《刷臉簽到系統(tǒng)》教學(xué)設(shè)計課題：刷臉簽到系統(tǒng)授課對象：中職一年級課型：新授課課時：3課時教材分析：結(jié)構(gòu)內(nèi)容：本節(jié)課選自《人工智能通識》的項目九。本節(jié)課的主要內(nèi)容是了解人工智能在計算機(jī)視覺領(lǐng)域的典型應(yīng)用-人臉識別，熟悉一種開源的人臉識別工具，并能熟練應(yīng)用在圖片人臉識別和視頻人臉識別上。地位作用：計算機(jī)視覺是人工智能技術(shù)的一大應(yīng)用領(lǐng)域。近年來，深度學(xué)習(xí)的發(fā)展推動了計算機(jī)視覺或圖像領(lǐng)域取得了很大進(jìn)展。本節(jié)課的學(xué)習(xí)將帶領(lǐng)學(xué)生了解人臉識別，并且能夠動手實(shí)現(xiàn)智能刷臉簽到系統(tǒng)中的人臉識別功能。學(xué)情分析學(xué)習(xí)心理特征：本節(jié)課的授課對象為中職一年級學(xué)生該階段的學(xué)生，學(xué)習(xí)自制力較差，上課注意力易被分散，因此在上課過程中，應(yīng)該采用講練結(jié)合的方式，讓學(xué)生能夠在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和鞏固課程內(nèi)容。同時該階段的學(xué)生有很多自己的想法和創(chuàng)意，因此在設(shè)計任務(wù)時，需要給學(xué)生一定的自由發(fā)揮的空間，讓學(xué)生自主地學(xué)習(xí)和實(shí)踐。另外由于中職一年級的學(xué)生水平各不相同，因此教師在學(xué)生操作過程中應(yīng)該實(shí)時觀察，引導(dǎo)并鼓勵基礎(chǔ)較差的學(xué)生完成練習(xí)。知識基礎(chǔ)：中職一年級學(xué)生已經(jīng)掌握了計算機(jī)的使用，并且基于前面項目的學(xué)習(xí)，能具備一定的代碼閱讀與代碼編寫能力，因此可以讓學(xué)習(xí)獨(dú)立在開發(fā)環(huán)境中逐步的編寫代碼、運(yùn)行代碼、直到實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。教學(xué)目標(biāo)知識與技能目標(biāo)：能夠說出人臉識別的應(yīng)用場景能夠說出Face_recognition可以做什么能夠說出OpenCV是什么能夠使用OpenCV處理視頻能夠熟練使用Face_recognition定位人臉能夠熟練使用Face_recognition對比人臉能夠熟練使用Face_recognition識別人臉過程與方法：小組合作討論人臉識別的常見應(yīng)用。根據(jù)教師發(fā)布的實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，自主使用Face_recognition實(shí)現(xiàn)對圖片中的人臉進(jìn)行定位。根據(jù)教師發(fā)布的實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，自主使用Face_recognition實(shí)現(xiàn)人臉的比對。根據(jù)教師發(fā)布的實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，自主使用Face_recognition實(shí)現(xiàn)圖片中的人臉識別。根據(jù)教師發(fā)布的實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，自主設(shè)計使用Face_recognition實(shí)現(xiàn)視頻中的人臉識別。情感態(tài)度與價值觀：能夠?qū)?shí)際工作崗位的工作內(nèi)容有所認(rèn)知。通過小組合作的方式，培養(yǎng)學(xué)生的主動參與的意識，強(qiáng)化自身的責(zé)任感，以及增強(qiáng)自己的合作能力。教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1、能夠說出人臉識別的應(yīng)用場景2、能夠說出OpenCV是什么3、能夠熟練使用Face_recognition定位人臉4、能夠熟練使用Face_recognition對比人臉5、能夠熟練使用Face_recognition識別人臉教學(xué)難點(diǎn)：1、能夠熟練使用Face_recognition識別人臉教學(xué)方法教法：任務(wù)驅(qū)動法、練習(xí)法學(xué)法：自主學(xué)習(xí)法、小組合作學(xué)習(xí)法教學(xué)準(zhǔn)備教學(xué)環(huán)境：多媒體網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)房教學(xué)資源：多媒體網(wǎng)絡(luò)計算機(jī)，派Lab平臺，PPT課件，微課教學(xué)過程教學(xué)內(nèi)容及過程時間分配設(shè)計意圖一、創(chuàng)設(shè)情景【教師活動】現(xiàn)在，人臉識別的技術(shù)已經(jīng)布滿了大街小巷，移動支付端的刷臉支付，沒有現(xiàn)金與手機(jī)也可以買東西了，小區(qū)門口設(shè)置了刷臉進(jìn)小區(qū)的裝置，極大提高了小區(qū)物業(yè)管理的效率；上班考勤刷臉就能打卡，；而這些全部歸功于當(dāng)下很成熟的計算機(jī)視覺技術(shù)——人臉識別。