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信息技术 第四课 图像识别
课题 图像识别 单元 第一单元 学科 信息技术 年级 九年级
教材分析 该教材旨在培养学生的信息技术素养，包括信息获取、信息处理和信息应用等方面的知识和能力。内容涵盖了数据的介绍以及大数据相关算法的介绍等方面，教材注重实践操作，通过案例和实践项目来锻炼学生的实际操作能力。这有助于学生将所学的知识应用到实际情境中，并提升他们的问题解决能力，粤教版《信息技术》九年级教材内容全面，并结合实践操作和案例分析，旨在培养学生的信息技术素养和实际应用能力，为他们建立坚实的信息技术基础打下良好的基础。
教学目标 1、信息意识：了解图像识别在当今信息时代中的重要性和应用范围。2、计算思维：掌握使用计算思维解决图像识别问题的基本原理和方法。3、数字化学习与创新：能够探索图像识别相关领域的前沿技术，培养创新意识和实践能力。 4、信息社会责任：培养对于图像识别在社会发展中的伦理和法律影响的认识，在实践中遵守规范，正确使用图像识别技术。
重点 掌握使用计算思维解决图像识别问题的基本原理和方法。能够探索图像识别相关领域的前沿技术，培养创新意识和实践能力。
难点 1、图像识别系统及其原理
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 图像是人类感知环境、获取信息和交换信息的主要途径。在信息化时代，我们的工作、生活与图像密不可分，图像能帮助我们更直观地呈现资讯，更快速地传递信息。在人工智能领域，图像识别技术是一个重要的发展方向。 通过老师讲解视频的观看以及学生之间的相互讨论生活中的图像识别应用 帮助学生理解图像识别的概念，打开课堂。
讲授新课 03 图像识别图像识别是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术。例如，识别各种印刷体和某些手写文字，识别汽车、行人，识别指纹、二维码等。图像识别技术已经进入实用阶段。自主探究如图4-1所示，登录网络图像识别体验平台，上传图片，观察计算机的识别结果(如图片中可能包含的物体 )，感受计算机图像识别的智能化与局限性。04图像识别系统及其原理人类的图像识别指从图像处射出的光线刺激人的视觉感官，使人辨认出该图像是曾经检验(看到)过的某一类图像的过程。图像识别有两个要素:进入感官的信息和记忆中存储的信息。只有把存储的信息与当前信息进行比较和加工，才能实现对图像的再认。计算机的图像识别和人类的图像识别在原理上并没有本质的区别。其识别过程一般包括信息采集、预处理、特征提取和选择、特征比对、分类决策几个步骤。1.信息采集计算机通过传感器采集声、光等信息，并将其转化为电信息。信息可以是二维的图像，也可以是一维的波形，如声波、心电图、脑电图等。2.预处理包括图像的二值化、平滑化、变换、增强、恢复、滤波等处理工作3.特征提取和选择计算机对经过预处理的图像进行特征提取和选择。例如，一幅64像素 x64像素的图像可以得到4096组数据。计算机通过处理数据，获得该图像在特征空间中最能反映分类本质的特征。4.特征比对通过设计和训练分类器，确定图像特征判定规则，然后与被识别图像进行比对。5.分类决策在特征空间中对被识别图像进行分类学习任务通过百度AI开放平台进入动物识别系统界面，点击“本地上传”按钮，上传动物图像文件，系统将自动识别图像中的动物，并在界面上显示识别结果，如图4-2所示。如此重复做10次，每次上传不同或相似的动物图片，把实验的结果记录在表4-1中。05 图像识别的应用图像识别技术广泛应用于公共安全、物流、交通、农业、生物、医疗等多个领域，例如道路行驶车辆的车牌识别，公共场所的人脸识别、指纹识别，农业中的农作物识别统计，食品品质检测，医学心电图、人体影像识别诊断，等等。随着人工智能的不断发展，图像识别技术不断优化，其识别效率与准确率将会不断提高。图像识别技术的应用，使智能设备的自动化程度越来越高，大大改变了我们的生活方式。