人工智能技術(shù)下圖像處理教學的應(yīng)用研究

何映彤

（廣東省廣州市番禺區(qū)職業(yè)技術(shù)學校，廣東廣州 511400）

目前全球首款利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)圖像處理軟件Luminar AI，可以從數(shù)字圖像中提取基本信息，實現(xiàn)場景、人像智能識別與編輯，智能摳圖與替換素材等功能。教學中在原有的Photoshop軟件教學實踐基礎(chǔ)上，結(jié)合利用人工智能技術(shù)支持的Luminar AI軟件，實現(xiàn)自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整、圖像精準識別與處理，優(yōu)化傳統(tǒng)教學方法，提高圖像處理質(zhì)量。借助引入人工智能技術(shù)的圖像處理進行教學，可以優(yōu)化專業(yè)的局限性、簡化操作的復(fù)雜性和克服思維的片面性。讓圖像處理應(yīng)用更簡潔、更實用、更科學。

一、人工智能技術(shù)下圖像處理原理及目標探究

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）技術(shù)在圖像處理中的應(yīng)用是計算機科學方向的重要研究領(lǐng)域，涉及圖像的分類、識別模式、過濾、壓縮、強化、恢復(fù)、變換等過程技術(shù)。人工智能算法包括遺傳算法、蟻群算法、模擬退火算法和粒子群算法等，在圖像邊緣檢測、圖像分割、圖像識別、圖像匹配、圖像分類等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用[1]。在軟件中通過采用人工智能算法進行計算機視角的圖像識別，以像素矩陣為單位提取圖像數(shù)字信息后轉(zhuǎn)為二維數(shù)組（即數(shù)字信號），獲取數(shù)字信息后通過自動選擇合適的算法進行智能檢索，匹配相似代碼，設(shè)置最優(yōu)參數(shù)，實現(xiàn)高精度智能圖像處理技術(shù)，從原需人為手動操作的復(fù)雜圖像處理過程轉(zhuǎn)為“一鍵生成”高效簡單化操作。目前，我國的計算機軟硬件設(shè)備技術(shù)相對比較落后，當識別復(fù)雜的圖像時，任務(wù)量較大，計算機運行處理速度跟不上，無法及時地識別處理圖像，降低了識別精度和效率[2]。現(xiàn)階段的研究成果較國外具發(fā)達計算機水平的軟硬件開發(fā)成果少，還需繼續(xù)深造，提高計算機軟硬件設(shè)備科研能力，向多元化、多維化、智能化的可持續(xù)發(fā)展前進。

伴隨大數(shù)據(jù)與云計算的開發(fā)、5G時代與全媒體的融合，人工智能的浪潮一幕接一幕，人工智能的總體技術(shù)目標將在科技創(chuàng)新、經(jīng)濟民生、國家安全等領(lǐng)域下構(gòu)建智能體系，面向互聯(lián)網(wǎng)智能搜索、人機智能協(xié)作、工業(yè)4.0等技術(shù)關(guān)鍵環(huán)節(jié)有積極進展和新的發(fā)展突破，向人類智力水平靠近。在圖像處理方面，因媒介傳播的廣泛性與多樣性、數(shù)據(jù)值的分散性與多變性，其技術(shù)發(fā)展會朝向開發(fā)新專業(yè)理論與芯片技術(shù)、完善原有人工智能算法并發(fā)掘更多的智能算法、增強數(shù)據(jù)傳輸吞吐量的傳輸與利用、新途徑神經(jīng)形態(tài)計算與深度學習等目標發(fā)展，同時將融入更多情感因素，能依據(jù)個人喜好、要求更改識別效果；從二維圖像轉(zhuǎn)向三維甚至多維度的識別，從中提取更多有價值的信息，提高效率，提升精度，保證質(zhì)量；甚至可以通過人工智能技術(shù)改變?nèi)藗兊纳睢⑸a(chǎn)方式。

