《光學信息處理課程設計》課程教學大綱

《光學信息處理課程設計》教學大綱課程名稱：光學信息處理課程設計 課程編號：F098094822英文名稱：Coursedesignofopticalinformationprocessing學時：2周 學分：2學分開課學期：第6學期適用專業(yè)：光電信息科學與工程課程類別：實踐課課程性質：專業(yè)方向與拓展先修課程：光學信息處理一、課程的性質及任務《光學信息處理課程設計》是一門實用性、實踐性很強的光電類專業(yè)實踐課，在教學培養(yǎng)計劃中列為選修課程。通過本課程的學習，使學生了解和掌握傅里葉光學基礎、相干、非相干光學信息處理系統(tǒng)、光學圖像識別、小波變換等。通過在每章講解國內光學信息處理的發(fā)展現(xiàn)狀，引導學生建立正確的、世界觀、人生觀、價值觀。本課程為考查課，采用期末測試以及平時成績對學生進行考核。依據(jù)河北工程大學光電信息科學與工程專業(yè)培養(yǎng)計劃，本課程需要培養(yǎng)學生的能力是：1.掌握光電信息科學與工程專業(yè)所需的計算機基礎、軟件開發(fā)及應用等必要的知識，具備從事信息系統(tǒng)技術工作的能力。（畢業(yè)要求指標1-(3)）。2.掌握所需要的專業(yè)知識和開發(fā)工具，具備綜合運用理論和技術手段設計復雜光電信息科學與工程領域問題的能力（畢業(yè)要求指標2-(6)）。3.能夠綜合運用多種與光電信息科學與工程相關的現(xiàn)代工具，實現(xiàn)對復雜工程問題進行預測與模擬，并能夠理解其局限性（畢業(yè)要求指標2-(17)）。4.具有團隊合作意識和精神，理解在多學科背景下團隊中不同角色成員的職責，能夠在團隊中勝任成員以及負責人的角色。（畢業(yè)要求指標3-④）二、課程目標與要求2.1.課程目標1.具有良好的人文素養(yǎng)、健全的人格、高尚的職業(yè)道德和強烈的社會責任感；2.系統(tǒng)地了解傅里葉分析在光學信息處理中的使用，掌握基本的光學信息處理方法。3.使學生獲得利用光學信息處理系統(tǒng)對圖像識別、光學實現(xiàn)的能力。具備基本的處理問題的能力，提高實際應用能力，為獨立解決科學研究中的實際問題打下必要的物理基礎。4.培養(yǎng)團隊協(xié)作能力，以組隊的形式（2~4人一組）完成指定課題，并能夠勝任團隊中相應的角色。智能視覺感知技術課程教學大綱.2課程目標與畢業(yè)要求對應關系畢業(yè)要求1234畢業(yè)要求二級指標??③掌握光電信息科學與工程專業(yè)所需的計算機基礎、軟件開發(fā)及應用等必要的知識，具備從事信息系統(tǒng)技術工作的能力。1.知識要求??⑥掌握所需要的專業(yè)知識和開發(fā)工具，具備綜合運用理論和技術手段設計復雜光電信息科學與工程領域問題的能力。2.能力要求??⒄能夠綜合運用多種與光電信息科學與工程相關的現(xiàn)代工具，實現(xiàn)對復雜工程問題進行預測與模擬，并能夠理解其局限性。2.能力要求?具有團隊合作意識和精神，理解在多學科背景下團隊中不同角色成員的職責，能夠在團隊中勝任成員以及負責人的角色。（畢業(yè)要求指標3-④）3.素質要求2.3課程目標與培養(yǎng)環(huán)節(jié)對應矩陣序號課程目標理論教學實踐教學1具有良好的人文素養(yǎng)、健全的人格、高尚的職業(yè)道德和強烈的社會責任感；HH2系統(tǒng)地了解傅里葉分析在光學信息處理中的使用，掌握基本的光學信息處理方法。H3使學生獲得利用光學信息處理系統(tǒng)對圖像識別、光學實現(xiàn)的能力。具備基本的處理問題的能力，提高實際應用能力，為獨立解決科學研究中的實際問題打下必要的物理基礎。