《機器視覺測量技術》課程教學大綱（本科）

1、機器視覺測量技術(Measurement Technology Based on Machine Vision)課程代碼：03410089學分：1.5學時：24 （其中：課堂教學學時：20 實驗學時：4 上機學時：0 課程實踐學時:0 ）先修課程：信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、程序設計語言適用專業(yè)：儀器類專業(yè)、機電類專業(yè)教材：Machine Vision Algorithms and Application（機器視覺算法與應用），Carstern Steger 主編， 楊少榮等譯，清華大學出版社，2008年11月第1版一、課程性質與課程目標（一）課程性質（需說明課程對人才培養(yǎng)方面的貢獻）機器視覺測

2、量技術是為了讓學生對機器視覺方面的最新發(fā)展有所了解，以便緊跟學科前沿、 開闊學生的視野而開設的一門英語教學課程。機器視覺是從20世紀五六十年代以來，隨著信息學科 和計算機學科的高速發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一門新興學科。利用機器代替人眼來完成觀測和判斷， 常用于大批量生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質量檢測等，可大大提高檢測精度和速度。課程采用中英文雙語教 材，授課方式既有別于傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理課程，又有別于專業(yè)英語課程。在充分顧及學生的專業(yè) 英語接受能力的同時，通過系統(tǒng)的講學和自學，使學生掌握機器視覺技術的基本內(nèi)容、原理、方法、 手段和最新發(fā)展技術，同時培養(yǎng)學生的自學能力、獲取信息的能力、閱讀和理解本專業(yè)外文參考

3、文 獻和用外文寫作專業(yè)科技論文的能力，為將來進一步的科學研究和實際應用打下良好的基礎。該課程的教學實施以課堂教學為主和實驗教學、學生自學相結合的形式開展，要求學生利用課 余時間上網(wǎng)檢索指定或自選內(nèi)容的自學資料和參考文獻，并用英文撰寫文獻學習綜述、用PPT制作 演示報告、項目設計等，旨在幫助學生進一步熟悉和掌握機器視覺技術的主要技術手段、基本原理， 重點了解當前機器視覺的新技術、新理論和新方法，并通過對專業(yè)外文參考文獻的檢索和學習，跟 蹤目前機器視覺發(fā)展的國際水平。實驗環(huán)節(jié)通過動手操作及編程，增強學生感性認識，加強對課堂 內(nèi)容理解，明確實際應用價值，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。（二）課程目標（根

4、據(jù)課程特點和對畢業(yè)要求的貢獻，確定課程目標。應包括知識目標和能力目標。） 1.能夠分析機器視覺系統(tǒng)的基本組成，并能根據(jù)實際測量需要構建相應的視覺系統(tǒng)；.掌握機器視覺測量技術中的典型圖像處理方法，并能根據(jù)實際的測量需求選擇合適的圖像處 理方法，給出合理的解決方案；.能針對利用機器視覺技術實現(xiàn)測量的問題進行必要的文獻檢索和調(diào)研，了解本領域研究及應 用現(xiàn)狀，并了解本技術的國家前沿；.掌握機器視覺及圖像處理中的各個專業(yè)術語的英文形式，并能針對問題開展機器視覺測量技 術相關的文獻調(diào)研，完成相應的英文書面報告；.能針對實際問題以團隊的形式，開展機器視覺測量技術相關的文獻調(diào)研，并完成相應的英文 PPT制作和

5、口頭報告。二 課程內(nèi)容與教學要求(按章撰寫)第一章 圖像采集 Chapter 1 Image Acquisition(一)課程內(nèi)容Illumination 照明；Lenses 鏡頭；Cameras 攝像機；Camera-Computer Interfaces 攝像機-計算機接 口。(二)教學要求了解機器視覺所需各硬件設備的類型及基本性能等方面的知識。第二章 圖像增強 Chapter 2 Image Enhancement(一)課程內(nèi)容Image data structure 圖像數(shù)據(jù)結構；Gray Value Transformation 灰度值變換；Image smoothing 圖像平滑；

6、Fourier Transform 傅里葉變換；Geometric Transformations 幾何變換。(二)教學要求了解機器視覺中圖像的基本數(shù)據(jù)結構；(2)理解基本的圖像空域變換(直方圖均衡化、直方圖規(guī)定化)；(3)理解基本的圖像空域濾波技術(平滑濾波器)；(4)理解常用的圖像頻域濾波技術。(三)重點與難點直方圖均衡化和規(guī)定化、平滑濾波器。第三章 圖像分割與特征提取 Chapter 3 Image Segmentation and Feature Extraction(一)課程內(nèi)容Representation of Regions 區(qū)域的表示Thresholding 閾值分割；Extr

7、action of Connected Components 連通區(qū)域的提??；Region Features 區(qū)域特征；Gray Value Features 灰度值特征;Subpixel-Precise Thresholding 亞像素精度閾值分割。(二)教學要求了解圖像像素的基本概念及像素的鄰域；(2)理解像素間連通性；(3)理解像素間距離度量。(三)重點與難點像素間的連通性和距離度量。第四章 形態(tài)學Chapter 4Morphology(-)課程內(nèi)容Region Morphology 區(qū)域形態(tài)學；Gray Value Morphology 灰度值形態(tài)學。(二)教學要求了解集合運算的有關性