二、人工智能技術(shù)下圖像處理教學現(xiàn)狀

當前，圖像處理教學中，主要依托教材開展教學，但隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，原有的教材內(nèi)容中，雖然內(nèi)容豐富，但大多數(shù)方法較為簡單，沒有體現(xiàn)出人工智能技術(shù)在圖像處理教學中的應(yīng)用滲透，這需要教師在教學活動中要結(jié)合人工智能技術(shù)發(fā)展的情況融入教學活動中來。盡管教師在教學中能夠?qū)烧咧g進行融合，但由于教材的缺乏，導致教師缺乏教學依據(jù)，無法很好地把握人工智能技術(shù)與圖像處理教學之間的融合程度。另一方面依托教材進行教學在講授各教學內(nèi)容的過程中，各章節(jié)之間的相關(guān)性不大，一般情況下教材中的每一個章節(jié)對應(yīng)著圖像處理領(lǐng)域的大課題，教師在教學活動中應(yīng)當基于人工智能技術(shù)將這些知識內(nèi)容整合起來。但在整合的過程中造成知識體量越來越龐大，學生僅靠課堂教學一點時間很難清楚透徹地理解知識，因此，也無法系統(tǒng)地理解所學的內(nèi)容，這極大地增強了教學的難度。

圖像處理教學中不僅有理論知識，還存在實踐性教學內(nèi)容作為理論教學的重要輔助手段，實踐的目的主要增強學生的實踐能力，培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)。在實踐性內(nèi)容教學中，通過對內(nèi)容的合理設(shè)計，能夠讓學生結(jié)合課堂中學習的理論知識，掌握圖像處理的基本技巧。另一方面，實踐性內(nèi)容教學中融入合理的資源和可視化的圖像處理結(jié)果，可以幫助學生直觀地觀察圖像處理的實際效果，并且增強教學的直觀性，這樣不僅可以提高學生的學習興趣，也能夠降低學習難度。但實際上，大多數(shù)教師在教學中只注重學生對實踐性教學知識的學習，對理論知識一筆帶過，這導致學生只會按部就班地進行實踐操作，其理論原理難以理解；也有一些教師在教學中沒有很好地統(tǒng)一理論知識與實踐性教學知識之間的關(guān)系，只注重其原理的講解，忽視了學生的實操訓練，沒有體現(xiàn)教學的實踐性。

三、人工智能技術(shù)下圖像處理教學的應(yīng)用

面對當今迅速發(fā)展的全矩陣數(shù)字內(nèi)容的多元化應(yīng)用場景，教學對象難以將傳統(tǒng)的圖像處理課程中學到的知識應(yīng)用到實踐中。在信息化圖像處理教學中融合人工智能技術(shù)，需要新的專業(yè)理論知識、新的教學方法和智能化的實際操作。在傳統(tǒng)的圖像處理課程當中，教學對象需利用Photoshop軟件進行圖像處理操作，對軟件中的專業(yè)名詞存在理解困難、對相近模式的應(yīng)用存在選擇困難、對參數(shù)的設(shè)置存在操作困難。在圖像處理的信息化課堂中引入Luminar AI軟件可以進行一鍵生成的可視化教學，解決傳統(tǒng)教學中存在的不足。

（一）Luminar AI軟件的基本功能及操作

Luminar AI軟件能智能精確識別人像、物體、環(huán)境結(jié)構(gòu)等，其無需遮罩、蒙版、設(shè)置通道等復(fù)雜操作可實現(xiàn)如下功能：

1.為場景添加具有3D深度與清晰度的不同大氣效果，如霧、陰霾、蒸汽、細雨等；

2.在圖像錯綜復(fù)雜的細節(jié)中可以一鍵替換天空，如黎明、黃昏、晚霞、晴空、多云等，并能實現(xiàn)AI自動增強畫面細節(jié)與質(zhì)感；

3.利用人工智能算法進行人像識別，對不同輪廓、年齡、色調(diào)的人臉、虹膜、牙齒、皮膚和身體部分精準識別，模仿高品質(zhì)鏡頭進行編輯處理；

4.智能算法中融合了圖像黃金法則，對顏色深度、明亮對比度、色彩飽和度等一鍵調(diào)色板進行優(yōu)化調(diào)節(jié)潤色，同時會對圖像畸變進行矯正處理；

