人工智能技術下圖像處理教學的應用研究

何映彤

（廣東省廣州市番禺區職業技術學校，廣東廣州 511400）

目前全球首款利用人工智能技術實現圖像處理軟件Luminar AI，可以從數字圖像中提取基本信息，實現場景、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軟件教學實踐基礎上，結合利用人工智能技術支持的Luminar AI軟件，實現自適應參數調整、圖像精準識別與處理，優化傳統教學方法，提高圖像處理質量。借助引入人工智能技術的圖像處理進行教學，可以優化專業的局限性、簡化操作的復雜性和克服思維的片面性。讓圖像處理應用更簡潔、更實用、更科學。

一、人工智能技術下圖像處理原理及目標探究

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）技術在圖像處理中的應用是計算機科學方向的重要研究領域，涉及圖像的分類、識別模式、過濾、壓縮、強化、恢復、變換等過程技術。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、圖像分類等領域有廣泛應用[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字信息后轉為二維數組（即數字信號），獲取數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，設置最優參數，實現高精度智能圖像處理技術，從原需人為手動操作的復雜圖像處理過程轉為“一鍵生成”高效簡單化操作。目前，我國的計算機軟硬件設備技術相對比較落后，當識別復雜的圖像時，任務量較大，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]。現階段的研究成果較國外具發達計算機水平的軟硬件開發成果少，還需繼續深造，提高計算機軟硬件設備科研能力，向多元化、多維化、智能化的可持續發展前進。

伴隨大數據與云計算的開發、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目標將在科技創新、經濟民生、國家安全等領域下構建智能體系，面向互聯網智能搜索、人機智能協作、工業4.0等技術關鍵環節有積極進展和新的發展突破，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、數據值的分散性與多變性，其技術發展會朝向開發新專業理論與芯片技術、完善原有人工智能算法并發掘更多的智能算法、增強數據傳輸吞吐量的傳輸與利用、新途徑神經形態計算與深度學習等目標發展，同時將融入更多情感因素，能依據個人喜好、要求更改識別效果；從二維圖像轉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，保證質量；甚至可以通過人工智能技術改變人們的生活、生產方式。

二、人工智能技術下圖像處理教學現狀

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的不斷發展，原有的教材內容中，雖然內容豐富，但大多數方法較為簡單，沒有體現出人工智能技術在圖像處理教學中的應用滲透，這需要教師在教學活動中要結合人工智能技術發展的情況融入教學活動中來。盡管教師在教學中能夠將兩者之間進行融合，但由于教材的缺乏，導致教師缺乏教學依據，無法很好地把握人工智能技術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容的過程中，各章節之間的相關性不大，一般情況下教材中的每一個章節對應著圖像處理領域的大課題，教師在教學活動中應當基于人工智能技術將這些知識內容整合起來。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，也無法系統地理解所學的內容，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，培養學生的綜合素養。在實踐性內容教學中，通過對內容的合理設計，能夠讓學生結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，實踐性內容教學中融入合理的資源和可視化的圖像處理結果，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一理論知識與實踐性教學知識之間的關系，只注重其原理的講解，忽視了學生的實操訓練，沒有體現教學的實踐性。

三、人工智能技術下圖像處理教學的應用

面對當今迅速發展的全矩陣數字內容的多元化應用場景，教學對象難以將傳統的圖像處理課程中學到的知識應用到實踐中。在信息化圖像處理教學中融合人工智能技術，需要新的專業理論知識、新的教學方法和智能化的實際操作。在傳統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，對軟件中的專業名詞存在理解困難、對相近模式的應用存在選擇困難、對參數的設置存在操作困難。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、環境結構等，其無需遮罩、蒙版、設置通道等復雜操作可實現如下功能：

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.在圖像錯綜復雜的細節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AI自動增強畫面細節與質感；