H4培養(yǎng)團隊協(xié)作能力，以組隊的形式（2~4人一組）完成指定課題，并能夠勝任團隊中相應的角色。H注：H表示該能力的在此環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)；M表示該能力在此環(huán)節(jié)有應用要求；L表示該能力在此環(huán)節(jié)有所涉及。2.4目標達成度的評價1.課程目標1主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)。主要通過課程設計任務書中對光電檢測技術的基本知識，基本概念進行考察。目標達成綜合以上內容進行評價。2.課程目標2、3、4主要通過實踐教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)，在實踐中有所涉及。主要通過實踐操作中對于知識掌握程度，動手能力，團隊協(xié)作能力進行培養(yǎng)。目標達成綜合以上內容進行評價。三、教學方法及手段1.課程設計以實踐教學為主，主要考察學生的團隊協(xié)作能力和資料檢索能力；在給定學生課程設計課題的基礎上，讓學生按照課題要求去分析問題、檢索資料、解決問題，最后完成在給定設備上實現(xiàn)任務書的目標。同時通過撰寫課程設計報告對所學的知識進行匯總分析。2.課程設計以實踐教學為主，主要依托學生自主進行相關內容檢索，在課程設計時，教師針對課程設計中學生出現(xiàn)的問題進行思路指引，解決學生遇到的困難。四、課程的基本內容與教學要求1．傅里葉光學基礎教學要求：了解傅里葉分析的基本方法；掌握平面波角譜和角譜的衍射以及透鏡系統(tǒng)的傅里葉變換性質教學內容：二維傅里葉分析；空間帶寬積和測不準關系；平面波的角譜和角譜的衍射；透鏡系統(tǒng)的傅里葉變換性質。重點難點：平面波角譜的衍射，透鏡系統(tǒng)的傅里葉變換性質。2．經典光學信息處理教學要求：了解傅里葉處理器、空間濾波概念；了解照相圖像的復原方法；掌握全息術基本原理、相關和卷積的基本概念；了解傅里葉變換全息圖的記錄。教學內容：傅里葉處理器；空間濾波；照相圖像的復原；全息術；傅里葉變換全息圖；相關和卷積。重點難點：相關和卷積，空間濾波，全息術3．非相干光學信息處理教學要求：了解非相干像的形成和MTF的測量；掌握非相干空間濾波方法和傅里葉變換光譜儀原理。教學內容：楊氏干涉儀和空間相干性；非相干像的形成；MTF的測量；邁克爾遜干涉儀和時間相干性；傅里葉變換光譜儀；投影顯示的消像素技術；計算層析技術。重點難點：空間和時間相干性，非相干空間濾波，傅里葉變換光譜儀。4．光學圖像識別教學要求：理解光學相關器和非相干識別器的含義；掌握VanderLugt相關器和實時聯(lián)合變換相關器；了解旋轉不變VanderLugt相關器、比例不變VanderLugt相關器和旋轉不變。教學內容：光學相關器；非相干識別器；VanderLugt相關器；實時VanderLugt相關器；旋轉不變VanderLugt相關器；比例不變VanderLugt相關器；實時聯(lián)合變換相關器；旋轉不變。重點難點：光學相關器，VanderLugt相關器，聯(lián)合變換相關器。5．廣義傅里葉變換及其光學實現(xiàn)教學要求：掌握廣義傅里葉變換及其光學實現(xiàn)；理解用透鏡實現(xiàn)廣義傅里葉變換的基本光學單元；了解用自聚焦笑影光波導實現(xiàn)廣義傅里葉變換。教學內容：廣義傅里葉變換的定義和性質；用透鏡實現(xiàn)廣義傅里葉變換的基本光學單元；基本光學單元的組合；用自聚焦笑影光波導實現(xiàn)廣義傅里葉變換。重點難點：廣義傅里葉變換的定義性質和光學實現(xiàn)。6．光學小波變換教學要求：掌握小波變換的定義和性質及光學實現(xiàn)系統(tǒng)；了解光學小波變換匹配濾波器在圖像識別中的應用及光學Harr小波變換和圖像邊緣探測。