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但文学作品一旦进入社会流传体系,就有了独特的生命和意义,而不以作者的意愿为转移。文学是语言的艺术,作品的原意是通过语言表达的,语言的共性使语言成为人和人之间相互沟通的工具,而语言的个性使语言具有永久的魅力,尤其是文学语言,其表达和理解都极富个性色彩,使文章更具主观表现性质。
正是依靠文章自身的张力和语言的魅力,给读者阅读提供了广阔的自由解读空间,因此高层次的阅读,绝非仅仅是解释文章的结构,探询和领悟文章的主题思想,而是作者与读者之间灵魂的拥抱,心灵的对话。是作品和读者互为解释,互相理解,互相建构的过程。阅读者已有的知识结构、生活经历、文化修养、美学趣味、性格爱好等个性因素,对解读作品都有非常重要的作用,都会影响乃至制约他对文本的接受。
“一千个读者心中就会有一千个哈姆雷特。”因此在阅读教学中,教师就不能要求学生的理解是唯一的,我们不能只按照教学参考书、标准答案去分析理解,去欣赏吸收。语文的答案是丰富多彩的,看文章的角度也应该是多种多样的,对文章的解读也应该是多元化、个性化的。
二、阅读教学是学生、教师、文本之间的对话
在教学中不应该强调学生的思维方式、思想观点与老师完全吻合,不应以教师的分析来代替学生的阅读实践,而应让学生在积极主动的思维和情感活动中,加深对作品的理解和体验。对于学生独特的思维方式和新奇独到的见解要善于发现,肯定和引导,否则会有意无意地扼杀学生的个性和创造性。
学生是学习和发展的主体,学生主体意识的强弱对主体发展有直接的影响,学生主体意识越强,他们参与自身发展,在学习活动中实现自己力量的自觉性就越大,从而也就能够在教育活动中充分发挥主体自身的能动性。传统教学主要以教师单向的传授知识为主,学生的依赖性强,学生很少有机会去开动脑筋质疑问题,缺乏对学生主体性和独立性应有的尊重。语文教学应该根据学生身心发展和语文学习的特点,关注学生的个性差异和不同的学习需要,尊重和发展学生的个性,打破教学内容的单一性,课堂教学的封闭性,训练测试的模式化,语文教学效率就会得到提高。
语文是实践性很强的课程,应着重培养学生的语文实践能力,不宜刻意追求知识的系统和完整,应该让学生更多地直接接触语文材料,在大量的语文实践中掌握运用语文的规律。我们通常见到的学生感受力下降,感觉不到大自然的美,对事物缺乏兴趣,缺少好奇心,缺乏对亲情、人性的体验,在某种意义上都与忽视学生个体经验有关。关注人的内心世界,关注个体差异,创设能引导学生主动参与的教育环境,培养学生掌握和运用知识的态度和能力,使每个学生都能得到充分发展,是语文学习的最终目标。
三、每一个人都表现出不同的智力差异
教育的本质功能是开发每一个学生的潜能,发展每一个学生的个性,提高每个学生的综合素质。教师在教学之前应当充分认识每个学生的心理特征和智力水平,使语文阅读教育目标尽可能地适应他们应有的发展水平,使每一个学生都能得到最大限度的发展和提高。
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)02-403-03
Gait Recognition Based on Lower-limb Angles
ZENG Ying, LIU Bo
(Eastern Science and Technology College, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract: Based on the idea that lower-limb angles of motion body contained rich information of human identification, a gait recognition method based on lower-limb angles was proposed in the paper. For each gait sequence, according to the knowledge in body anatomy, the coordinates of lower-limb joints were obtained. Then got four different angles of lower limbs. With analysis of gait cycle, the trajectories of lower-limb angles in one cycle were extracted as feature vectors. Support Vector Machine(SVM) which has an effective classify ability for small sample problem was used for gait classification. Experimental results on CASIA database demonstrate that the approach has encouraging recognition performance.
