能激发学生的学习热情，又能让他们在没有完成实验的情况下，通过手机、计算机进行图像处理。可视化编程要求具有良好的逻辑能力和一定的经验积累，多想多做，才能更好地运用。在考试的过程中，这门课应该是以实践考试为主，笔试为辅。另外，随堂测试也不能只看程序的操作结果，要从中发现学生真正的特征。 

4.转变教学评价方式

机器视觉是一门专业课程，教师要结合学生成绩和日常表现，综合考虑学生的实际问题解决能力和创造能力，对每个学生进行给出客观公正的评价。本课题既要求教师将科研课题与机器视觉技术相结合，又可通过机器视觉的转换，完成直线视觉检测、圆形检测等课程的授课。在项目实施期间，运用转换原理，构建了织物缺陷检测的流程图，并运用软件对其进行了测试，并根据实际测试结果和学生对测试的参与程度，对测试结果进行了评估。其他的教学内容和项目的选择也可以参照本课程的选择来进行。为了全面、客观地评估学生的综合实践能力，在考试中要坚持课堂内外结合的原则，同时，以具体的、可操作性的指标对课程设计报告和答辩结果进行定量评估。

结语

机器视觉实验课程改革是为适应社会需求而设计的，为适应不同水平的实验需求，实验室配备了各种教学实验平台，模拟类基本理论验证类实验，着重于基于对知识的理解，灵活运用算法。以项目为导向的综合性实训课程，着重培养学生的实际操作和合作精神，教师要综合运用各种教学和实验手段，使学生能够将所学的理论知识运用于工程实践中，充分发挥学生的主动性和创造潜能，以培养适应社会需求的应用型人才。

参考文献：

[1]江维,罗维平,薛勇.“新工科”模式项目驱动法在机器视觉教学中的应用[J].武汉轻工大学学报,2021,40(03):115-119.

[2]杨洪薇,周永宁.机器视觉实验课程教学改革与实践[J].现代信息科技,2021,5(11):195-198.

[3]张凯兵,景军锋,郭亚青,李珣,刘薇.基于“项目驱动法”的“工业机器视觉测量与控制”综合实践教学模式研究[J].科教导刊(下旬),2019(03):138-140+162.

作者简介：姓名：王志强；出生年月日：1983.06；性别：男；民族：汉；籍贯：山西；学历：博士；职称：讲师；研究方向：图像处理与机器视觉；工作单位：天津职业技术师范大学

作者简介：姓名：耿树泽；出生年月日：1988.09；性别：男；民族：汉；籍贯：山东；学历：博士；职称：讲师；研究方向：图像处理与机器视觉；工作单位：天津职业技术师范大学

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