自主探究在智能手机上安装人脸识别软件，体验手机软件的人脸识别与动态贴纸五官跟踪功能。小组讨论结合图像识别的体验过程，填写表4-2。知识拓展-AI赋能的北京大兴国际机场2019年9月25日，被誉为“新世界七大奇迹”之一的北京大兴国际机场正式投入运营。大兴国际机场航站楼(图4-3)建筑面积约140万平方米，远期设计年客流吞吐量超过1亿人次。如此规模庞大的机场，在运营上离不开AI技术的支持。1.人脸识别无纸化值机为使旅客的出行更便捷，机场出发大厅中配置了多台值机终端，如图4-4和图4-5所示。如果旅客是首次进行人脸识别值机，需要注册，录入人脸数据。录入成功后，值机终端就可以使用人脸数据进行值机验证操作值机选座成功后，旅客无须打印登机牌即可登机，值机终端会将现场录入的人脸数据和身份证头像进行比对，识别速度为秒级。值机办理成功后，人脸数据会上传到系统中，在安检和登机口继续使用，旅客就不需要再次录入人脸数据了。在安检环节，目前航班旅客可以在安检口只提供身份证。并扫描人脸。无须出示候机牌就可以直接通关。日后如果能够和公安部门进一步接入数据，则在安检环节也无须出示身份证就能直接完成登机前的全部流程。2.人脸识别终端此外，机场还机动地在廊桥入口、远机位登机梯和飞机机舱入口处部署了人脸识别终端。部署在廊桥入口和登机梯前的终端机可以进行旅客身份核验和人数统计，只需要旅客站在机器前就可以完成识别工作。而在机舱入口的终端机则会在识别旅客身份后显示其座位号，省去了旅客进入机舱后再查看登机牌的麻烦。在乘客较多的情况下，即使识别的背景中有其他人，这款终端机依然可以准确识别旅客。终端机通过5G与云端的识别系统相连，可以依靠蓄电池工作，机动部署.3.贯穿全场景的人脸识别能够让旅客刷脸登机，依靠的是每个环节可靠高效应用的人脸识别技术。一般情况下，在旅客值机、安检、登机前核验、座位引导，以及贵宾旅客接待、广播找人、摆渡车核验、远机位旅客核验等几个环节，旅客需要使用身份证或身份证结合登机牌的方式进行办理，流程较为烦琐，而且需要打印登机牌，造成很多浪费。由于每个人都有一个独一无二的身份信息，那就是人脸信息，如果在这些环节只核验人脸数据，是否就可以取代身份证件和登机牌了呢 在大兴国际机场，答案是肯定的，只要信息正确，旅客全程可以不需要提供身份证件进行核验，如图4-6所示。旅客人脸识别系统总体可分为三部分:第一是底层数据层，系统会接入机场的旅客安检信息、机场航班进出港信息，同时航空公司的数据也会接入数据库中，包括旅客的身份信息和票务信息，以及每一个航班上的旅客信息。第二是数据存储层，这些数据会进行储存和融合，为人脸识别引擎服务。第三是人脸识别引擎，这是人脸识别系统的关键。旅客在首次值机时，可以录入人脸和身份证头像数据，如果机票是从非直营渠道 (如从代理商处 )购买，则可以使用一次性的人脸识别服务，航班结束后数据销毁。从值机环节开始，系统的核心算法通过读取保存在身份证芯片中的肖像数据，与使用者的脸进行对照，用于核实旅客身份。在安检环节，则通过安检入口的摄像头和旅客身份证头像进行核验，安检后所有需要身份识别的环节，都会使用安检录入的人脸数据进行旅客身份验证。这项技术的验证准确度高，机器人脸识别率达到99.9%，远高于人眼的识别率，而且识别速率在1秒以下。那么，人脸数据的安全如何保证 系统首先会在值机时征询旅客，说明人脸识别需要提供面部图像数据，并取得旅客同意。在应用人脸识别的过程中，也确保使用数据合法合规。对于没有注册会员的旅客，人脸识别数据是一次性的，航班结束后从数据库中删除。反思评价学而不思则罔，思而不学则殆。对自己在本课中的学习进行评价，对照表4-3，在相应的O里画“ √”，在“其他收获”栏里留言。 06知识拓展 1、图像识别基本过程的视频2、图像识别介绍视频3、生活中有哪些场景应用了图像识别？4、如何学好图像识别？ 学生之间互相讨论自己所认知的图像识别学生通过体验，加深对课堂内容的认知学生通过观看课件和听老师讲解，了解图像识别系统及其原理 学生通过亲自动手操作，了解图像识别技术的细节。 学生之间互相讨论图像识别技术在日常生活中的应用学生通过亲身体验，感受课堂内容的意义。