Key words: gait recognition; support vector machine(SVM); lower-limb angle; silhouette feature; gait cycle
步态识别是一种新兴的生物特征识别技术,旨在通过人行走的姿势来识别人的身份。因其具备在远距离或低视频质量情况下的识别潜力,且难以隐藏或伪装,近年来引起了各国学术界及研究机构的广泛关注。
人的步态是自身生理结构、行为习惯、心理状态等诸多因素在行走时的外在综合表现。由于个体之间存在差异,步态亦不尽相同,故步态特征可以为人的身份识别提供独特的线索。步态特征既包括身高、体形等基于几何度量的特征,也包括对行为变化较敏感的运动学特征,如关节点的运动轨迹及位移速度、肢体关节角度等。直观上,人类视觉对步态的识别很大程度上依赖于人体轮廓形状随时间的变化过程[1],因此,现有的步态识别方法大多基于人体轮廓特征。文献[2]应用傅立叶描述子描述人步行时的轮廓特征,利用模板匹配法获取待测样本与训练样本的相似度,最后采用最近邻分类器进行决策;文献[3]利用人体二值图像的侧面外轮廓宽度矢量作为步态特征,使用隐马尔可夫模型(HMM)进行步态识别;文献[4]提出一种是基于Procrustes形状分析的步态识别方法,利用统计形状分析提取步态特征向量,分别采用最近邻分类器、K近邻分类器及最近标本分类器进行分类识别。
上述方法经实验验证是成功的,但存在一定不足:人体轮廓特征虽然能反映运动人体的形状变化,但无法直接表达步态的运动特性,属于步态的低层信息;而且人体轮廓形状容易受服饰改变、外物遮挡等因素的影响,识别性能很不稳定;在分类识别方面,上述方法采用的是最简单的模式分类方法,如最近邻分类器、隐马尔可夫模型等,其共同理论基础是经典统计学,采用的是样本数目趋于无穷大时的渐进理论,但在实际问题中,研究样本的数目是有限的,因此这些分类方法的分类效果并不十分理想。
针对这些问题,本文提取一个步态周期内的下肢角度变化轨迹构造步态特征向量。下肢角度是重要的步态运动学参数,能有效反映步态运动的细微变化,相较于人体轮廓,包含了更丰富的步态模式变化信息。在获得了有效的特征向量之后,关键问题是设计具有良好分类能力的分类器。支持向量机无需先验知识,与传统的模式识别方法相比具有推广性能强、能保证全局最优等优点,故采用支持向量机与最近邻分类原则相结合的策略进行分类决策。
1 步态特征提取
1.1 步态检测
采用中值法[5]估计图像序列的背景帧;然后使用背景减除法检测图像中的运动目标,并在设定的阈值下对图像进行二值分割。二值化后的图像会出现噪声,使用3×3的腐蚀和膨胀滤波算子去除噪声点,并执行连通性分析进一步填充小的空洞。对预处理后的二值图像进行边界跟踪,即可获得人体外轮廓边界线。
1.2 下肢关节点定位
在人体轮廓图像上定义一个能包含整个人体的最小矩形框,如图1所示,人体身高即为矩形框的宽度,记为H。根据图2给出的解剖学中人体下肢比例关系[6],可以确定盆骨、膝、踝关节点的纵坐标分别为:Y1=0.53H、Y2=0.285H、Y3=0.039H。各关节点横坐标的定位过程如下:
1) 盆骨关节点:从左至右水平扫描轮廓图像的第Y1行,记录像素值为1的点的坐标。由图1可知,这样的点有两个,分别位于盆骨点左右两侧的轮廓边界线上,其横坐标分别记作X1l、X1r;盆骨关节点的横坐标X1可用下式计算:
X1=Xl1+(Xlr-Xl1)/2(1)
2) 膝关节点:需要确定左、右膝关节点的位置。以坐标点(X1,Y2)为起始位置,分别向左、右两侧水平扫描轮廓图像的第Y2行;然后按步骤1的相同方法得到左、右膝关节点的横坐标值。
3) 踝关节点:定位方法类似于步骤2。
人在行走时,膝、踝关节点在某些时刻会出现自遮挡现象,此时无法检测出它们的位置。本文采用插值的方法获得近似的关节点位置。同一步态序列中,插值公式为:
其中下标n、n+1分别代表第n帧和第n+1帧步态图像,第n+2帧为遮挡点所在的帧,(x, y)表示关节点的坐标。
1.3 下肢角度计算
得到各关节点的坐标后,用直线连接相邻关节点以代表人体下肢,如图1所示。下肢角度可以用关节点连线与竖直线的夹角表示。如图3所示,设人体的左大腿、右大腿、左小腿、右小腿与竖直线的夹角分别表示为:θ1、θ2、β1、β2,使用下面的公式可以计算任意一个下肢角度α:
