認(rèn)識”一個人-人臉特征向量的提取一、教材與學(xué)情分析本節(jié)課的內(nèi)容是讓機(jī)器“認(rèn)識”一個人，在學(xué)生了解了人臉定位的基本過程以及OPenCV外部模塊以后，進(jìn)一步了解機(jī)器學(xué)習(xí)的過程，了解人臉識別訓(xùn)練的過程，也就是人臉特征向量提取的過程。本課中第二部分主要是通過兩段代碼讓學(xué)生了解基于圖片的人臉識別訓(xùn)練過程，沒有生成性的東西反饋出來讓學(xué)生看見，學(xué)生嘗不到體驗(yàn)的樂趣，所以本節(jié)課的體驗(yàn)重點(diǎn)還是放在擴(kuò)展任務(wù)中的“認(rèn)識”視頻中的人。擴(kuò)展部分的兩個例子中，學(xué)生先通過設(shè)置參數(shù)體驗(yàn)人臉數(shù)據(jù)地采集，接著對采集的人臉數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，并最終生成一個訓(xùn)練模型文件，為下節(jié)課“認(rèn)出”一個人做好準(zhǔn)備，在此單元中能起到一個承上啟下的作用。同理本單元第一課，本課的編程難度非常高，對學(xué)生的要求更多的只是一個了解、體驗(yàn)的過程，通過程序了解人臉識別訓(xùn)練的步驟，修改程序的一些參數(shù)，體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。二、教學(xué)目標(biāo)1.知識與技能（1）了解機(jī)器學(xué)習(xí)的過程；（2）了解基于圖片的人臉識別訓(xùn)練過程；（3）體驗(yàn)基于視頻的人臉識別訓(xùn)練。2.過程與方法創(chuàng)設(shè)情境，通過自主學(xué)習(xí)、合作探究以及多個體驗(yàn)活動讓學(xué)生了解機(jī)器學(xué)習(xí)的過程。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀激發(fā)學(xué)生對人臉識別技術(shù)的好奇心和興趣，理解Python編程語言之所以強(qiáng)大，原因并不在語言本身，而是因?yàn)樗懈鞣N各樣的外部功能擴(kuò)展模塊（庫）。三、教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)：了解機(jī)器學(xué)習(xí)的過程難點(diǎn)：基于圖片的人臉識別訓(xùn)練步驟及基于視頻的人臉數(shù)據(jù)采集與訓(xùn)練程序的體驗(yàn)。四、教學(xué)準(zhǔn)備人臉特征向量提取的視頻；基于人臉識別訓(xùn)練的程序代碼（包括一個人與多個人的）；訓(xùn)練的圖片多組；人臉圖像采集代碼（基于視頻的圖像采集）；人臉數(shù)據(jù)訓(xùn)練代碼（基于視頻采集圖像的數(shù)據(jù)訓(xùn)練）；安裝pillow、LBPH模塊的命令。五、教學(xué)過程環(huán)節(jié)教師學(xué)生設(shè)計(jì)意圖創(chuàng)設(shè)情境導(dǎo)入新課談話導(dǎo)入師：同學(xué)們，你們知道目前手機(jī)解鎖的方法有幾種嗎？預(yù)設(shè)：密碼、指紋、人臉。對學(xué)生回答給予肯定。師：現(xiàn)在的設(shè)備為了滿足不同用戶在不同場合、不同需求地快速解鎖，設(shè)計(jì)了這么多解鎖方式供選擇！而目前最主流的莫過于人臉識別的解鎖方式，比如老師手中的手機(jī)。演示：用手將屏幕往上滑動解鎖的過程。為什么你們不能直接滑上去解鎖？預(yù)設(shè)：因?yàn)槭謾C(jī)里面有老師的人臉特征信息。如何從圖片“認(rèn)識”一個人師：對，老師的手機(jī)提前對我的人臉信息通過不同角度的靜態(tài)圖片進(jìn)行了采集，然后通過比對分析訓(xùn)練，獲得了我的人臉特征，所以能夠“認(rèn)識”我，那手機(jī)或者其它的機(jī)器是如何對我的圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行分析訓(xùn)練的呢？現(xiàn)在，我們通過一個小視頻，來簡單了解一下人臉特征的獲取過程。（觀看視頻）思考，回答。交流分享：生活中的人臉識別應(yīng)用：手機(jī)解鎖的方式及過程。認(rèn)真傾聽，思考。觀看視頻。通過學(xué)生熟悉的手機(jī)解鎖內(nèi)容及現(xiàn)場演示，激起學(xué)生興趣 引出人臉識別。自主學(xué)習(xí)獲取新知識別訓(xùn)練（一）LBPH識別器師：視頻說，要“認(rèn)識”一個人，首先需要從圖片中將人臉的重要特征點(diǎn)提取出來。這個過程就要用到LBPH識別器，所以接下來我們先了解一下什么是LBPH識別器。