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

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色板進行優化調節潤色，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，根據自己的風格選擇合適的模板進行自適應參數調整；點擊切換至編輯面板，工具類別中有基本功能、創意、畫像以及專業功能四大類，其中基本功能類別中有構圖、光效、顏色等在內的11項，創意類別中有包括替換天空、太陽光線、輝光等在內的11項，畫像類別中有人臉、皮膚、身體和高色調4項，專業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，可根據需要調整圖像尺寸大小與圖像質量。Luminar AI軟件還可以實現復制用戶設置調節好的參數，批處理應用到其他相冊當中，十分的方便。

（二）Luminar AI軟件的教學探究

傳統的圖像處理教學過程中利用專業性強的Photoshop軟件進行教學，其專業理論性偏重，對專業基礎知識的教授最少需要一個學期才能進入進階實戰階段。對于初學者來說，更難去學習、理解其中的相關原理。經過實踐研究得出，在原有Photoshop軟件教學案例實現的基礎上，增加Luminar AI軟件使用，通過人工智能技術實現案例教學，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的“傻瓜式”操作，教學對象在沒有任何專業基礎或教師教授的情況下也能靈活使用，類似于國內的美圖秀秀。教學對象在從界面簡單的Luminar AI軟件到界面復雜的Photoshop軟件的學習中，不僅對專業理論的獲取還是在專業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軟件的應用基礎上可增加Luminar AI軟件的使用，同時可以在圖像處理課程設計中增加更多關于人工智能技術的內容，實現作品的高質量呈現效果，更有利于教學對象在日后的圖片處理中能根據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新能力培養研究

經結合問卷調查法、作業統計分析法、課堂觀察法，結合與計算機專業、動漫與游戲專業、美術基礎公共課老師進行教學訪談，歸納發現，教師作為圖像處理教學的主要承擔者，其專業素養及業務能力直接關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培養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量，還能創作出更完美的作品，一改傳統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，把原需復雜操作的時間節省下來，讓教學對象進行更多自主創新的創作，培養教學對象在新的理論知識中獲取新思想、新方法和新創作的能力。

（四）增強人工智能圖像處理知識體系的構建

圖像處理技術是多門技術的綜合，也是不同領域知識相結合的結果。人工智能技術的引入，更是在此基礎上融入了新的知識內容，更需要學生進行深入的研究與探討。在教學實踐中，首先可以激發學生的學習興趣，在這一過程中融入相應的教學資源，使學生了解Luminar AI軟件的發展現狀和軟件的基本知識，借助這樣的方法，培養學生的學習興趣，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章節知識的內容與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在圖像處理的應用情況，讓學生對人工智能知識有基本的了解并產生興趣，然后將本章節的知識內容與Luminar AI軟件進行深度結合，幫助學生構建知識體系，在此基礎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的掌握，實現人工智能技術在圖像處理領域的有效擴展延伸。

（五）人工智能技術在圖像處理中的展望

基于人工智能技術的圖像處理教學中，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據庫，通過調用云優化軟件性能，而每個數據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鍵信息，如人臉表情、文本文字、大氣環境等，隨即會從龐大的數據庫中精準定位到匹配的素材，提供相應的貼圖、文字樣式、色調調整等模板。與此同時，軟件甚至還會記錄用戶行為，形成用戶畫像，優化軟件界面及其操作等等。在教學過程中，還應當積極聯系生活，聯系行業和領域的發展，為學生帶來最前沿的技術和最前沿的課題，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知識，發展自身的能力，進一步培養學生的知識應用能力，展現AI圖像處理技術這一學科的教育價值。

四、結束語

經對Luminar AI軟件與Photoshop軟件在圖像處理教學的界定探究，對人工智能技術下圖像處理軟件的優勢發掘及其教學可行性的分析，得出利用以人工智能作為技術支持的圖像處理軟件可以打破傳統圖像處理單一教學模式的束縛，擴展課堂容量，有助于調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散思維，建立知識架構，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，把握教學節奏。總而言之，在教育3.0時代，教師應積極接受新的事物、新的技術和新的教學手法，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，培養全能型人才。