学生小组讨论完成表格，加深对知识的理解学生通过老师讲解，了解大兴国际机场中的图像识别应用场景。学生通过观看视频和自我思考图像识别技术的发展经历了哪些曲折 帮助学生积极融入课堂，提高学生学习积极性。帮助学生更快地融入课堂。学生通过边看边听的形式了解图像识别原理是什么。帮助学生加深对课堂内容的理解和动手能力。帮助学生主动思考，提高学生对问题的独立思考能力。帮助学生增强课堂的体验感。帮助学生记忆课堂知识帮助学生进一步了解图像识别技术，进一步加强学生对于课堂的融入感。 让学生通过视频思考，进一步加深对课堂所学内容的理解。
布置作业 1、上网了解什么是图像识别2、上网了解图像识别在生活中的应用3、上网了解图像识别对生活的影响 完成作业 培养学生查阅资料的能力，分析解决问题的能力
课堂小结 今天的文字识别课程让我们对这一技术有了更深入的了解。我们学习了文字识别的基本原理，包括图像预处理、特征提取和文本识别过程。这使我们对文字识别的工作流程有了更清晰的认识。课上展示了文字识别在现实生活中的多个应用场景，例如扫描文档、智能搜索和自动化数据输入等。这些案例让我们意识到文字识别技术的重要性和广泛应用。通过今天的课程，我们不仅对文字识别的技术原理有了更深入的理解，同时也意识到了文字识别技术在信息化社会中扮演的重要角色。期待在接下来的学习和实践中能够进一步掌握相关知识，将所学应用于实际生活中，为社会发展贡献我们的一份力量。 分组总结归纳 锻炼学生的总结能力，逻辑思维、语言表达能力。
板书 一、图像识别二、图像识别系统及其原理三、图像识别的应用 学习、记忆、勾画知识点 明确教学内容及重点和难点
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《第四课 图像识别》
粤教版 信息技术
九年级
内容总览
目录
05
图像识别的应用
07
课堂总结
拓展延伸
06
图像识别系统及其原理
04
图像识别
03
教学目标
01
新知导入
02
板书设计
08
教学目标
1、信息意识：了解图像识别在当今信息时代中的重要性和应用范围。
2、计算思维：掌握使用计算思维解决图像识别问题的基本原理和方法。
3、数字化学习与创新：能够探索图像识别相关领域的前沿技术，培养创新意识和实践能力。
4、信息社会责任：培养对于图像识别在社会发展中的伦理和法律影响的认识，在实践中遵守规范，正确使用图像识别技术。
新知导入
图像是人类感知环境、获取信息和交换信息的主要途径。在信息化时代，我们的工作、生活与图像密不可分，图像能帮助我们更直观地呈现资讯，更快速地传递信息。在人工智能领域，图像识别技术是一个重要的发展方向。
03、图像识别
新知讲解
图像识别是指利用计算机对图像进行处理、分析和理解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术。例如，识别各种印刷体和某些手写文字，识别汽车、行人，识别指纹、二维码等。图像识别技术已经进入实用阶段。
自主探究
如图4-1所示，登录网络图像识别体验平台，上传图片，观察计算机的识别结果(如图片中可能包含的物体 )，感受计算机图像识别的智能化与局限性。
图4-1 识别图像中包含的事务
04、图像识别系统及其原理
新知讲解
人类的图像识别指从图像处射出的光线刺激人的视觉感官，使人辨认出该图像是曾经检验(看到)过的某一类图像的过程。图像识别有两个要素:进入感官的信息和记忆中存储的信息。只有把存储的信息与当前信息进行比较和加工，才能实现对图像的再认。计算机的图像识别和人类的图像识别在原理上并没有本质的区别。其识别过程一般包括信息采集、预处理、特征提取和选择、特征比对、分类决策几个步骤。
新知讲解
1.信息采集
计算机通过传感器采集声、光等信息，并将其转化为电信息。信息可以是二维的图像，也可以是一维的波形，如声波、心电图、脑电图等。
2.预处理
包括图像的二值化、平滑化、变换、增强、恢复、滤波等处理工作。
新知讲解
3.特征提取和选择