首先，請學(xué)生打開教材P55，看看知識卡片：LBPH識別器，并了解相應(yīng)模塊的安裝方法（1分鐘時間，學(xué)生看書）（這個模塊老師提前安裝好）師：上面一圖是人臉定位的步驟，下面就是按照步驟寫出的代碼。（二）人臉識別訓(xùn)練現(xiàn)在，我們就用這個Opencv里面的人臉識別器來試一試人臉識別訓(xùn)練。首先，請打開教材P56，請同學(xué)們先看看上下兩張圖。（2分鐘時間，學(xué)生看書）師：上面一圖是人臉識別訓(xùn)練的步驟，下面就是按照步驟寫出的代碼。很復(fù)雜對不對?但是沒關(guān)系,寫好的程序會直接發(fā)給你們，但你們需要知道每一句程序語言是描述的哪個步驟。（程序截圖 + PPT動畫演示，結(jié)合步驟解釋代碼，注意與學(xué)生互動）拓展內(nèi)容：1.為什么圖片需要變成黑白再處理？（給學(xué)生短暫思考時間）答：轉(zhuǎn)成灰度，提高識別率（比彩色更容易識別），節(jié)約計(jì)算資源（RGB有3個字節(jié)，黑白灰只有1個字節(jié)，而數(shù)據(jù)量至少翻了3倍）2.人臉圖片標(biāo)簽有什么用？答：我們將人臉圖片進(jìn)行分類，同一個人的人臉圖片設(shè)置相同的標(biāo)簽，這樣方便標(biāo)識出不同的人臉數(shù)據(jù)。（三）多個不同的人臉識別訓(xùn)練剛才我們分析了單個人臉識別訓(xùn)練的過程，哪多個不同的人臉識別訓(xùn)練是怎樣的呢？請同學(xué)們自學(xué)教材P57，了解多個不同的人臉識別訓(xùn)練方法。（2分鐘時間，學(xué)生看書）學(xué)生發(fā)散思維自學(xué)教材，了解人臉識別器以及相應(yīng)模塊的安裝方法。思考、回答觀看、思考聽講、回答思考，回答。自學(xué)教材，了解多個不同人臉識別訓(xùn)練的程序。體驗(yàn)。讓學(xué)生帶問題觀看，了解機(jī)器如何進(jìn)行人臉識別。了解人臉識別器及人臉訓(xùn)練的步驟，了解程序每句話對應(yīng)的步驟。通過體驗(yàn)，活躍氣氛，激發(fā)學(xué)生興趣；課外知識：灰度處理圖片原因拓展任務(wù)體驗(yàn)探究“認(rèn)識”視頻中的人師：我們已經(jīng)了解了怎么使用圖片進(jìn)行識別訓(xùn)練，接下來我們一起來體驗(yàn)一下如何使用動態(tài)視頻來識別訓(xùn)練。（一）人臉數(shù)據(jù)采集師：示范通過攝像頭采集動態(tài)人臉數(shù)據(jù)的操作方法，逐句分析程序；（提醒學(xué)生所有文件放在同一文件夾；在程序所在的目錄創(chuàng)建一個“Facedate”文件夾，用來存放采集的人臉數(shù)據(jù)）基本任務(wù)：采集個人頭像400張，標(biāo)簽為0；拓展任務(wù)：采集同桌頭像400張，標(biāo)簽為1；（二）人臉數(shù)據(jù)訓(xùn)練師：示范將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練的操作方法，簡單逐句分析程序；（提醒學(xué)生在程序所在的目錄創(chuàng)建一個名為“Face_trainer”的文件夾，用于放置訓(xùn)練結(jié)果的。）拓展：提醒學(xué)生操作前先安裝Pillow模塊，安裝命令：pip install pillow；基本任務(wù)：完成對采集數(shù)據(jù)的訓(xùn)練。認(rèn)真聽講閱讀教材，完成“Facedate”文件夾的創(chuàng)建。體驗(yàn)通過視頻采集人臉數(shù)據(jù)d的程序。思考，聽講閱讀教材，完成“Face_trainer”文件夾的創(chuàng)建。體驗(yàn)將采集的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練。課堂練習(xí)：程序體驗(yàn) 梯度設(shè)計(jì)，根據(jù)自身能力完成相應(yīng)任務(wù)拓展閱讀師：我們已經(jīng)成功體驗(yàn)了從視頻中采集人臉數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行訓(xùn)練，那人臉識別技術(shù)的“前世今生”是怎樣的呢？請打開教材P59，請同學(xué)們自主閱讀。（1分鐘時間，學(xué)生看書）閱讀P59頁內(nèi)容。拓展知識。課堂小結(jié)知識延伸（一）引導(dǎo)學(xué)生分享今日學(xué)習(xí)內(nèi)容：1. 體驗(yàn)了解機(jī)器學(xué)習(xí)的過程2. 了解基于圖片的人臉識別訓(xùn)練過程；3. 體驗(yàn)基于視頻的人臉識別訓(xùn)練。（二）演示使用視頻識別代碼對之前訓(xùn)練好的模型進(jìn)行識別的效果，為下一節(jié)課做準(zhǔn)備。回憶、回答知識小結(jié)板書設(shè)計(jì)機(jī)器訓(xùn)練獲得特征輸入訓(xùn)練圖片容