《數(shù)字圖像處理與分析》教學(xué)大綱

《數(shù)字圖像處理與分析》教學(xué)大綱課程編號(hào)：13210714英文名稱：DigitalImageprocessingandAnalysis學(xué)分：3學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)64學(xué)時(shí)，其中理論32學(xué)時(shí)，實(shí)踐32學(xué)時(shí)先修課程：Python編程技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)與應(yīng)用、深度學(xué)習(xí)技術(shù)課程類別：專業(yè)方向課授課對(duì)象：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：機(jī)械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第6學(xué)期一、課程描述和目標(biāo)數(shù)字圖像處理與分析是通過(guò)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、特征提取和智能分析，使計(jì)算機(jī)在大量圖像數(shù)據(jù)知識(shí)基礎(chǔ)上能夠在一定程度上認(rèn)識(shí)、理解圖像內(nèi)容，進(jìn)而感知現(xiàn)實(shí)世界，為相關(guān)應(yīng)用服務(wù)?！稊?shù)字圖像處理與分析》課程是數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的專業(yè)方向課。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握典型的數(shù)字圖像處理算法,包括算法的主要思想和基本步驟,并通過(guò)編程練習(xí)和典型應(yīng)用實(shí)例加深理解；同時(shí)對(duì)深度學(xué)習(xí)理論在圖像處理與分析中的應(yīng)用有一定認(rèn)識(shí)。課程目標(biāo)1:掌握主流的數(shù)字圖像處理算法，增強(qiáng)面向圖像處理與分析領(lǐng)域的相關(guān)邏輯思維能力與實(shí)踐能力，能夠針對(duì)圖像領(lǐng)域復(fù)雜問(wèn)題選擇合適的方法進(jìn)行處理與分析。課程目標(biāo)2：能夠針對(duì)大規(guī)模圖像分析問(wèn)題需求，選擇適當(dāng)方法進(jìn)行處理與分析，理解其優(yōu)勢(shì)和局限性。二、課程目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)權(quán)重2-2能夠通過(guò)文獻(xiàn)檢索、資料查詢的基本方法以及網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代信息技術(shù)獲得可用的知識(shí)、技術(shù)或方法，輔助進(jìn)行復(fù)雜大數(shù)據(jù)工程問(wèn)題的識(shí)別、分析與表達(dá)。課程目標(biāo)1M5-2能夠針對(duì)大數(shù)據(jù)工程問(wèn)題，為預(yù)測(cè)與分析工程模型選擇和使用合適的現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具，并能理解其局限性。課程目標(biāo)2M三、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配序號(hào)教學(xué)內(nèi)容基本要求及重、難點(diǎn)（含德育要求）學(xué)時(shí)教學(xué)方式對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)了解數(shù)字圖像處理與分析相關(guān)工具、開發(fā)環(huán)境、專業(yè)交流平臺(tái)、深度學(xué)習(xí)框架等，了解典型應(yīng)用場(chǎng)景，能夠自行安裝并使用開發(fā)環(huán)境。德育要求：愛國(guó)情懷、熱愛專業(yè)、服務(wù)社會(huì)2講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)12圖像處理基礎(chǔ)算法能夠編寫程序完成基本的圖像處理任務(wù)，如面向圖像處理的數(shù)學(xué)計(jì)算、幾何變換、直方圖、濾波等，理解相應(yīng)圖像處理操作含義。德育要求：科學(xué)素養(yǎng)、工匠精神4講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1課程目標(biāo)23神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu)，掌握激活函數(shù)和損失函數(shù)，了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)前向、反向傳播機(jī)制。德育要求：科學(xué)素養(yǎng)、工匠精神、創(chuàng)新意識(shí)4講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1課程目標(biāo)24圖像分類掌握典型的圖像分類網(wǎng)絡(luò)和測(cè)試指標(biāo)，如VGGNet、ResNet等，能夠理解網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)修改，調(diào)試網(wǎng)絡(luò)。