《機(jī)器視覺》課程教學(xué)大綱

《機(jī)器視覺》教學(xué)大綱課程名稱：機(jī)器視覺（RobotVision）課程編碼：1502ZY220 課程類別:專業(yè)基礎(chǔ)-限選學(xué) 分：2分總學(xué)時：32學(xué)時，其中，理論學(xué)時：24學(xué)時；實(shí)驗(yàn)學(xué)時：8學(xué)時適用專業(yè)：自動化先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、C語言程序設(shè)計(jì)、C++語言程序設(shè)計(jì)、數(shù)字圖像處理王可一、課程性質(zhì)本課程是自動化專業(yè)限選課，主要涉及視覺測量與檢測技術(shù)在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用過程中的應(yīng)用方法，是一門具有較強(qiáng)實(shí)踐與應(yīng)用性的課程。本課程通過對機(jī)器視覺的基本組成、圖像處理的基本方法以及視覺測量的基本原理等內(nèi)容的講解，使學(xué)生對機(jī)器視覺系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)有了深入的認(rèn)識，并能應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)活動中。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)可以具備基本的機(jī)器視覺系統(tǒng)的基本應(yīng)用設(shè)計(jì)能力，為今后從事現(xiàn)代視覺檢測與測量技術(shù)相關(guān)的維護(hù)、開發(fā)、應(yīng)用與管理打下良好的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)（一）育人目標(biāo)從培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維方式，愛國教育、社會責(zé)任、人生領(lǐng)悟、民族自信等方面入手，將育人要素和機(jī)器視覺專業(yè)知識嵌入到課堂中教學(xué)，凝聚學(xué)生對社會主義核心價值觀的共識。通過科學(xué)家故事學(xué)習(xí)科學(xué)精神，通過課程概念原理學(xué)習(xí)系統(tǒng)論、工程論、科學(xué)思維，利用對機(jī)器視覺實(shí)際應(yīng)用研究學(xué)習(xí)提升學(xué)生的科技自信及愛國主義情懷，師生互動進(jìn)行“三觀”教育和學(xué)習(xí)方法指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素質(zhì)、學(xué)術(shù)和職業(yè)道德，全面提高學(xué)生緣事析理、明辨是非的能力，培養(yǎng)學(xué)生成為德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的人才。（二）知識和能力目標(biāo)掌握機(jī)器視覺的基本組成與原理，掌握圖像處理中圖像強(qiáng)化、分割與邊緣檢測等基礎(chǔ)知識，了解機(jī)器視覺系統(tǒng)中檢測與測量的基本方法與原理，能夠?qū)C(jī)器視覺的基本組成與原理應(yīng)用于實(shí)際視覺測量與檢測系統(tǒng)的設(shè)備選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用掌握的圖像處理方法完成實(shí)際的測量與檢測任務(wù)。(畢業(yè)要求1.3)；課程目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)11.3掌握自動化領(lǐng)域過程控制系統(tǒng)與運(yùn)動控制系統(tǒng)所需的工程基礎(chǔ)、專業(yè)知識，并能據(jù)此尋求最佳解決方案三、基本要求本課程是一門理論性、實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要介紹機(jī)器視覺系統(tǒng)的基本組成原理與目標(biāo)檢測與測量的方法。通過本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)使學(xué)生能夠較好地理解和掌握機(jī)器視覺相關(guān)的基本概念，數(shù)字圖像分析方法及視覺檢測與測量系統(tǒng)的基本方法，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。