其中(x,y),(x',y')分别表示任意两个相邻关节点的坐标。
步态运动是一种时空相关的行为模式,有效的步态描述不仅需要包含丰富的步态空间特征,还应描述步态随时间的变化信息。步态的时间特性体现在一个步态周期内步态的变化。因此,对每个步态序列,使用一个步态周期的四个下肢角度变化序列作为步态特征矢量D,则D记为:
本文通过分析运动人体轮廓的宽度和高度信号来实现步态周期检测。从人体侧影图像序列可以看出,人在行走过程中,其侧影轮廓宽度会呈现出周期性的变化,即从最大值到最小值再到最大值;而人体的高度变化却很小。因此,本文利用运动人体轮廓的宽度与高度之比进行步态周期分析。图4为运动人体轮廓的宽高比随时间变化的曲线图,定义一个步态周期T为相邻的三个波谷之间的时间间隔。
2 分类识别
2.1 支持向量机的基本原理
支持向量机(support vector machine,SVM)是一种泛化能力很强的分类器,建立在统计学习理论的VC维理论和结构风险最小原理基础上,主要用于解决小样本、非线性及高维模式识别问题[7]。在模式识别方面,对于手写体识别、语音识别、人脸识别等问题,SVM算法的精度已超过传统学习算法。
支持向量机理论的主要思想是寻找一个满足分类要求的最优分类超平面,该超平面在保证分类精度的同时,能够使超平面两侧的空白区域,即分类间隔最大化[8]。这里,最优超平面的构造问题实质上是约束条件下求解一个二次规划问题,其最优分类函数为:
其中sgn()是符号函数,K(xi,x)表示核函数,n为训练样本的个数,yi∈{-1,+1}是特征空间的类标记, b是分类阈值。在分类函数中,某些xi对应的αi为0,某些xi对应的αi>0,这些具有非零值的αi对应的向量支撑了最优分类面,被称为支持向量。
对于线性问题,核函数K(xi,x)就是两向量的点积运算;对于非线性情形,由核空间理论,首先通过非线性变换将输入空间变换到一个高维空间,然后在这个新空间中求取最优线性分类面,而这种非线性变换是通过定义适当的核函数实现的。不同的核函数将形成不同的SVM算法,目前常用的核函数主要有多项式、径向基函数和Sigmoid函数等[9]。
2.2 基于支持向量机的步态识别
SVM本质上是一种二分类方法,而步态识别是一个典型的多分类问题,为此,本文采用“One- against- Rest”(即“一对多”)方案,通过构造多个SVM二值分类器来达到多分类的目的。
假设待识别的步态有m类,分别记为C1,C2,…,Cm,构造m个SVM分类器Si (i=1,2,…,m)。对每个分类器Si,用其中的一类样本Ci作为正样本进行训练,余下的所有样本Sj (j≠i)作为负样本进行训练。对于正样本,系统输出+1,而负样本输出为-1。测试时,将每个测试样本输入到这m个分类器中,如果只有一个分类器Si输出为+1,则将该样本判定为第i类;若有P(P>l)个分类器输出为+1,再利用最近邻分类原则,即计算测试样本与这P个分类器所代表的训练样本之间的距离,将测试样本判别为距离最小值对应的那个步态类别;如果所有分类器输出都是-1,则判定本次识别错误。
3 实验
3.1 实验过程
采用中科院自动化所提供的CASIA步态数据库检验算法的有效性。步态数据集为Dataset B中0度视角下20个人的正常状态行走序列。每人有6个步态序列,取前3个序列进行训练,后3个序列用于测试。对于其他视角、其他行走状态下的实验,有待于进一步的研究工作。
训练时,先对训练集中每个步态序列进行步态检测,以获取人体轮廓的二值图像;然后对每帧图像提取四个下肢角度,使用一个完整步态周期内的四个角度序列构建步态特征向量;最后用这些步态特征参数训练SVM分类器,采用的是多项式核函数:
测试时,对每个测试样本,使用与训练过程相同的方法提取步态特征向量;然后用训练好的SVM分类器按照2.2节所述方法进行分类决策。
为了对不同的模式分类方法进行比较,实验还选取最近邻分类器(NN)和K近邻分类器(KNN)对算法进行验证。对于NN测试,每个样本被分到离它最近邻居所属的类中;对于KNN测试,取K=3,即找到离测试样本最近的三个邻居点,并选择主要的类,如果没有主要的类,就简单使用最近邻规则。
