《機(jī)器視覺(jué)》教學(xué)大綱

《機(jī)器視覺(jué)》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：06151331課程性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)選修課程學(xué)分：2學(xué)分學(xué)時(shí)：32學(xué)時(shí)先修課程：光電子技術(shù)基礎(chǔ)、激光原理與技術(shù)等后續(xù)課程：無(wú)適用專(zhuān)業(yè)：光電信息科學(xué)與工程開(kāi)課單位：電子信息工程學(xué)院一、課程說(shuō)明《機(jī)器視覺(jué)》是面向光電信息科學(xué)與工程本科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課，本課程的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握研究動(dòng)態(tài)測(cè)試的基本理論和基本方法，了解機(jī)器視覺(jué)的前沿應(yīng)用。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生能夠運(yùn)用各種機(jī)器視覺(jué)配件，完成簡(jiǎn)單的工業(yè)檢測(cè)工作，掌握機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思路，掌握使用機(jī)器視覺(jué)專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行圖像處理方法和編程語(yǔ)言，掌握各種圖像處理算法，為今后從事測(cè)試工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：了解機(jī)器視覺(jué)的起源，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)概念及組成、國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀等。課程目標(biāo)2：了解機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要硬件功能及原理，并能夠按照實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選擇搭建合適的機(jī)器視覺(jué)硬件系統(tǒng)。課程目標(biāo)3：了解圖像處理的基本算法、原理及主要處理軟件。課程目標(biāo)4：了解圖像預(yù)處理的原因，掌握各種濾波技術(shù)及圖像增強(qiáng)技術(shù)基本算法，根據(jù)圖片現(xiàn)狀選擇合適的預(yù)處理方法。課程目標(biāo)5：了解圖像分割的依據(jù)和定義，掌握?qǐng)D像特征分割、提取、定位方法。課程目標(biāo)6：掌握立體視覺(jué)的成像原理，雙目立體視覺(jué)的標(biāo)定。課程目標(biāo)7：掌握利用機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行序列號(hào)讀取的方法；學(xué)會(huì)如何利用機(jī)器視覺(jué)對(duì)鋸片、印刷品、封裝等產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《機(jī)器視覺(jué)》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)要求的支撐見(jiàn)表1。

表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.4具有解決光電信息領(lǐng)域工程問(wèn)題所需的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并能夠綜合應(yīng)用相關(guān)知識(shí)解決復(fù)雜光電信息工程問(wèn)題。課程目標(biāo)1：了解機(jī)器視覺(jué)的起源，機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)概念及組成、國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀等。M2.問(wèn)題分析2.3能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，并通過(guò)文獻(xiàn)研究，證實(shí)問(wèn)題分析的合理性。課程目標(biāo)2：了解機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要硬件功能及原理，并能夠按照實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選擇搭建合適的機(jī)器視覺(jué)硬件系統(tǒng)。H3.設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案3.2能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素的約束條件下，對(duì)解決方案的可行性進(jìn)行研究和評(píng)價(jià)。課程目標(biāo)3：了解圖像處理的基本算法、原理及主要處理軟件。H4.研究4.2能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)光電信息類(lèi)器件、電路、功能模塊、控制系統(tǒng)制定實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)施課程目標(biāo)4：了解圖像預(yù)處理的原因，掌握各種濾波技術(shù)及圖像增強(qiáng)技術(shù)基本算法，根據(jù)圖片現(xiàn)狀選擇合適的預(yù)處理方法。H5.使用現(xiàn)代工具5.2能夠開(kāi)發(fā)和利用現(xiàn)代工程工具、信息技術(shù)工具對(duì)光電信息領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)、預(yù)測(cè)和模擬課程目標(biāo)5：了解圖像分割的依據(jù)和定義，掌握?qǐng)D像特征分割、提取、定位方法。M6.工程與社會(huì)：6.2能夠認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)光電類(lèi)產(chǎn)品、技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用及復(fù)雜光電信息工程問(wèn)題解決方案對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響課程目標(biāo)6：掌握立體視覺(jué)的成像原理，雙目立體視覺(jué)的標(biāo)定。