计算机对经过预处理的图像进行特征提取和选择。例如，一幅64像素 x64像素的图像可以得到4096组数据。计算机通过处理数据，获得该图像在特征空间中最能反映分类本质的特征。
新知讲解
4.特征比对
通过设计和训练分类器，确定图像特征判定规则，然后与被识别图像进行比对。
5.分类决策
在特征空间中对被识别图像进行分类。
学习任务
通过百度AI开放平台进入动物识别系统界面，点击“本地上传”按钮，上传动物图像文件，系统将自动识别图像中的动物，并在界面上显示识别结果，如图4-2所示。
图4-2 动物识别结果
实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
动物识别结果
是否正确
学习任务
如此重复做10次，每次上传不同或相似的动物图片，把实验的结果记录在表4-1中。
表4-1 实验结果记录表
实验次数 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
动物识别结果 小狗 小猫 老虎 熊猫 大象 狮子 长颈鹿 鲨鱼 乌龟 兔子
是否正确 正确 正确 正确 正确 正确 正确 正确 正确 正确 正确
05、图像识别的应用
新知讲解
图像识别技术广泛应用于公共安全、物流、交通、农业、生物、医疗等多个领域，例如道路行驶车辆的车牌识别，公共场所的人脸识别、指纹识别，农业中的农作物识别统计，食品品质检测，医学心电图、人体影像识别诊断，等等。随着人工智能的不断发展，图像识别技术不断优化，其识别效率与准确率将会不断提高。图像识别技术的应用，使智能设备的自动化程度越来越高，大大改变了我们的生活方式。
新知讲解
自主探究
在智能手机上安装人脸识别软件，体验手机软件的人脸识别与动态贴纸五官跟踪功能。
小组讨论
结合图像识别的体验过程，填写表4-2。
序号 讨论内容 讨论结果
1 图像识别是什么
2 图像识别系统及其原理是什么
3 图像识别的应用领域有哪些
图像识别是一种计算机技术，也被称为计算机视觉，它使用人工智能和机器学习算法来识别和理解图像中的对象、场景或模式
图像识别系统是一种基于计算机视觉和人工智能技术的系统，其原理涉及图像获取、预处理、特征提取、模式识别、分类和输出。
帮助汽车系统辨识交通标志、行人、车辆以及其他道路上的障碍物。
2019年9月25日，被誉为“新世界七大奇迹”之一的北京大兴国际机场正式投入运营。大兴国际机场航站楼(图4-3)建筑面积约140万平方米，远期设计年客流吞吐量超过1亿人次。如此规模庞大的机场，在运营上离不开AI技术的支持。
知识拓展-Al 赋能的北京大兴国际机场
图4-3 大兴国际机场航站楼
1.人脸识别无纸化值机为使旅客的出行更便捷，机场出发大厅中配置了多台值机终端，如图4-4和图4-5所示。如果旅客是首次进行人脸识别值机，需要注册，录入人脸数据。录入成功后，值机终端就可以使用人脸数据进行值机验证操作值机选座成功后，旅客无须打印登机牌即可登机，值机终端会将现场录入的人脸数据和身份证头像进行比对，识别速度为秒级。
知识拓展-Al 赋能的北京大兴国际机场
图4-4 值机终端
图4-5 值机终端秒级识别人脸
值机办理成功后，人脸数据会上传到系统中，在安检和登机口继续使用，旅客就不需要再次录入人脸数据了。在安检环节，目前航班旅客可以在安检口只提供身份证。并扫描人脸。无须出示候机牌就可以直接通关。日后如果能够和公安部门进一步接入数据，则在安检环节也无须出示身份证就能直接完成登机前的全部流程。
知识拓展-Al 赋能的北京大兴国际机场
2.人脸识别终端此外，机场还机动地在廊桥入口、远机位登机梯和飞机机舱入口处部署了人脸识别终端。部署在廊桥入口和登机梯前的终端机可以进行旅客身份核验和人数统计，只需要旅客站在机器前就可以完成识别工作。而在机舱入口的终端机则会在识别旅客身份后显示其座位号，省去了旅客进入机舱后再查看登机牌的麻烦。
知识拓展-Al 赋能的北京大兴国际机场
在乘客较多的情况下，即使识别的背景中有其他人，这款终端机依然可以准确识别旅客。终端机通过5G与云端的识别系统相连，可以依靠蓄电池工作，机动部署.