3.2 实验结果
表1显示了分别采用NN、3NN、SVM三种分类器的正确分类率(CCR)。很明显,对于使用相同特征提取方法所获得的样本特征序列,采用SVM分类器的识别性能比NN分类器和3NN分类器有大幅度提高。这表明更成熟的分类器将大大提高分类能力,也进一步证明利用支持向量机进行步态识别的优越性。
为了全面地报告方法的性能,实验还计算了在不同阈值下的错误接受率(FAR)和错误拒绝率(FRR),得到相应的ROC曲线,如图5所示。从图中可以得到:基于NN分类器、KNN分类器、SVM分类器的ROC曲线等概率点ERR值分别为14%、12%、8.2%。可见SVM分类器的校验性能也优于另两个分类器,同时也体现出SVM分类器所具有的良好推广性能。
3.3 方法比较
目前国际上还没有建立通用的步态测试数据库,故使用本文的步态数据集对几种代表性的步态识别方法进行验证,所得的实验结果如表2所示。为了公平起见,采用与本文相同的步态检测方法(即背景减除法)对每个步态序列进行预处理。
通过比较可知,本方法的识别性能明显高于其他文献中的方法。这主要是因为文献[2]、文献[4]的方法是利用人体轮廓特征进行步态识别,而本文则提取更能反映步态运动本质的下肢角度作为步态特征,可以更有效地描述步态模式的细微变化。文献[10]将腿部运动设定为一个链接的钟摆运动模型,然后提取盆骨的起始位置、盆骨位移速度以及股的转动作为步态特征;虽然同样利用下肢运动特征进行步态识别,但在识别时采用的仍是简单的KNN分类器和NN分类器;而本方法采用具有强大分类能力的支持向量机进行分类决策,故识别效果更理想。
4 结论
针对现有步态识别方法的不足,提出一种基于下肢角度及支持向量机的步态识别方法。通过对步态序列图像的运动分析,分别确定盆骨、左右膝、左右踝关节点的位置,然后提取一个步态周期的下肢角度变化轨迹作为步态特征,充分体现了步态运动的时空特性。识别时,采用了在小样本问题上很有优势、兼顾训练误差和泛化能力的支持向量机,能有效克服目前常用的步态分类器的不足,获得更好的分类效果。CASIA数据库上的仿真结果表明,本方法能获得令人满意的识别性能。
本方法也存在一些局限,如背景简单、视角单一、小规模的评估数据库等,因此下一步的研究将考虑视角变化对步态识别的影响,并在大规模、复杂背景下的步态数据库中进行算法验证,以提高算法的鲁棒性。
参考文献:
[1] 王亮,胡为明,谭铁牛.基于步态的身份识别[J].计算机学报,2003,26(3):1-7.
[2] Collins R T, Gross R, Jianbo Shi. Silhouette-based human identification from body shape and gait: Proceedings of International Conference on Automatic Face and Gesture Recognition[C]. Washington DC, USA: [s.n.],2002:351-356.
[3] Kale A, Cuntoor N, Yegnanarayana B, et al. Gait analysis for human identification: Proceedings of the Fourth International Conference on Audio- and Video-Based Biometric Person Authentication[C], Guildford,UK: [s.n.],2003:706-714.
[4] Liang Wang, Huazhong Ning, Weiming Hu, et al. Gait recognition based on procrustes shape analysis: Proceedings of the Ninth IEEE International Conference on Image Processing[C], Rochester, New York: [s.n],2002:22-25.
