人工智能技术下图像处理教学的应用研究

何映彤

（广东省广州市番禺区职业技术学校，广东广州 511400）

目前全球首款利用人工智能技术实现图像处理软件Luminar AI，可以从数字图像中提取基本信息，实现场景、人像智能识别与编辑，智能抠图与替换素材等功能。教学中在原有的Photoshop软件教学实践基础上，结合利用人工智能技术支持的Luminar AI软件，实现自适应参数调整、图像精准识别与处理，优化传统教学方法，提高图像处理质量。借助引入人工智能技术的图像处理进行教学，可以优化专业的局限性、简化操作的复杂性和克服思维的片面性。让图像处理应用更简洁、更实用、更科学。

一、人工智能技术下图像处理原理及目标探究

人工智能（Artificial Intelligence，简称AI）技术在图像处理中的应用是计算机科学方向的重要研究领域，涉及图像的分类、识别模式、过滤、压缩、强化、恢复、变换等过程技术。人工智能算法包括遗传算法、蚁群算法、模拟退火算法和粒子群算法等，在图像边缘检测、图像分割、图像识别、图像匹配、图像分类等领域有广泛应用[1]。在软件中通过采用人工智能算法进行计算机视角的图像识别，以像素矩阵为单位提取图像数字信息后转为二维数组（即数字信号），获取数字信息后通过自动选择合适的算法进行智能检索，匹配相似代码，设置最优参数，实现高精度智能图像处理技术，从原需人为手动操作的复杂图像处理过程转为“一键生成”高效简单化操作。目前，我国的计算机软硬件设备技术相对比较落后，当识别复杂的图像时，任务量较大，计算机运行处理速度跟不上，无法及时地识别处理图像，降低了识别精度和效率[2]。现阶段的研究成果较国外具发达计算机水平的软硬件开发成果少，还需继续深造，提高计算机软硬件设备科研能力，向多元化、多维化、智能化的可持续发展前进。

伴随大数据与云计算的开发、5G时代与全媒体的融合，人工智能的浪潮一幕接一幕，人工智能的总体技术目标将在科技创新、经济民生、国家安全等领域下构建智能体系，面向互联网智能搜索、人机智能协作、工业4.0等技术关键环节有积极进展和新的发展突破，向人类智力水平靠近。在图像处理方面，因媒介传播的广泛性与多样性、数据值的分散性与多变性，其技术发展会朝向开发新专业理论与芯片技术、完善原有人工智能算法并发掘更多的智能算法、增强数据传输吞吐量的传输与利用、新途径神经形态计算与深度学习等目标发展，同时将融入更多情感因素，能依据个人喜好、要求更改识别效果；从二维图像转向三维甚至多维度的识别，从中提取更多有价值的信息，提高效率，提升精度，保证质量；甚至可以通过人工智能技术改变人们的生活、生产方式。

二、人工智能技术下图像处理教学现状

当前，图像处理教学中，主要依托教材开展教学，但随着人工智能技术的不断发展，原有的教材内容中，虽然内容丰富，但大多数方法较为简单，没有体现出人工智能技术在图像处理教学中的应用渗透，这需要教师在教学活动中要结合人工智能技术发展的情况融入教学活动中来。尽管教师在教学中能够将两者之间进行融合，但由于教材的缺乏，导致教师缺乏教学依据，无法很好地把握人工智能技术与图像处理教学之间的融合程度。另一方面依托教材进行教学在讲授各教学内容的过程中，各章节之间的相关性不大，一般情况下教材中的每一个章节对应着图像处理领域的大课题，教师在教学活动中应当基于人工智能技术将这些知识内容整合起来。但在整合的过程中造成知识体量越来越庞大，学生仅靠课堂教学一点时间很难清楚透彻地理解知识，因此，也无法系统地理解所学的内容，这极大地增强了教学的难度。

图像处理教学中不仅有理论知识，还存在实践性教学内容作为理论教学的重要辅助手段，实践的目的主要增强学生的实践能力，培养学生的综合素养。在实践性内容教学中，通过对内容的合理设计，能够让学生结合课堂中学习的理论知识，掌握图像处理的基本技巧。另一方面，实践性内容教学中融入合理的资源和可视化的图像处理结果，可以帮助学生直观地观察图像处理的实际效果，并且增强教学的直观性，这样不仅可以提高学生的学习兴趣，也能够降低学习难度。但实际上，大多数教师在教学中只注重学生对实践性教学知识的学习，对理论知识一笔带过，这导致学生只会按部就班地进行实践操作，其理论原理难以理解；也有一些教师在教学中没有很好地统一理论知识与实践性教学知识之间的关系，只注重其原理的讲解，忽视了学生的实操训练，没有体现教学的实践性。