教學內容：小波變換的定義和性質；實現(xiàn)一維小波變換的光學系統(tǒng)；用多通道匹配濾波實現(xiàn)二維小波變換；4.光學小波變換匹配濾波器在圖像識別中的應用；光學Harr小波變換和圖像邊緣探測。重點難點：小波變換的定義、性質和光學實現(xiàn)。7．空間光調制器教學要求：理解空間光調制器的定義；理解液晶的扭曲效應及薄膜晶體管驅動液晶顯示器及液晶光閥的工作原理；掌握線性電光效應；了解PROM器件和數(shù)字微反射鏡器件數(shù)字化投影的原理。教學內容：磁光空間光調制器；液晶的扭曲效應及薄膜晶體管驅動液晶顯示器；大屏幕投影電視、液晶光閥；線性電光效應和PROM器件；數(shù)字微反射鏡器件數(shù)字化投影。重點難點：空間光調制器的定義，液晶顯示器、液晶光閥的工作原理，線性電光效應。8．光學神經網絡教學要求：了解神經網絡的結構、建立及光學互連神經網絡的實現(xiàn)。教學內容：引言；神經網絡的建立；光學互連神經網絡的學習。重點難點：神經網絡結構，光學神經網絡實現(xiàn)。9．光折變介質信息處理教學要求：理解相位共軛概念及光折變相位共軛器的原理；了解光折變二波耦合和四波混頻及自泵譜、互泵譜相位共軛效應；了解相位共軛在聯(lián)合傅里葉變換相關識別中的應用；了解光折變非線性聯(lián)合變換相關器及其應用。教學內容：相位共軛；光折變相位共軛器；光折變二波耦合和四波混頻；自泵譜、互泵譜相位共軛效應；相位共軛在聯(lián)合傅里葉變換相關識別中的應用；光折變非線性聯(lián)合變換相關器。重點難點：光折變相位共軛及其應用；相位共軛在聯(lián)合傅里葉變換相關識別中的應用。。10.課程設計以Python，Matlab等語言為主，依托圖像傳感器和視頻的圖像資源，開發(fā)設計圖像處理算法，完成任務書指定的要求。五、課內實驗無。六、課程學時分配主要內容講課學時習題課時討論課時七、課程考核與成績評定7.1考核方式考核環(huán)節(jié)包括課程學習過程考核和期末考核，其中課程過程考核占總成績的50%，主要由課程設計進度進行評定；期末考核成績占總成績的50%，主要由課程設計結果進行評定。各環(huán)節(jié)的比重如下?？己谁h(huán)節(jié)比重合計過程考核課程設計進度50%50%期末成績課程設計結果50%50%總計100%100%7.2考核內容及要求本課程為考查課?？己藘热菁胺种捣峙淙缦?。考核方式考核內容分值課程目標總分值期末考核50%課程設計結果50目標1、2、3、450分過程考核50%課程設計進度50目標1、2、350分7.3成績評定1.課程設計進度和出勤情況課程設計進度總分50分，主要有課程設計進度（2周，每周10分），課程設計出勤情況（2周，每周10分），以及相應的課程設計過程中解決問題的表現(xiàn)情況（視情況加分0-10分）。2.課程設計結果課程設計報告總分50分，主要考核課程設計報告的完整度，需要包括前言、課程設計思路、課程設計結果，課程設計配套的代碼（每項各10分）。八、課程評價與持續(xù)改進8.1課程評價課程評價周期定為每1年評價一次。設置達成情況目標值，采用成績分析法進行評價。課程達成評價根據(jù)測控技術與儀器專業(yè)課程達成評價方法進行計算，評價結果用于持續(xù)改進。測控系負責人組織教師實施課程評價，制定持續(xù)改進措施，監(jiān)督持續(xù)改進過程。課程負責人負責撰寫課程考核總結報告，實施課程評價持續(xù)改進。8.2持續(xù)改進1）日常教學：根據(jù)學生學習情況，教師采取座談會、與學生單獨交流，及時調整教學方法、進度，做出教學改進。2）實驗室實驗：根據(jù)學生實驗室實驗及實驗報告情況，對學