小派想要動手研究人臉識別，希望未來可以給同學(xué)們做一個刷臉簽到系統(tǒng)，但是小派缺乏經(jīng)驗，沒法自己完成，于是小派向我們尋求了幫助。2分鐘該環(huán)節(jié)通過創(chuàng)設(shè)生活中真實(shí)存在的情景，讓學(xué)生了解人臉識別的應(yīng)用場景。二、任務(wù)分析【教師活動】小派給我們布置了一個任務(wù)就是能夠?qū)崿F(xiàn)人臉識別功能，由于真實(shí)的刷臉簽到場景是通過攝像頭捕捉人臉隨刷隨簽的，考慮到實(shí)訓(xùn)平臺無法與本地攝像頭連接，所以我們可以改變一種方式，通過傳入圖片或者視頻的方式來識別其中的人臉并且做出姓名標(biāo)注。首先我們需要對如何開展該任務(wù)進(jìn)行分析（該過程可以讓學(xué)生進(jìn)行小組討論回答）預(yù)設(shè)：首先要了解實(shí)現(xiàn)人臉識別比較成熟且操作簡單的工具有什么，接著了解實(shí)現(xiàn)人臉識別的流程如何拆分成一些子任務(wù)，比如定位人臉、人臉比對、人臉姓名標(biāo)注等，然后針對不同難度的子任務(wù)逐步去實(shí)現(xiàn)，最終能夠?qū)崿F(xiàn)人臉識別。【學(xué)生活動】小組展開討論各小組發(fā)表自己的任務(wù)分析結(jié)果【教師活動】對各小組的討論結(jié)果進(jìn)行評價，最后進(jìn)行小結(jié)，得出最后的任務(wù)分析結(jié)果：子任務(wù)一：基于Face_recognition實(shí)現(xiàn)人臉定位子任務(wù)二：基于Face_recognition實(shí)現(xiàn)人臉比對子任務(wù)三：實(shí)現(xiàn)圖像中的人臉識別子任務(wù)四：實(shí)現(xiàn)視頻中的人臉識別5分鐘該環(huán)節(jié)主要是對本節(jié)課的任務(wù)的一個討論分析，在該過程中，讓每個學(xué)生對接下來要完成的任務(wù)進(jìn)行分析和討論，讓學(xué)生成為課堂的主體，提高學(xué)生的參與感，提升學(xué)生的自主思考能力。新知學(xué)習(xí)任務(wù)一：基于Face_recognition實(shí)現(xiàn)人臉定位【教師活動】請同學(xué)們查閱資料并討論人臉識別的概念，以及它在實(shí)際生活中的應(yīng)用。預(yù)設(shè)：人臉識別，是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識別的一種生物識別技術(shù)。用攝像機(jī)或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，并自動在圖像中檢測和跟蹤人臉，進(jìn)而對檢測到的人臉進(jìn)行臉部識別的一系列相關(guān)技術(shù)，通常也叫做人像識別、面部識別。1）門禁系統(tǒng)受安全保護(hù)的地區(qū)可以通過人臉識別辨識試圖進(jìn)入者的身份。人臉識別系統(tǒng)可用于企業(yè)、住宅安全和管理。如人臉識別門禁考勤系統(tǒng)，人臉識別防盜門等。2）智慧出行目前利用人臉核驗證技術(shù)的刷臉安檢已進(jìn)入普遍應(yīng)用階段，在高鐵站、普通火車站和機(jī)場皆已大面積推廣。3）城市安防人臉識別應(yīng)用在車站、機(jī)場等公共場所，可以有效識別可疑人物，提早發(fā)出預(yù)警，保衛(wèi)市民安全。4）智能家居人臉識別在智能家居中主要應(yīng)用在安全解鎖和個性化家居服務(wù)兩個場景。在安全防范方面，人臉識別可以提供相對安全和便捷的入戶解鎖技術(shù)，將可能逐步替代傳統(tǒng)密碼或指紋門鎖。智能門鈴可以通過入臉識別對訪客身份進(jìn)行識別。另外家中的監(jiān)控攝像頭可以實(shí)時監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)陌生人臉立即提醒住戶并報警。【學(xué)生活動】思考并回答問題【教師活動】對學(xué)生的回答進(jìn)行小結(jié)。同學(xué)們說的都不錯，現(xiàn)如今人臉識別產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于金融、司法、公安、政府、航天、電力、工廠、教育、醫(yī)療及眾多企事業(yè)單位等領(lǐng)域。那么關(guān)于人臉識別的實(shí)現(xiàn)，一般來說都要經(jīng)過大量數(shù)據(jù)的采集、標(biāo)注、復(fù)雜的模型訓(xùn)練，同時需要高性能的硬件資源的配合。Face_recognition是一個強(qiáng)大、簡單、易上手的人臉識別開源項目，并且配備了完整的開發(fā)文檔和應(yīng)用案例。你可以把它當(dāng)一個python庫來使用，或者以命令行工具的方式提取、識別、操作人臉。我們可以基于這個工具快速地實(shí)現(xiàn)人臉識別。