[5] 田见光,赵荣椿.步态识别综述[J].计算机应用研究,2005,11(5):20-23.
[6] Yoo J H, Nixon M S, Harris C J. Extracting Human Gait Signatures by Body Segment Properties: Proceedings of the Fifth IEEE Southwest Symposium on Image Analysis and Interpretation[C], [S.l.],[s.n.], 2002:35-39.
[7] 边肇棋,张学工.模式识别[M].2版.北京:清华大学出版社,2000.
反思我们的现代少儿启蒙教育模式,家长们是否有点走入怪圈?从幼儿园起到小学毕业阶段止,家长们总是希望自己的孩子什么都学,致使大多数小孩什么都学得不深不透。学校虽强调减轻学生学习负担,加强素质教育,但家长们却仍然在不断地加重自己孩子的学习负担。造成小孩学习负担过重,既影响了少儿的身心健康,又使少儿从小养成浮躁不认真的学习习惯。就从学生写字来看,现代80%的学生不能把字写好,原因就是从小丢弃了毛笔字的学习。这是丢弃了中华民族五千多年来独特也是最宝贵的传统文化启蒙教育方式所造成的结果。
校长的一切工作都具有教育性,都是为了充分挖掘和体现学校教育与学校管理过程中教书育人、管理育人、服务育人、活动育人、环境育人等整体教育效能。这就要求校长必须具体独特、超前的教育思想,且能将这独特的教育思想贯穿于育人的整个过程之中,把德育、智育、体育、美育、劳动技术教育等有机联系起来,从而培养出真正全面发展的人才。
同时,校长还应该从追求教育的整体效应这一目标出发,经常关注学校、家庭、社会的协调教育效能的实际状态,从这三位一体的教育整体出发,经常研究、考察、分析学生的成长与发展过程,使之具有真正教育效应的最佳组合、高效结构。从学校长远目标来看,“育人”就是校长的神圣职责。治校为育人,育人必须治校,它是校长全部工作的出发点和归宿。为此,校长必须转变管理观念和教育思想,在实践中形成自己独特的教育思想,在领导和组织学校的各项管理活动和教育活动中,充分实现管理和教育的整体效能,以更完善地履行校长的教育使命。
我校在正确的教育思想指导下,建立了可行性的教育目标,秉承了“尚文、明理”的校训,制定了“开启心智,塑造人格,让每一位学生都得到自主发展”的办学理念,形成了“厚徳、精业”的教风和“敏学、慎思”的学风,构建了“学生自主管理”和“校园文学教育”两大办学特色。校园内学生社团众多,各项活动开展得有声有色,学生主人翁意识强,关心国家,关心社会,关心他人。真正做到思想自律,管理自治,生活自理,学习自觉,同时阅读面广,感受浓厚的文学氛围,具有良好的文学鉴赏习惯和校园文学写作能力。
二、独特的管理风格是创建特色学校的保证
管理就是对众人活动的全面协调。校长管理学校要以人为本,即以师生的发展为根本,关注每一个学生身心的健康成长,关注每一名教师专业成长和幸福人生的体验。校长要让学校更富有诗意,而不是更浮躁、更功利;成就个性化教师,造就特长化学生,铸就特色化学校,为学生的终身发展奠基,为教师的专业成长搭台,为家长和社会提供满意的教育资源;引导教师树立科学的教育观,优秀的质量观,创新的教材观,周到的服务观;倡导教师因势利导,因能施教,以学生的创新精神和实践能力为重点,努力让学生做到学会做人,学会学习,学会生活,学会合作,学会创新。
校长应在“以人为本”的管理理念指导下,针对教学目标,倡导高效的教学管理模式,构建科学的评价体系,完善优良的服务体系,强化教学质量意识。一是对影响教学质量的所有因素的控制,包括健全机制、建设管理队伍、改革课堂教学和后勤保障等。二是控制教学的全过程,掌握学生学习和发展的始终,落实教学管理的“决策———实施———检查———反馈———提高”各个环节。三是广泛调动教师、家长、学生、管理者、职员等主动参与学校管理,积极献计献策。