M7.環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展7.2能夠合理評(píng)價(jià)光電信息類(lèi)復(fù)雜工程實(shí)踐對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響課程目標(biāo)7：掌握利用機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行序列號(hào)讀取的方法；學(xué)會(huì)如何利用機(jī)器視覺(jué)對(duì)鋸片、印刷品、封裝等產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分見(jiàn)表2表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1．機(jī)器視覺(jué)引論1.1機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的定義、體系結(jié)構(gòu)1.2機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)1.3機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域教學(xué)要求：（1）掌握機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的基本概念及體系結(jié)構(gòu)；（2）了解機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)以及應(yīng)用領(lǐng)域。重點(diǎn)：機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。難點(diǎn)：機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。212.機(jī)器視覺(jué)硬件系統(tǒng)-光源2.1照明技術(shù)及原理2.2常見(jiàn)的光源及光波的指向性2.3光源的選擇教學(xué)要求：了解照明技術(shù)原理，及照明對(duì)成像的影響，掌握明、暗視野原理、各類(lèi)照明技術(shù)的應(yīng)用。了解色光的組成，色與補(bǔ)色原理。能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的光源及照明方案。重點(diǎn)：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的光源及照明方案。難點(diǎn)：各種照明技術(shù)原理及應(yīng)用。723.機(jī)器視覺(jué)硬件系統(tǒng)-鏡頭3.1光學(xué)系統(tǒng)基本原理3.2鏡頭的基本參數(shù)與相關(guān)知識(shí)3.3常見(jiàn)的鏡頭類(lèi)型3.4鏡頭的選擇教學(xué)要求：掌握鏡頭相關(guān)的光學(xué)基本原理，了解光學(xué)鏡頭的基本參數(shù)及相關(guān)知識(shí)，掌握景深、光圈、焦距和拍攝距離的相互關(guān)系。掌握鏡頭的選擇方法及依據(jù)。重點(diǎn)：光學(xué)鏡頭的基本參數(shù)及相關(guān)知識(shí)。難點(diǎn)：鏡頭的選擇方法及依據(jù)。724.機(jī)器視覺(jué)硬件系統(tǒng)-工業(yè)相機(jī)4.1工業(yè)相機(jī)的分類(lèi)4.2成像芯片的類(lèi)型和原理4.3相機(jī)的常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)與參數(shù)4.4數(shù)據(jù)傳輸方式教學(xué)要求：掌握工業(yè)相機(jī)的分類(lèi)及應(yīng)用，掌握CCD和CMOS相機(jī)的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，了解工業(yè)相機(jī)的常見(jiàn)術(shù)語(yǔ)與基本參數(shù)，了解相機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健Ｖ攸c(diǎn)：CCD和CMOS芯片的工作原理及應(yīng)用。難點(diǎn)：CCD和CMOS芯片的工作原理。625.圖像處理基本算法概述5.1圖像中的數(shù)據(jù)類(lèi)型5.2圖像采集原理5.3各類(lèi)圖像處理軟件簡(jiǎn)介5.4圖像預(yù)處理及形態(tài)學(xué)概述教學(xué)要求：了解數(shù)字圖像的分類(lèi)，掌握灰度圖像、二值圖像的存儲(chǔ)原理和相關(guān)應(yīng)用，了解圖像采集的基本原理，了解不同圖像處理軟件的優(yōu)缺點(diǎn)。重點(diǎn)：灰度圖像和二值圖像的數(shù)據(jù)類(lèi)型。難點(diǎn)：圖像采集的基本原理。23、46.圖像預(yù)處理6.1圖像預(yù)處理的原因和方法6.2線性濾波和非線性濾波 6.3圖像增強(qiáng)6.4直方圖均衡化教學(xué)要求：了解圖像預(yù)處理的原因和基本方法。掌握中值濾波、均值濾波和高斯濾波算法原理。了解圖像增強(qiáng)算法，掌握直方圖均衡化算法原理。重點(diǎn)：中值濾波、均值濾波和高斯濾波算法原理。難點(diǎn)：直方圖均衡化算法原理。24、57.圖像分割及特征提取7.1圖像分割的目的及依據(jù)7.2圖像特征提取的定義及方法；7.3圖像特征的基本概念；7.4圖像特征的描述.教學(xué)要求：了解圖像分割的目的及依據(jù)，掌握?qǐng)D像分割的基本方法，及圖像特征的表述；熟練掌握?qǐng)D像的各種描述子。重點(diǎn)：圖像特征的表述方法。難點(diǎn)：圖像特征的各種描述。258.三維視覺(jué)系統(tǒng)8.1雙目立體視覺(jué)原理、精度分析；8.23D掃描相機(jī)原理8.3三維視覺(jué)系統(tǒng)標(biāo)定8.4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、立體成像、立體匹配、系統(tǒng)標(biāo)定教學(xué)要求：掌握立體視覺(jué)的成像原理，雙目立體視覺(jué)的標(biāo)定；掌握立體視覺(jué)中的對(duì)極幾何、物體三維形狀的計(jì)算。重點(diǎn):雙目立體視覺(jué)及3D掃描相機(jī)原理、精度分析、系統(tǒng)標(biāo)定。難點(diǎn):雙目立體視覺(jué)精度分析、系統(tǒng)標(biāo)定。269.