5.在項目面板，可以左右拖動預(yù)覽線實時直觀查看修正前和修正后效果。

Luminar AI軟件界面非常簡潔，打開軟件后，有“目錄”“編輯”“模板”“導出”四大部分組成。用戶在目錄面板中選擇需要處理的圖片進行導入，軟件將通過人工智能技術(shù)對導入的素材實時識別并提取圖像信息；進入模板面板有基本功能、特寫、風景、大自然、畫像、微距攝影、電影、生活方式、天線等類別可供選擇，根據(jù)自己的風格選擇合適的模板進行自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整；點擊切換至編輯面板，工具類別中有基本功能、創(chuàng)意、畫像以及專業(yè)功能四大類，其中基本功能類別中有構(gòu)圖、光效、顏色等在內(nèi)的11項，創(chuàng)意類別中有包括替換天空、太陽光線、輝光等在內(nèi)的11項，畫像類別中有人臉、皮膚、身體和高色調(diào)4項，專業(yè)功能類別中則有光學、超強對比、色彩和諧、加亮加深和仿制工具5項，分別左右拖動分類下的滑動條可以進行圖像精細修改；在導出面板中，提供的輸出格式有JPEG、PNG、TIFF和Photoshop等格式，可根據(jù)需要調(diào)整圖像尺寸大小與圖像質(zhì)量。Luminar AI軟件還可以實現(xiàn)復(fù)制用戶設(shè)置調(diào)節(jié)好的參數(shù)，批處理應(yīng)用到其他相冊當中，十分的方便。

（二）Luminar AI軟件的教學探究

傳統(tǒng)的圖像處理教學過程中利用專業(yè)性強的Photoshop軟件進行教學，其專業(yè)理論性偏重，對專業(yè)基礎(chǔ)知識的教授最少需要一個學期才能進入進階實戰(zhàn)階段。對于初學者來說，更難去學習、理解其中的相關(guān)原理。經(jīng)過實踐研究得出，在原有Photoshop軟件教學案例實現(xiàn)的基礎(chǔ)上，增加Luminar AI軟件使用，通過人工智能技術(shù)實現(xiàn)案例教學，具有可觀的可行性。學期中以一周4課時的圖像處理課程為例，在教學學時安排中可先對Luminar AI軟件分配4-8學時后再安排Photoshop軟件的教學。因Luminar AI軟件中不需理解任何參數(shù)的“傻瓜式”操作，教學對象在沒有任何專業(yè)基礎(chǔ)或教師教授的情況下也能靈活使用，類似于國內(nèi)的美圖秀秀。教學對象在從界面簡單的Luminar AI軟件到界面復(fù)雜的Photoshop軟件的學習中，不僅對專業(yè)理論的獲取還是在專業(yè)實訓的練習中都更容易理解、接受。在Luminar AI軟件的教學中，要求教師在備課過程中需要找出多種經(jīng)典素材，同時可以利用信息化教學平臺收集教學對象的拍攝作品形成素材庫。在課堂教學過程中，教學對象在處理自己、他人及教師的作品時，更能激發(fā)其對本學科的學習興趣及對人工智能跨學科的學習興趣，也可把原需復(fù)雜操作的步驟簡單化，一氣呵成。再對Photoshop軟件進行教學，從軟件的基本理論知識到基本功能操作，再深入遮罩、蒙版、通道等功能的學習，并修訂原有的圖像處理實訓指導書，在實訓案例中對Photoshop軟件的應(yīng)用基礎(chǔ)上可增加Luminar AI軟件的使用，同時可以在圖像處理課程設(shè)計中增加更多關(guān)于人工智能技術(shù)的內(nèi)容，實現(xiàn)作品的高質(zhì)量呈現(xiàn)效果，更有利于教學對象在日后的圖片處理中能根據(jù)需要自主選擇合適的軟件進行圖像處理。

（三）人工智能圖像處理教學中教學對象創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究

經(jīng)結(jié)合問卷調(diào)查法、作業(yè)統(tǒng)計分析法、課堂觀察法，結(jié)合與計算機專業(yè)、動漫與游戲?qū)I(yè)、美術(shù)基礎(chǔ)公共課老師進行教學訪談，歸納發(fā)現(xiàn)，教師作為圖像處理教學的主要承擔者，其專業(yè)素養(yǎng)及業(yè)務(wù)能力直接關(guān)系到圖像處理課程的信息化教學改革，提高教師在人工智能技術(shù)下的圖像處理能力，能熟練掌握軟件的功能與操作，能在課堂上以新理念新技術(shù)培養(yǎng)教學對象對圖像處理的新思路新辦法。教學對象在實際操作過程中會積極思考并發(fā)散思維，對素材進行判斷，在替換天空、人像美化、場景美化、色調(diào)處理、光影處理的操作中會選擇Luminar AI軟件進行圖像處理，如果圖片效果要進一步精修會在Photoshop軟件中進一步完善，這樣不僅能保證圖片處理質(zhì)量，還能創(chuàng)作出更完美的作品，一改傳統(tǒng)依葫蘆畫瓢的學習方式。在教學過程中Luminar AI軟件和Photoshop軟件的結(jié)合，可以大大提高課堂的效率，增加師生交流學習的時間，把原需復(fù)雜操作的時間節(jié)省下來，讓教學對象進行更多自主創(chuàng)新的創(chuàng)作，培養(yǎng)教學對象在新的理論知識中獲取新思想、新方法和新創(chuàng)作的能力。