三、人工智能技术下图像处理教学的应用

面对当今迅速发展的全矩阵数字内容的多元化应用场景，教学对象难以将传统的图像处理课程中学到的知识应用到实践中。在信息化图像处理教学中融合人工智能技术，需要新的专业理论知识、新的教学方法和智能化的实际操作。在传统的图像处理课程当中，教学对象需利用Photoshop软件进行图像处理操作，对软件中的专业名词存在理解困难、对相近模式的应用存在选择困难、对参数的设置存在操作困难。在图像处理的信息化课堂中引入Luminar AI软件可以进行一键生成的可视化教学，解决传统教学中存在的不足。

（一）Luminar AI软件的基本功能及操作

Luminar AI软件能智能精确识别人像、物体、环境结构等，其无需遮罩、蒙版、设置通道等复杂操作可实现如下功能：

1.为场景添加具有3D深度与清晰度的不同大气效果，如雾、阴霾、蒸汽、细雨等；

2.在图像错综复杂的细节中可以一键替换天空，如黎明、黄昏、晚霞、晴空、多云等，并能实现AI自动增强画面细节与质感；

3.利用人工智能算法进行人像识别，对不同轮廓、年龄、色调的人脸、虹膜、牙齿、皮肤和身体部分精准识别，模仿高品质镜头进行编辑处理；

4.智能算法中融合了图像黄金法则，对颜色深度、明亮对比度、色彩饱和度等一键调色板进行优化调节润色，同时会对图像畸变进行矫正处理；

5.在项目面板，可以左右拖动预览线实时直观查看修正前和修正后效果。

Luminar AI软件界面非常简洁，打开软件后，有“目录”“编辑”“模板”“导出”四大部分组成。用户在目录面板中选择需要处理的图片进行导入，软件将通过人工智能技术对导入的素材实时识别并提取图像信息；进入模板面板有基本功能、特写、风景、大自然、画像、微距摄影、电影、生活方式、天线等类别可供选择，根据自己的风格选择合适的模板进行自适应参数调整；点击切换至编辑面板，工具类别中有基本功能、创意、画像以及专业功能四大类，其中基本功能类别中有构图、光效、颜色等在内的11项，创意类别中有包括替换天空、太阳光线、辉光等在内的11项，画像类别中有人脸、皮肤、身体和高色调4项，专业功能类别中则有光学、超强对比、色彩和谐、加亮加深和仿制工具5项，分别左右拖动分类下的滑动条可以进行图像精细修改；在导出面板中，提供的输出格式有JPEG、PNG、TIFF和Photoshop等格式，可根据需要调整图像尺寸大小与图像质量。Luminar AI软件还可以实现复制用户设置调节好的参数，批处理应用到其他相册当中，十分的方便。

（二）Luminar AI软件的教学探究

传统的图像处理教学过程中利用专业性强的Photoshop软件进行教学，其专业理论性偏重，对专业基础知识的教授最少需要一个学期才能进入进阶实战阶段。对于初学者来说，更难去学习、理解其中的相关原理。经过实践研究得出，在原有Photoshop软件教学案例实现的基础上，增加Luminar AI软件使用，通过人工智能技术实现案例教学，具有可观的可行性。学期中以一周4课时的图像处理课程为例，在教学学时安排中可先对Luminar AI软件分配4-8学时后再安排Photoshop软件的教学。因Luminar AI软件中不需理解任何参数的“傻瓜式”操作，教学对象在没有任何专业基础或教师教授的情况下也能灵活使用，类似于国内的美图秀秀。教学对象在从界面简单的Luminar AI软件到界面复杂的Photoshop软件的学习中，不仅对专业理论的获取还是在专业实训的练习中都更容易理解、接受。在Luminar AI软件的教学中，要求教师在备课过程中需要找出多种经典素材，同时可以利用信息化教学平台收集教学对象的拍摄作品形成素材库。在课堂教学过程中，教学对象在处理自己、他人及教师的作品时，更能激发其对本学科的学习兴趣及对人工智能跨学科的学习兴趣，也可把原需复杂操作的步骤简单化，一气呵成。再对Photoshop软件进行教学，从软件的基本理论知识到基本功能操作，再深入遮罩、蒙版、通道等功能的学习，并修订原有的图像处理实训指导书，在实训案例中对Photoshop软件的应用基础上可增加Luminar AI软件的使用，同时可以在图像处理课程设计中增加更多关于人工智能技术的内容，实现作品的高质量呈现效果，更有利于教学对象在日后的图片处理中能根据需要自主选择合适的软件进行图像处理。