下面請同學(xué)們打開派Lab，參照實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，完成任務(wù)一，人臉定位，也就是說確認(rèn)輸入的圖片中的人臉?biāo)诘奈恢?。在進(jìn)行任務(wù)一的過程中，需要掌握一個核心函數(shù)：face_locations函數(shù)，可以定位圖像中識別出的所有人臉位置信息，返回值是列表形式，列表中每一行是一張人臉的位置信息，包括[top,right,bottom,left]?！緦W(xué)生活動】參考實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，熟悉Face_recognition工具的使用，能夠?qū)σ粡埲四槇D片進(jìn)行人臉定位?！窘處熁顒印吭趯W(xué)生練習(xí)時進(jìn)行巡視，對一些動手能力較弱的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生完成練習(xí)。30分鐘在該環(huán)節(jié)中，先通過提問的方式讓學(xué)生自主搜索和了解人臉識別相關(guān)的概念；同時讓學(xué)生積極討論，增加學(xué)生之間的互動與交流。另外，讓學(xué)生能夠動手嘗試首先人臉識別的第一步，完成一個小任務(wù)也能增強(qiáng)學(xué)生的成就感。任務(wù)二：基于Face_recognition實(shí)現(xiàn)人臉比對【教師活動】在上一個任務(wù)中，我們能夠定位圖片中的人臉，那么進(jìn)一步的就可以針對定位出的人臉進(jìn)行其他計算。比如通過提取兩張人臉的特征,再計算兩張人臉的相似度,從而判斷兩張人臉是否為同一個人。下面請同學(xué)們參考實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，先熟悉人臉比對的基本流程，然后分別用你和同學(xué)的人臉作為數(shù)據(jù)，完成任務(wù)二。同學(xué)們在完成任務(wù)二的過程中，需要理解一個核心函數(shù)：compare_faces函數(shù)，判斷圖像中的人臉是否為已知。face_pare_faces(known_face_encodings,face_encoding_to_check,tolerance=0.6)作用：判斷一張人臉圖像是否在已知人臉列表存在匹配項。其中參數(shù)known_face_encodings表示已知人臉的編碼列表；face_encoding_to_check表示一張未知人臉的編碼；tolerance表示兩張臉的向量距離小于該值則歸類為同一個人，默認(rèn)閾值0.6。舉個例子：encoding列表=[同學(xué)1的編碼,同學(xué)2的編碼,同學(xué)3的編碼]；需要判斷的人臉編碼=同學(xué)3的編碼compare_faces(encoding列表,需要判斷的人臉編碼)=[False,False,True]因為compare_faces()將需要判斷的人臉編碼與encoding列表中的第一個編碼進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)不是同一張臉，所以函數(shù)輸出列表的第一個元素是False。以此類推，所以將人臉編碼與列表中的第三碼進(jìn)行比較會發(fā)現(xiàn)是同一張臉，所以所以函數(shù)輸出列表的第三個元素是True?！緦W(xué)生活動】參考實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，完成任務(wù)二?！窘處熁顒印吭趯W(xué)生練習(xí)時進(jìn)行巡視，對一些動手能力較弱的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生完成練習(xí)。20分鐘在該環(huán)節(jié)中，主要讓學(xué)生熟悉實(shí)現(xiàn)人臉比對的過程，增加學(xué)生對Face_recognition工具的熟練度。任務(wù)三：實(shí)現(xiàn)圖像中的人臉識別【教師活動】基于前兩個任務(wù)，同學(xué)們應(yīng)該熟練了face_recognition對于人臉的基本操作方法，比如如何加載一張圖片，如何獲取圖片中的人臉位置，如何對圖片中的人臉進(jìn)行編碼，然后進(jìn)行人臉比對?