（四）增強人工智能圖像處理知識體系的構(gòu)建

圖像處理技術(shù)是多門技術(shù)的綜合，也是不同領(lǐng)域知識相結(jié)合的結(jié)果。人工智能技術(shù)的引入，更是在此基礎(chǔ)上融入了新的知識內(nèi)容，更需要學生進行深入的研究與探討。在教學實踐中，首先可以激發(fā)學生的學習興趣，在這一過程中融入相應(yīng)的教學資源，使學生了解Luminar AI軟件的發(fā)展現(xiàn)狀和軟件的基本知識，借助這樣的方法，培養(yǎng)學生的學習興趣，讓學生增強探索的積極性和主動性。其次，在教學活動中可以根據(jù)章節(jié)知識的內(nèi)容與Luminar AI進行深度地融合，通過這樣幫助學生進一步完善知識體系。在教學實踐中可以先讓學生了解目前人工智能技術(shù)在圖像處理的應(yīng)用情況，讓學生對人工智能知識有基本的了解并產(chǎn)生興趣，然后將本章節(jié)的知識內(nèi)容與Luminar AI軟件進行深度結(jié)合，幫助學生構(gòu)建知識體系，在此基礎(chǔ)上引導學生深度學習，使學生對人工智能圖像處理有全面而系統(tǒng)的掌握，實現(xiàn)人工智能技術(shù)在圖像處理領(lǐng)域的有效擴展延伸。

（五）人工智能技術(shù)在圖像處理中的展望

基于人工智能技術(shù)的圖像處理教學中，教師可以引導學生探討AI圖像處理未來的一些研究方向，如人工智能圖像處理軟件在未來的趨勢會存在多個云數(shù)據(jù)庫，通過調(diào)用云優(yōu)化軟件性能，而每個數(shù)據(jù)庫中會存有不同場景的素材。在AI圖像處理軟件中導入圖像后，會智能識別辨析出圖像上的關(guān)鍵信息，如人臉表情、文本文字、大氣環(huán)境等，隨即會從龐大的數(shù)據(jù)庫中精準定位到匹配的素材，提供相應(yīng)的貼圖、文字樣式、色調(diào)調(diào)整等模板。與此同時，軟件甚至還會記錄用戶行為，形成用戶畫像，優(yōu)化軟件界面及其操作等等。在教學過程中，還應(yīng)當積極聯(lián)系生活，聯(lián)系行業(yè)和領(lǐng)域的發(fā)展，為學生帶來最前沿的技術(shù)和最前沿的課題，讓學生嘗試探討、解決這些問題。解決問題時讓學生通過合作的方式，運用自己已有的知識，開展跨學科的合作學習探究，讓學生在實踐中學習更多人工智能技術(shù)知識，發(fā)展自身的能力，進一步培養(yǎng)學生的知識應(yīng)用能力，展現(xiàn)AI圖像處理技術(shù)這一學科的教育價值。

四、結(jié)束語

經(jīng)對Luminar AI軟件與Photoshop軟件在圖像處理教學的界定探究，對人工智能技術(shù)下圖像處理軟件的優(yōu)勢發(fā)掘及其教學可行性的分析，得出利用以人工智能作為技術(shù)支持的圖像處理軟件可以打破傳統(tǒng)圖像處理單一教學模式的束縛，擴展課堂容量，有助于調(diào)動教學對象學習圖像處理與跨界學習（人工智能）的積極性。Luminar AI軟件的延伸性和選擇性，可以提高課堂教學效率和教學對象學習效率，讓教學對象更好地發(fā)散思維，建立知識架構(gòu)，通過自主學習不斷地選擇、嘗試、實踐中積累知識儲備，有助于教師把握教學對象的學習情況，把握教學節(jié)奏。總而言之，在教育3.0時代，教師應(yīng)積極接受新的事物、新的技術(shù)和新的教學手法，在信息化課程改革中選擇適宜教學對象的教學方法，給教學對象搭建能展示自我的平臺，從各方面提高教學對象的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)全能型人才。