教學(xué)過程中要注意與先修課程內(nèi)容的聯(lián)系，幫助學(xué)生了解機(jī)器視覺系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法，能夠了解機(jī)器視覺系統(tǒng)在控制系統(tǒng)中的作用，并進(jìn)行簡單機(jī)器視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。通過重點(diǎn)講解圖像處理方法，使學(xué)生能利用圖像增強(qiáng)、圖像分割、形狀匹配等算法進(jìn)行簡單的機(jī)器視覺檢測與測量算法設(shè)計(jì)。在機(jī)器視覺應(yīng)用的講述中，注意培養(yǎng)學(xué)生分析系統(tǒng)指標(biāo)以及查閱相關(guān)技術(shù)資料的能力，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)器視覺系統(tǒng)各模塊功能與作用的分析能力，使學(xué)生了解機(jī)器視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，具備一定的軟、硬件綜合設(shè)計(jì)能力。四、教學(xué)內(nèi)容分章節(jié)說明教學(xué)內(nèi)容，課時安排，并說明教學(xué)重點(diǎn)、主要教學(xué)模式（包括授課、自學(xué)、實(shí)驗(yàn)、堂討論、作業(yè)等）。章節(jié)教學(xué)內(nèi)容授課學(xué)時教學(xué)模式對應(yīng)課程目標(biāo)1機(jī)器視覺基礎(chǔ)2課堂授課，課堂討論12硬件構(gòu)成2課堂授課，課堂討論13硬件選型2課堂授課，課堂討論14圖像處理技術(shù)6課堂授課，課堂討論1/25缺陷檢測技術(shù)2課堂授課，課堂討論1/26模式識別技術(shù)2課堂授課，課堂討論1/27尺寸測量技術(shù)4課堂授課，課堂討論1/28目標(biāo)定位技術(shù)4課堂授課，課堂討論1/2第1章機(jī)器視覺概述2機(jī)器視覺的發(fā)展歷程2機(jī)器視覺的發(fā)展趨勢4機(jī)器視覺的應(yīng)用領(lǐng)域4機(jī)器視覺的性能優(yōu)勢及功能特點(diǎn)5本章重點(diǎn)：了解機(jī)器視覺的發(fā)展與應(yīng)用環(huán)境第2章硬件構(gòu)成8相機(jī)鏡頭本章重點(diǎn)：了解相機(jī)的基本組成第3章硬件選型1采集圖像收集需求選擇相機(jī)選擇鏡頭選擇光源本章重點(diǎn)：了解機(jī)器視覺系統(tǒng)的基本組成掌握相機(jī)選型的基本方法第4章圖像處理技術(shù)1圖像采集圖像預(yù)處理邊緣檢測本章重點(diǎn)：了解圖像處理的基本方法與應(yīng)用掌握圖像二值化、增強(qiáng)、濾波、邊緣檢測等算法第5章缺陷檢測技術(shù)1劃痕檢測2焊點(diǎn)檢測本章重點(diǎn)：了解缺陷檢測技術(shù)的基本方法與應(yīng)用第6章模式識別技術(shù)59模式識別的分類59模式識別的應(yīng)用：字符識別模式識別的應(yīng)用：條碼識別本章重點(diǎn)：了解模式識別技術(shù)的基本方法與應(yīng)用第7章尺寸測量技術(shù)1距離測量圓測量輪廓測量本章重點(diǎn)：掌握尺寸測量技術(shù)的基本方法第八章目標(biāo)定位技術(shù)1形狀匹配灰度匹配坐標(biāo)校準(zhǔn)測量標(biāo)定本章重點(diǎn)：了解目標(biāo)定位的基本方法掌握基于形狀和灰度的目標(biāo)匹配方法五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時分配實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與類型序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)時實(shí)驗(yàn)性質(zhì)驗(yàn)證綜合設(shè)計(jì)1圖像濾波2√2圖像邊緣提取2√3輪廓測量2√4形狀匹配2√實(shí)驗(yàn)一圖像濾波1、目的要求掌握如何使用matlab/python進(jìn)行本地圖像的讀取、顯示與保存。對圖像進(jìn)行濾波處理，了解不同的濾波技術(shù)及各種濾波技術(shù)之間的差異。2、主要試驗(yàn)儀器及材料微型計(jì)算機(jī)。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用matlab/python讀取圖像，并對圖像分別進(jìn)行均值濾波、中值濾波與高斯濾波等。實(shí)驗(yàn)二圖像邊緣提取1、目的要求掌握圖像邊緣檢測算法及提取輪廓的方法。2、主要試驗(yàn)儀器及材料微型計(jì)算機(jī)。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用matlab/python讀取圖像，采用Canny算子實(shí)現(xiàn)圖像的邊緣檢測。