機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用9.1機(jī)器視覺(jué)在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)用9.2針對(duì)不同場(chǎng)合搭建合適的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)教學(xué)要求：（1）學(xué)會(huì)如何利用機(jī)器視覺(jué)對(duì)鋸片、印刷品、封裝等產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)；（2）掌握利用雙目視覺(jué)進(jìn)行三維平面重構(gòu)的方法；（3）掌握利用視覺(jué)進(jìn)行電阻姿態(tài)檢驗(yàn)的方法。重點(diǎn):鋸片、印刷品、封裝等產(chǎn)品的檢測(cè)；序列號(hào)的讀取。難點(diǎn):使用雙目視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行三維平面重構(gòu)的方法。27合計(jì)320五、教學(xué)方法及手段課程教學(xué)以課堂講授為主，結(jié)合實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、慕課、雨課堂資源，配合多媒體課件等共同課完成堂授課內(nèi)容。采用E-mail、QQ、微信等交流工具，加強(qiáng)和學(xué)生之間的交流和溝通。六、課程資源庫(kù)1.推薦教材：E.R.戴維斯（E.，R.，Davies）著，袁春，劉婧譯計(jì)算機(jī)視覺(jué)：原理、算法、應(yīng)用及學(xué)習(xí)（原書(shū)第5版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2020．2.參考書(shū)：(1)高山編著計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，化學(xué)工業(yè)出版社(2)[德]卡斯特恩·斯蒂格，馬克烏斯·烏爾里克，克里斯琴·威德曼著.機(jī)器視覺(jué)算法與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2019(3)陳仲銘，彭凌西,深度學(xué)習(xí)原理與實(shí)踐[M],北京：人民郵電出版社，20183.期刊：(1)光學(xué)學(xué)報(bào)，中科院上海光機(jī)所(2)電子信息學(xué)報(bào)，中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所.(3)中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào)，中國(guó)圖象圖形學(xué)會(huì)，北京應(yīng)用物理與計(jì)算數(shù)學(xué)研究所。(4)IEEETranscationsonImageProcessing，IEEE(5)ComputerVisionandImageUnderstanding，Elsevier(6)InternationalJournalofComputerVision，Springer4.網(wǎng)絡(luò)資源：(1)http：//www.maths.lth.se/matematiklth/personal/andersp/瑞典隆德大學(xué)數(shù)學(xué)系視覺(jué)組(2)http：///~daf/加州大學(xué)伯克利分校DavidA.Forsyth(3)http：///~cil/vision.htmlCMU的視覺(jué)組七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過(guò)程性考核成績(jī)和期末大作業(yè)成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見(jiàn)表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)1234567過(guò)程性考核課堂表現(xiàn)12（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問(wèn)題情況進(jìn)行考核，滿(mǎn)分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭獭獭獭獭?412112作業(yè)16（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿(mǎn)分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√√√√√1512223隨堂測(cè)試12（1）每次測(cè)試單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)；（2）以本環(huán)節(jié)成績(jī)乘以其在過(guò)程性考核成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√√√√√1412112期末考核60（1）論文或大作業(yè)成績(jī)100分，以論文/大作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考查計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的相關(guān)知識(shí)：視覺(jué)系統(tǒng)的構(gòu)成（相機(jī)、鏡頭、光源），數(shù)字圖像得獲取與預(yù)處理,圖像處理的各種算法與應(yīng)用等基本知識(shí)。√√√√√√√61869669合計(jì)：100分931915101016八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、作業(yè)、隨堂測(cè)驗(yàn)、期末考核等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽?jī)由期末大作業(yè)成績(jī)和過(guò)程性考核成績(jī)組成。其中：期末大作業(yè)成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%）；課堂表現(xiàn)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等過(guò)程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過(guò)程性考核和期末大作業(yè)分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過(guò)程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見(jiàn)表5。表5過(guò)程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)30筆記完整，積極參與教學(xué)活動(dòng)，踴躍回答問(wèn)題，準(zhǔn)確率大于90%。筆記完整，認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，回答問(wèn)題準(zhǔn)確率大于80%。