（三）人工智能图像处理教学中教学对象创新能力培养研究

经结合问卷调查法、作业统计分析法、课堂观察法，结合与计算机专业、动漫与游戏专业、美术基础公共课老师进行教学访谈，归纳发现，教师作为图像处理教学的主要承担者，其专业素养及业务能力直接关系到图像处理课程的信息化教学改革，提高教师在人工智能技术下的图像处理能力，能熟练掌握软件的功能与操作，能在课堂上以新理念新技术培养教学对象对图像处理的新思路新办法。教学对象在实际操作过程中会积极思考并发散思维，对素材进行判断，在替换天空、人像美化、场景美化、色调处理、光影处理的操作中会选择Luminar AI软件进行图像处理，如果图片效果要进一步精修会在Photoshop软件中进一步完善，这样不仅能保证图片处理质量，还能创作出更完美的作品，一改传统依葫芦画瓢的学习方式。在教学过程中Luminar AI软件和Photoshop软件的结合，可以大大提高课堂的效率，增加师生交流学习的时间，把原需复杂操作的时间节省下来，让教学对象进行更多自主创新的创作，培养教学对象在新的理论知识中获取新思想、新方法和新创作的能力。

（四）增强人工智能图像处理知识体系的构建

图像处理技术是多门技术的综合，也是不同领域知识相结合的结果。人工智能技术的引入，更是在此基础上融入了新的知识内容，更需要学生进行深入的研究与探讨。在教学实践中，首先可以激发学生的学习兴趣，在这一过程中融入相应的教学资源，使学生了解Luminar AI软件的发展现状和软件的基本知识，借助这样的方法，培养学生的学习兴趣，让学生增强探索的积极性和主动性。其次，在教学活动中可以根据章节知识的内容与Luminar AI进行深度地融合，通过这样帮助学生进一步完善知识体系。在教学实践中可以先让学生了解目前人工智能技术在图像处理的应用情况，让学生对人工智能知识有基本的了解并产生兴趣，然后将本章节的知识内容与Luminar AI软件进行深度结合，帮助学生构建知识体系，在此基础上引导学生深度学习，使学生对人工智能图像处理有全面而系统的掌握，实现人工智能技术在图像处理领域的有效扩展延伸。

（五）人工智能技术在图像处理中的展望

基于人工智能技术的图像处理教学中，教师可以引导学生探讨AI图像处理未来的一些研究方向，如人工智能图像处理软件在未来的趋势会存在多个云数据库，通过调用云优化软件性能，而每个数据库中会存有不同场景的素材。在AI图像处理软件中导入图像后，会智能识别辨析出图像上的关键信息，如人脸表情、文本文字、大气环境等，随即会从庞大的数据库中精准定位到匹配的素材，提供相应的贴图、文字样式、色调调整等模板。与此同时，软件甚至还会记录用户行为，形成用户画像，优化软件界面及其操作等等。在教学过程中，还应当积极联系生活，联系行业和领域的发展，为学生带来最前沿的技术和最前沿的课题，让学生尝试探讨、解决这些问题。解决问题时让学生通过合作的方式，运用自己已有的知识，开展跨学科的合作学习探究，让学生在实践中学习更多人工智能技术知识，发展自身的能力，进一步培养学生的知识应用能力，展现AI图像处理技术这一学科的教育价值。

四、结束语

经对Luminar AI软件与Photoshop软件在图像处理教学的界定探究，对人工智能技术下图像处理软件的优势发掘及其教学可行性的分析，得出利用以人工智能作为技术支持的图像处理软件可以打破传统图像处理单一教学模式的束缚，扩展课堂容量，有助于调动教学对象学习图像处理与跨界学习（人工智能）的积极性。Luminar AI软件的延伸性和选择性，可以提高课堂教学效率和教学对象学习效率，让教学对象更好地发散思维，建立知识架构，通过自主学习不断地选择、尝试、实践中积累知识储备，有助于教师把握教学对象的学习情况，把握教学节奏。总而言之，在教育3.0时代，教师应积极接受新的事物、新的技术和新的教学手法，在信息化课程改革中选择适宜教学对象的教学方法，给教学对象搭建能展示自我的平台，从各方面提高教学对象的综合素质，培养全能型人才。