德育要求：科學(xué)素養(yǎng)、工匠精神、創(chuàng)新意識(shí)、社會(huì)責(zé)任6講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1課程目標(biāo)25目標(biāo)檢測(cè)掌握典型的目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)和測(cè)試指標(biāo)，如R-CNN、YOLO等，能夠利用當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，完成目標(biāo)檢測(cè)任務(wù)，并能夠適當(dāng)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，對(duì)比前后性能。德育要求：科學(xué)素養(yǎng)、工匠精神、創(chuàng)新意識(shí)、社會(huì)責(zé)任8講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1課程目標(biāo)26圖像分割掌握典型的圖像分割網(wǎng)絡(luò)和測(cè)試指標(biāo)，如FCN、SegNet、UNet等，能夠理解網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)修改，完成圖像分割任務(wù)。德育要求：科學(xué)素養(yǎng)、工匠精神、創(chuàng)新意識(shí)、社會(huì)責(zé)任8講授式啟發(fā)式課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2合計(jì)32序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求學(xué)時(shí)類型對(duì)應(yīng)課程目標(biāo)1圖像處理基礎(chǔ)能夠完成基本的圖像計(jì)算，如圖像空間域的數(shù)學(xué)計(jì)算、幾何變換、圖像濾波等。6綜合課程目標(biāo)1課程目標(biāo)22圖像分類模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)理解典型的圖像分類網(wǎng)絡(luò)，能夠完成典型的圖像分類任務(wù)；能夠設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的圖像分類網(wǎng)絡(luò)。8綜合課程目標(biāo)1課程目標(biāo)23目標(biāo)檢測(cè)模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)理解典型的目標(biāo)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，能夠完成典型的目標(biāo)檢測(cè)任務(wù)，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓展。10綜合課程目標(biāo)1課程目標(biāo)24圖像分割模型的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)理解典型的圖像分割網(wǎng)絡(luò)，能夠完成典型的圖像分割任務(wù)，能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓展。8綜合課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2合計(jì)32注：實(shí)驗(yàn)要求包括必修、選修；實(shí)驗(yàn)類型包括演示、驗(yàn)證、綜合、設(shè)計(jì)等。四、課程教學(xué)方法采用集中講授與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合、討論、練習(xí)等教學(xué)方式。五、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)和課程考核（一）考核方式及具體要求序號(hào)考核方式課程目標(biāo)1（分值）課程目標(biāo)2（分值）合計(jì)1平時(shí)作業(yè)55102課堂表現(xiàn)55103實(shí)驗(yàn)考核2020404期末大作業(yè)202040課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)分值5050100（二）考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1.平時(shí)成績(jī)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分80-89分70-89分60-69分0-59分平時(shí)作業(yè)按時(shí)完成，90%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握到位。能夠利用理論知識(shí)識(shí)別、分析數(shù)字圖像處理領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題。按時(shí)完成，80%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握較到位。能夠較好利用理論知識(shí)識(shí)別、分析數(shù)字圖像處理領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題。按時(shí)完成，70%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握較到位。能夠較好利用理論知識(shí)識(shí)別、分析數(shù)字圖像處理領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題。