三、独特的人格魅力是创建特色学校的灵魂
教育家陶行知曾说过:“校长是一个学校的灵魂,要想评论一个学校,先要评论校长。”校长作为灵魂人物,就应该具有较强的人格魅力和个人影响力。因为教师、学生对校长的认可度是影响学校管理效能的重要因素,只有良好的品格才能引起他们的认同感,增强凝聚力,从而加快学校办学目标的达成。良好出色的个人素养造就校长独特的人格魅力,从而集中师生的智慧,共同推动校长提出的特色学校的创建。
1.校长的内在素养。优秀的校长必须具备改革意识、特色意识和文化意识;同时又要有独特的品德、独特的知识、独特的才能和独特的个性心理品质。具有上述意识和品质的校长,在管理活动中对教职员工所产生的心理磁力,其力度和广度是权力性影响无法相比的。校长应善于根据自身的特点,加强锤炼,充分发挥内在素质的优势,艺术地领导具体的学校管理工作,并显现出独特的魅力。
2.校长的知识素养。现代校长理想的知识结构特征体现在层次化、复合化、综合化。现在的校长大多数是学科的骨干,他们的知识结构往往是“专而尖”,而从事管理工作需要宽阔的知识面和阅历,这就需要不断调整自己的知识结构。有的校长唯上是从,照章办事,人云亦云,知其然而不知其所以然地领导学校教育工作,那就不可能有领导艺术可言,就不会面对纷纭的教育思想和观点,从本校的实际出发,理出头绪,抓住要领,形成自己比较系统的办学思想和观点,并在实践中探索研究。
3.校长的创造性素养。前苏联当代教育家、心理学家赞可夫一生从事教育教学工作,从1957年—1977年他以“教育与发展”为课题,进行长达20年的教育科研与教改实验,他以创造性的思维提出了“一般发展”的概念,“教学工作最重要的任务就是以最高的效率推动学生的一般发展”,石破天惊地道出了今天我们所讲的素质教育的真谛,即促进学生的智力、情感、意志、性格等心理特征的全面和谐发展,也引领了一个时代教育的发展方向。同样,在学校领导活动中,校长高超的领导艺术体现了领导者积极主动的创新力。对新环境的感知能力;对新动向的觉察力,善于发现信息,及时提出新设想;表现为思维的活跃性,简言之,构思新颖,风格独特,办学个性鲜明。
4.校长的方法论素养。管理是行动的哲学。对学校教育价值的认识是方法论素养的核心,即从哲学的高度来认识它,使其领导的学校既符合普遍的规律,又有独创性。只有把本学校的工作置于时代和社会的大背景中,以开拓的视野把握当代教育的灵魂与方向,才能从传统的经验中选择汲取对将来教育发展具有价值的精华,从而设计本校的办学思路和方向。校长必须具有较高的方法论素养,掌握运用唯物辩证法和一些专门科学方法,如,观察的方法、历史的方法、比较的方法、统筹的方法、系统的方法等,以此来指导解决平时遇到的实际问题。
四、独特的思维方式是创建特色学校的关键
校长的思维方式在管理活动中有着非常重要的作用,它是校长发现问题、分析问题、解决问题,进行科学决策的关键。
1.周密而精确的思维,能够帮助校长做出正确的、行之有效的决策,促进学校科学发展。作为一位卓越的校长,单凭经验是不行的,还需要在遇到新问题时的理性决策,在理论分析的基础上严格遵守科学的程序,形成科学的决策。进行理性决策离不开决策者的思维能力,因此,从这个意义上说,校长良好的思维品质是校长进行理性决策的基础。
2.敏捷而良好的思维,能够在偶发事件中迅速找到解决问题的办法,化险为夷。在市场经济冲击下的校园,很难是以往那样的净土,总会遇到难以想象而又必须尽快解决的问题。在这种情况下,校长思维的敏捷性就具有重要的意义,它决定了对错综复杂、不断变化的客观环境和事物能否准确、及时做出反应,能否做出切合实际的决策和行动,因此,我们常说校长要有随机应变的能力,实际上,随机应变的能力是人的思维的敏捷性和灵活性的具体体现。