8、質；(2)理解閩科夫斯基加法和閩科夫斯基減法；(3)理解擊中-擊不中變換；(4)理解開運算、閉運算；(5)理解距離變換，了解骨架方法；(6) 了解分水嶺算法。(三)重點與難點開運算、閉運算、距離變換。第五章邊緣提取 Chapter 5 Edge Extraction(一)課程內(nèi)容Definition of Edges in 1D and 2D 在一維和二維中的邊緣定義;ID Edge Extraction 一維邊緣提??；2D Edge Extraction 二維邊緣提取;Accuracy of Edges邊緣的準確度(二)教學要求(1) 了解邊緣的定義；(2)理解微分算子檢測邊緣；了解Cann

9、y邊緣檢測方法；了解評價測度。(三)重點與難點微分算子檢測邊緣。第六章 攝像機標定 Chapter 6 Camera Calibration(一)課程內(nèi)容Camera Models for Area Scan Cameras 面陣攝像機的攝像機模型；Camera Models for Line Scan Cameras 線陣攝像機的攝像機模型；Calibration Process 標定過程；World Coordinates from Single Images從單幅圖像中提取世界坐標。(二)教學要求了解機器視覺中攝像機標定的基本原理和方法。第七章機器視覺應用 Chapter 7 Machi

10、ne Vision Applications(一)課程內(nèi)容Reading of Serial Numbers 序列號讀??；Print Inspection 印刷檢測；Inspection of Ball Grid Arrays (BGA) BGA 封裝檢查；Measuring of Spark Plugs 火化塞測量Molding Flash Detection 模制品披峰檢測(二)教學要求了解機器視覺技術在各工業(yè)領域中的應用。三、本課程開設的實驗項目(如課程不含實驗，該項可不填)編號實驗項目名稱學時類型要求支撐的課程目標1缺陷檢測實驗2設計性選做目標1、22尺寸測量算法設計2設計性選做目標1

11、、23ATOS光學掃描儀測量2設計性選做目標1、2注：1 .“類型”填驗證性、綜合性、設計性等;2.“要求”填必做、選做。實驗1:缺陷檢測實驗掌握不同類型物體的圖像缺陷檢測及識別方法。要求學生理解實驗原理，實驗結果說明的問題 要充分解釋，實驗結論清楚準確。實驗2：尺寸測量算法設計掌握視覺系統(tǒng)標定方法及尺寸測量算法；要求學生理解實驗原理，實驗結果說明的問題要充分 解釋，實驗結論清楚準確。實驗3： ATOS光學掃描儀測量掌握ATOS光學掃描儀的基本工作原理、組成及其測量方法；要求學生了解實驗的原理及設備 使用方法，逐項記錄數(shù)據(jù)，并完成實驗報告。四、學時分配及教學方法章（按序填寫）教學形式及學時分配

12、主要教學方法支撐的課程目標課堂 教學實 驗上 機課程 實踐小 計第一章44講授法目標1、3第二章22講授法目標2、3、4第三章22講授法目標2、3、4第四章224講授法目標2、3、4第五章22講授法目標2、3、4第六章224講授法目標2、3、4第七章22講授法目標2、3、4英文PPT演講44研究型教學方法目標5合計20424注：1.課程實踐學時按相關專業(yè)培養(yǎng)計劃列入表格；2.主要教學方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學方法（基于問題、項目、案例等教學方法）等。五、課程考核考核形式考核要求考核權重支持的課程目標大作業(yè)報告技術綜述40%目標3、4PPT演講英語40%目標5課程實驗2個實驗20

13、%目標1、2注：1 .分學期設置和考核的課程應按學期分別填寫上表。.考核形式主要包括課堂表現(xiàn)、平時作業(yè)、階段測試、期中考試、期末考試、大作業(yè)、小 論文、項目設計和作品等。.考核要求包括作業(yè)次數(shù)、考試方式（開卷、閉卷）、項目設計要求等。.考核權重指該考核方式或途徑在總成績中所占比重。六、課程目標達成度評價課程目標對應考核形式實際評測結果（學生達到的平均水平）課程目標1課程實驗（第1個）第1個課程實驗的平均分（百分制）=65課程目標2課程實驗（第2個）第2個課程實驗的平均分（百分制）=65課程目標3大作業(yè)報告（文獻檢索和調(diào)研）大作業(yè)報告（文獻檢索和調(diào)研）的平均 分（共 50 分）=32.5課程目標

14、4大作業(yè)報告（報告書寫質量）大作業(yè)報告（報告書寫質量）的平均分 （共 50 分）=32.5課程目標5英文PPT演講英文PPT演講的平均分（百分制）=65七、參考書目及學習資料（書名，主編，出版社，出版時間及版次）Machine Vision Algorithms and Application（機器視覺算法與應用），Carstern Steger 主編， 楊少榮等譯，清華大學出版社，2008年11月第1版Milan Sonka,艾海舟等譯,Image Proessing, Analysis, and Machine Vision,圖像處理、分析與 機器視覺，清華大學出版社，2011年（第3版）Rafael C. Gonzalez,阮秋琦等譯，Digital Image Proces