延時(shí)完成，60%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握基本到位。能夠利用理論知識(shí)對(duì)數(shù)字圖像處理領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題有一定的識(shí)別、分析。不交和補(bǔ)交，50%以下的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識(shí)點(diǎn)理解、掌握有偏差。不能利用理論知識(shí)對(duì)數(shù)字圖像處理領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)問(wèn)題進(jìn)行識(shí)別、分析。2.課堂表現(xiàn)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分80-89分70-79分60-69分0-59分課堂表現(xiàn)能夠很好的參與團(tuán)隊(duì)任務(wù)、參與課堂分享、課堂分享質(zhì)量高、能積極提出或回答問(wèn)題。能夠較好的參與團(tuán)隊(duì)任務(wù)、參與課堂分享、課堂分享質(zhì)量較高、能較積極提出或回答問(wèn)題。能夠較好參與團(tuán)隊(duì)任務(wù)、參與課堂分享、較少提出或回答問(wèn)題。能夠參與團(tuán)隊(duì)任務(wù)、參與課堂分享、較少提出或回答問(wèn)題。團(tuán)隊(duì)任務(wù)參與度低、課堂分享參與度低、基本不提出或回答問(wèn)題。3.實(shí)驗(yàn)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分80-89分70-79分60-69分0-59分實(shí)驗(yàn)考核能夠快速、準(zhǔn)確完成實(shí)驗(yàn)要求的任務(wù)功能，程序設(shè)計(jì)規(guī)范，思路清晰，符合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求。設(shè)計(jì)報(bào)告版面整潔、內(nèi)容完整，問(wèn)題剖析深刻。能夠較為快速、準(zhǔn)確完成實(shí)驗(yàn)要求的任務(wù)功能，程序設(shè)計(jì)較為規(guī)范，思路較為清晰，設(shè)計(jì)報(bào)告版面較為整潔、內(nèi)容完整，問(wèn)題剖析較深刻。能夠按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)要求的任務(wù)功能，程序設(shè)計(jì)規(guī)范性一般，思路基本清晰，符合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求。設(shè)計(jì)報(bào)告版面整潔度、內(nèi)容完整性一般，問(wèn)題剖析不夠深刻。能夠基本完成實(shí)驗(yàn)要求的任務(wù)功能，程序設(shè)計(jì)基本規(guī)范，思路不夠清晰，基本符合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求。設(shè)計(jì)報(bào)告版面基本整潔、內(nèi)容基本完整，問(wèn)題剖析簡(jiǎn)單。未能按時(shí)完成實(shí)驗(yàn)要求的任務(wù)功能，程序設(shè)計(jì)規(guī)范性較差，思路混亂，不符合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求。設(shè)計(jì)報(bào)告版面混亂、內(nèi)容不完整，無(wú)問(wèn)題剖析。4.期末大作業(yè)考核與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分值觀測(cè)點(diǎn)90-100分80-89分70-79分60-69分0-59分期末大作業(yè)能根據(jù)項(xiàng)目要求自主設(shè)計(jì)方案，項(xiàng)目貢獻(xiàn)很大，報(bào)告完整，算法設(shè)計(jì)與分析很完備、有理有據(jù)。能根據(jù)項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)方案，項(xiàng)目貢獻(xiàn)較大，報(bào)告完整，算法設(shè)計(jì)與分析完備、有理有據(jù)。能根據(jù)項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)方案，項(xiàng)目貢獻(xiàn)一般，報(bào)告完整，算法設(shè)計(jì)與分析較完備?；就瓿身?xiàng)目要求，有一定項(xiàng)目貢獻(xiàn)，報(bào)告較完整，完成算法設(shè)計(jì)與分析?；就瓿身?xiàng)目要求，有項(xiàng)目貢獻(xiàn)，報(bào)告欠完整，基本完成算法設(shè)計(jì)與分析。六、教材與參考書（一）推薦教材1．《深度學(xué)習(xí)與圖像識(shí)別：原理與實(shí)踐》，魏溪含等著，機(jī)械工業(yè)出版社，2019年7月版；2.《深度學(xué)習(xí)實(shí)踐計(jì)算機(jī)視覺》，繆鵬著，清華大學(xué)出版社，2019年1月版；3．《Python計(jì)算機(jī)視覺》，[美]JanRrikSolem著，朱文濤譯，人民郵電出版社，2014年7月版。（二）參考資料1．《OpenCV3計(jì)算機(jī)視覺Python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)》，[愛爾蘭]JoeMinichino，[加]JosephHowse著，劉波等譯，機(jī)械工業(yè)