實(shí)驗(yàn)三輪廓測量1、目的要求掌握尺寸測量技術(shù)的基本方法2、主要試驗(yàn)儀器及材料微型計(jì)算機(jī)。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容選擇特定形狀物體圖像，利用matlab/python編寫程序?qū)崿F(xiàn)物體外觀尺寸測量實(shí)驗(yàn)四形狀匹配1、目的要求掌握形狀匹配的方法。2、主要試驗(yàn)儀器及材料微型計(jì)算機(jī)。3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容利用matlab/python編寫程序?qū)崿F(xiàn)特定物體形狀的檢測。六、教學(xué)方法本課程主要圍繞機(jī)器視覺系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)展開講述，是一門具有較強(qiáng)實(shí)踐應(yīng)用性的課程。在課程教學(xué)中著重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和綜合分析能力，其教學(xué)方法和手段如下：在課堂教學(xué)中采用多媒體課件和板書相結(jié)合的方式，采取“啟發(fā)式”教學(xué)方法，鼓勵和引導(dǎo)積極學(xué)生思考。通過機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例的講解，理論聯(lián)系實(shí)際，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過課堂提問、課后習(xí)題查看學(xué)生對所學(xué)知識的掌握情況。在課堂教學(xué)過程中，從基礎(chǔ)知識出發(fā)，通過對特定應(yīng)用實(shí)例的提問，引發(fā)學(xué)生思考，擴(kuò)展學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，學(xué)生利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)資源查閱各種文獻(xiàn)資料完成實(shí)驗(yàn)要求內(nèi)容。通過實(shí)踐進(jìn)一步加深學(xué)生對機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。鼓勵學(xué)生利用課外實(shí)踐觀看與課程相關(guān)的慕課，鞏固學(xué)生對所學(xué)知識的理解。七、考核與評價方式及標(biāo)準(zhǔn)考核標(biāo)準(zhǔn)與成績評定課程考核由平時成績進(jìn)行成績評定。平時成績（百分制）：包括課堂測驗(yàn)、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)等。平時成績評價標(biāo)準(zhǔn)基本要求評價標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）掌握機(jī)器視覺的基本概念，對機(jī)器視覺相關(guān)概對機(jī)器視覺相關(guān)概對機(jī)器視覺相關(guān)對機(jī)器視覺相掌握圖像處理的基本原理、念清晰，分析得當(dāng)。念清晰，但部分分基本概念基本清關(guān)基本概念未基本技術(shù)和基本分析方法；能夠正確地解決問析有誤。獨(dú)立完成晰。解決問題，掌握。主要思能運(yùn)用圖像處理的原理、方題，思路清晰，計(jì)作業(yè)，書寫清晰，思路基本清晰，路、過程和計(jì)法對復(fù)雜機(jī)器視覺系統(tǒng)中算正確。獨(dú)立完成主要符號、單位等計(jì)算基本正確極算過程錯誤較目標(biāo)檢測與測量等工程問作業(yè)，書寫工整、符合規(guī)范。少部分抄襲，符多。大部分抄題進(jìn)行分析、比較和實(shí)現(xiàn)的清晰，符號、單位號、單位等基本襲或者作業(yè)不能力。等符合規(guī)范。規(guī)范。完整或未交。實(shí)驗(yàn)成績評價標(biāo)準(zhǔn)基本要求評價標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1~4內(nèi)容開展實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。能夠根據(jù)機(jī)器視覺技術(shù)的基本原理開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確，結(jié)果分析全面；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的方案正確。報(bào)告書寫工整、清晰，符號等符合規(guī)范。