，F(xiàn)在，同學(xué)們進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)人臉識別，這就需要在加載人臉編碼的時候同時設(shè)置人的名字，這樣在對未知圖片進(jìn)行人臉識別的時候，可以識別到已知的人臉并打上正確的名字標(biāo)簽。在這里同學(xué)們即將用到一個python庫，Pillow庫，它提供了廣泛的文件格式支持、高效的內(nèi)部表示和相當(dāng)強(qiáng)大的圖像處理功能，并且為一般的圖像處理工具提供了堅實(shí)的基礎(chǔ)。主要用到庫中的兩個模塊：Image和ImageDraw。Image模塊是Pillow庫的基礎(chǔ)模塊，只有Image類型的圖片數(shù)據(jù)才可以被Pillow庫處理。ImageDraw模塊可用于創(chuàng)建新圖像、對現(xiàn)有圖像進(jìn)行注釋或潤色，以及動態(tài)生成圖形以供Web使用。本任務(wù)中，我們將使用ImageDraw模塊對圖像進(jìn)行標(biāo)注：1、將人臉用矩形框出來2、對人臉進(jìn)行姓名標(biāo)注現(xiàn)在就請同學(xué)們參考實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，自主完成任務(wù)三?！緦W(xué)生活動】參考實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，完成任務(wù)三?！窘處熁顒印吭趯W(xué)生練習(xí)時進(jìn)行巡視，對一些動手能力較弱的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生完成練習(xí)。識別結(jié)果（供參考）30分鐘該環(huán)節(jié)是一個實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，結(jié)合學(xué)生自身的特點(diǎn)，讓學(xué)生自己參考任務(wù)書，完成任務(wù)，提高學(xué)生的自學(xué)能力，以及動手實(shí)踐能力。任務(wù)四：實(shí)現(xiàn)視頻中的人臉識別【教師活動】上一個任務(wù)是識別圖片中的人臉，那么能否識別視頻中的人臉呢？這樣可以模擬攝像頭捕捉畫面中的人臉并且做出人名標(biāo)注。在這個任務(wù)中，首先我們就需要熟悉對視頻文件的基本處理。OpenCV是計算機(jī)視覺領(lǐng)域一個圖像和視頻處理庫，用于各種圖像和視頻分析，如面部識別和檢測，車牌閱讀，照片編輯，高級機(jī)器人視覺，光學(xué)字符識別等。OpenCV用C++語言編寫，它具有C++，Python，Java和MATLAB接口，并支持Windows，Linux，Android和MacOS。對于python而言，在引用OpenCV庫的時候需要寫為importcv2。視頻信號時由一系列的圖像構(gòu)成的，這些圖像稱為幀，播放幀的速度稱為幀速率，通常使用幀/秒表示，即FPS（FramesPerSecond),每秒出現(xiàn)的幀數(shù)。視頻文件格式是一種用于存儲數(shù)字視頻數(shù)據(jù)的文件格式，典型的視頻文件格式包括*.avi、*.mp4、*.mov和*.wmv。在OpenCV中，使用cv2.VideoCapture()捕獲不同來源的視頻，如圖像序列、視頻文件和相機(jī)?！緦W(xué)生活動】參考實(shí)訓(xùn)任務(wù)書，完成任務(wù)四?！窘處熁顒印吭趯W(xué)生練習(xí)時進(jìn)行巡視，對一些動手能力較弱的學(xué)生進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生完成練習(xí)。30分鐘該環(huán)節(jié)是一個實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，結(jié)合學(xué)生自身的特點(diǎn)，讓學(xué)生自己參考任務(wù)書，完成任務(wù)，提高學(xué)生的自學(xué)能力，以及動手實(shí)踐能四、課堂小結(jié)【教師活動】教師請各小組對本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)。最后教師進(jìn)行總結(jié)。布置課后習(xí)題5分鐘讓學(xué)生自己進(jìn)行小結(jié)，加深學(xué)生對本節(jié)課知識的理解，也同時鍛煉學(xué)生總結(jié)歸納的能力。學(xué)習(xí)效果評價課后習(xí)題題型題目答案填空題（一空一分）1、闡述人臉識別的概念2、闡述人臉檢測與人臉識別的區(qū)別3、FaceRecognition實(shí)現(xiàn)人臉比對的函數(shù)是（）1、略2、略3、compare_faces選擇題（每題2分）4、以下屬于人臉識別應(yīng)用場景的是（）A.人臉支付B.火車站掃臉進(jìn)站C.疑犯追蹤D.樓宇門禁5、OpenCV用于讀取視頻文件的函數(shù)是（）A.imread()B.imshow()