3.贯穿全场景的人脸识别能够让旅客刷脸登机，依靠的是每个环节可靠高效应用的人脸识别技术。一般情况下，在旅客值机、安检、登机前核验、座位引导，以及贵宾旅客接待、广播找人、摆渡车核验、远机位旅客核验等几个环节，旅客需要使用身份证或身份证结合登机牌的方式进行办理，流程较为烦琐，而且需要打印登机牌，造成很多浪费。
知识拓展-Al 赋能的北京大兴国际机场
知识拓展-Al 赋能的北京大兴国际机场
由于每个人都有一个独一无二的身份信息，那就是人脸信息，如果在这些环节只核验人脸数据，是否就可以取代身份证件和登机牌了呢 在大兴国际机场，答案是肯定的，只要信息正确，旅客全程可以不需要提供身份证件进行核验，如图4-6所示。
图4-6
旅客人脸识别系统总体可分为三部分:第一是底层数据层，系统会接入机场的旅客安检信息、机场航班进出港信息，同时航空公司的数据也会接入数据库中，包括旅客的身份信息和票务信息，以及每一个航班上的旅客信息。第二是数据存储层，这些数据会进行储存和融合，为人脸识别引擎服务。
知识拓展-Al 赋能的北京大兴国际机场
第三是人脸识别引擎，这是人脸识别系统的关键。旅客在首次值机时，可以录入人脸和身份证头像数据，如果机票是从非直营渠道 (如从代理商处 )购买，则可以使用一次性的人脸识别服务，航班结束后数据销毁。
知识拓展-Al 赋能的北京大兴国际机场
从值机环节开始，系统的核心算法通过读取保存在身份证芯片中的肖像数据，与使用者的脸进行对照，用于核实旅客身份。在安检环节，则通过安检入口的摄像头和旅客身份证头像进行核验，安检后所有需要身份识别的环节，都会使用安检录入的人脸数据进行旅客身份验证。
知识拓展-Al 赋能的北京大兴国际机场
这项技术的验证准确度高，机器人脸识别率达到99.9%，远高于人眼的识别率，而且识别速率在1秒以下。那么，人脸数据的安全如何保证 系统首先会在值机时征询旅客，说明人脸识别需要提供面部图像数据，并取得旅客同意。在应用人脸识别的过程中，也确保使用数据合法合规。对于没有注册会员的旅客，人脸识别数据是一次性的，航班结束后从数据库中删除。
知识拓展-Al 赋能的北京大兴国际机场
反思评价
学而不思则罔，思而不学则殆。对自己在本课中的学习进行评价，对照表4-3，在相应的O里画“ √”，在“其他收获”栏里留言。
序号 学习内容 能否掌握
1 知道图像识别的概念 能 √ 不能O
2 了解图像识别系统及其原理 能 √ 不能 O
3 了解图像识别的应用领域 能 √ 不能 O
其他收获：(1)精准度：相比人类，图像识别系统在处理大量图像数据时更加精准和一致。(2)创新应用：推动了各种领域的创新应用，包括增强现实、虚拟现实以及智能辅助决策系统等。
06、知识拓展
知识拓展
1、图像识别基本过程的视频
知识拓展
2、图像识别介绍视频。
知识拓展
3、生活中有哪些场景应用了图像识别？
(1)社交媒体平台： 图像识别用于自动标记人物、场景和物体，以便更轻松地管理照片和视频。
(2)安防监控系统： 用于监视和识别异常行为或可疑物体，提高安全性并减少犯罪率。
(3)医学影像识别： 用于识别疾病迹象、辅助医学诊断和治疗规划。
(4)自动驾驶汽车： 通过图像识别来感知道路上的车辆、行人和障碍物，从而实现自动导航和避免事故。
(5)电子商务： 应用于产品识别、广告标签和虚拟试衣间，提高用户购物体验。
知识拓展
4、如何学好图像识别？
(1)学习基本数学和计算机科学知识:掌握线性代数、概率统计和微积分等数学基础知识。学习计算机科学基础，包括数据结构、算法和编程语言。
(2)了解图像处理技术:理解数字图像的基本原理，包括像素、颜色空间、滤波和边缘检测等。学习常见的图像处理技术，如直方图均衡化、模糊处理和图像增强。
(3)学习机器学习和深度学习:了解监督学习、无监督学习和强化学习等机器学习方法。掌握深度学习技术，包括卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）和生成对抗网络（GAN）等。
07、课堂总结
课堂总结
今天的文字识别课程让我们对这一技术有了更深入的了解。我们学习了文字识别的基本原理，包括图像预处理、特征提取和文本识别过程。这使我们对文字识别的工作流程有了更清晰的认识。课上展示了文字识别在现实生活中的多个应用场景，例如扫描文档、智能搜索和自动化数据输入等。这些案例让我们意识到文字识别技术的重要性和广泛应用。通过今天的课程，我们不仅对文字识别的技术原理有了更深入的理解，同时也意识到了文字识别技术在信息化社会中扮演的重要角色。期待在接下来的学习和实践中能够进一步掌握相关知识，将所学应用于实际生活中，为社会发展贡献我们的一份力量。
板书设计
图像识别
一、图像识别
二、图像识别系统及其原理
三、图像识别的应用
课后作业
1、上网了解什么是图像识别
2、上网了解图像识别在生活中的应用
3、上网了解图像识别对生活的影响
谢谢
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