能夠根據(jù)機(jī)器視覺技術(shù)的基本原理開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較正確，有結(jié)果分析；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的方案較正確。報(bào)告書寫清晰，主要符號等符合規(guī)范?；旧夏軌蚋鶕?jù)機(jī)器視覺技術(shù)的基本原理開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本正確，部分結(jié)果分析；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的方案基本正確。報(bào)告極小部分抄襲，符號等基本規(guī)范?；旧夏軌蚋鶕?jù)機(jī)器視覺技術(shù)的基本原理開展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果不正確，無結(jié)果分析；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的方案不正確。報(bào)告抄襲。成績評定為：平時成績*30%+隨堂考試*70%。課程期末考核內(nèi)容與評價標(biāo)準(zhǔn)基本要求評價標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）目掌握機(jī)器視覺的基本對機(jī)器視覺的基對機(jī)器視覺的對機(jī)器視覺的基對機(jī)器視覺的基標(biāo)組成與原理，掌握圖像本概念、圖像處基本概念、圖本概念、圖像處本概念、圖像處1處理中圖像強(qiáng)化、分割理的基本方法等像處理的基本理的基本方法等理的基本方法等與邊緣檢測等基礎(chǔ)知內(nèi)容回答正確。方法等內(nèi)容回內(nèi)容回答基本正內(nèi)容回答錯誤較識，了解機(jī)器視覺系統(tǒng)對機(jī)器視覺系統(tǒng)答較正確。對確。對機(jī)器視覺多。對機(jī)器視覺中檢測與測量的基本的檢測與測量方機(jī)器視覺系統(tǒng)系統(tǒng)的檢測與測系統(tǒng)的檢測與測方法與原理，能夠?qū)C(jī)法設(shè)計(jì)思路回答的檢測與測量量方法設(shè)計(jì)思路量方法設(shè)計(jì)思路器視覺的基本組成與正確。方法設(shè)計(jì)思路回答基本正確。錯誤較多。原理應(yīng)用于實(shí)際視覺回答較正確。測量與檢測系統(tǒng)的設(shè)備選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用掌握的圖像處理方法完成實(shí)際的測量與檢測任務(wù)。課程目標(biāo)達(dá)成評價《機(jī)器視覺》課程目標(biāo)達(dá)成評價分析報(bào)告一、課程基本信息課程名稱機(jī)器視覺課程性質(zhì)專業(yè)基礎(chǔ)，限選學(xué)時學(xué)分48/2開課學(xué)期專業(yè)班級考核方式隨堂考試平時成績?nèi)握n教師：評價人員：課程組長，命題教師，閱卷教師二、課程目標(biāo)達(dá)成評估課程目標(biāo)支撐指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)評價數(shù)據(jù)源評價依據(jù)分值平均分達(dá)成度值Ki評價方式指標(biāo)點(diǎn)1.3：掌握自動化領(lǐng)域過程控制系統(tǒng)與運(yùn)動控制系統(tǒng)所需的工程基礎(chǔ)、專業(yè)知識，并能據(jù)此尋求最佳解決方案目標(biāo)1：掌握機(jī)器視覺的基本組成與原理，掌握圖像處理中圖像強(qiáng)化、分割與邊緣檢測等基礎(chǔ)知識，了解機(jī)器視覺系統(tǒng)中檢測與測量的基本方法與原理，能夠?qū)C(jī)器視覺的基本組成與原理應(yīng)用于實(shí)際視覺測量與檢測系統(tǒng)的設(shè)備選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用掌握的圖像處理方法完成實(shí)際的測量與檢測任務(wù)隨堂考試：機(jī)器視覺的基本原理、圖像處理的基本知識、基本的處理方法等（100分）T10=100試題構(gòu)成說明（選擇題、填空題）T1=74?1*0.5+?1*0.5?10 ?10=0.795平時成績A10=100A1=85三、課程評價與分析考核結(jié)果總結(jié)持續(xù)改進(jìn)方法八、教材和參考書1、章毓晉.《計(jì)算機(jī)視覺教程》(第3版)，人民郵電出版社，2021年2、章毓晉.《圖像處理和分析教程》(第3版)，人民郵電出版社，2020年3、工控幫教研組.《機(jī)器視覺原理與案例詳解》，電子工業(yè)出版社，2020年4、E.R.Davies.機(jī)器視覺:理論,算法與實(shí)踐=MachineVision:Theory,Algorithms,Practicalities:第3版