计算机视觉专业课程

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计算机视觉专业课程范文第1篇

关键词:智能科学与技术专业;课程体系;教材建设

继2004年北京大学率先在国内建立“智能科学与技术”本科专业之后,2005年,北京邮电大学、南开大学和西安电子科技大学;2006年,首都师范大学、北京信息科技大学、武汉工程大学和西安邮电学院;2007年,北京科技大学、厦门大学和湖南大学;2008年,河北工业大学和桂林电子科技大学;2009年,重庆邮电大学和大连海事大学;2010年,中南大学和上海理工大学先后经教育部批准先后设立了“智能科学与技术”本科专业[1-2]。在中国人工智能学会教育工作委员会的指导下,自2002年起,各相关专业教师定期召开智能科学与技术教育学术研讨会,并出版教育论文专辑,大力推进了我国智能科学与技术教育的健康、快速发展,并对我国智能科学技术的人才培养和学科建设起到了极大的带动作用。

作为一个发展中的新兴专业,目前各高校仍主要结合自身基础和特点建设该专业。如南开大学以智能技术与智能工程为核心专业课程[3];北京科技大学从社会需求角度出发,以提高学生软件实践能力为切入点[4];河北工业大学根据相关专业的就业现状,以提高学生硬件实践能力为着力点[5]。为了解决南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校共同面临的课程体系和教材建设等问题,三校教师分别于2010年6月16日和8月2日在南开大学、河北工业大学进行了两次研讨,现将研讨成果汇总于此。

1研讨背景

“智能科学与技术”专业自开办以来,不可避免地要回答如下3个方面的问题:

1) 来自用人单位的问题:“智能科学与技术”专业是做什么的?与其他专业相比优势何在?

2) 来自学生及家长的问题:“智能科学与技术”专业是学什么的?与其他专业相比优势何在?

3) 来自教师自身的问题:“智能科学与技术”专业应该教什么?与其他专业相比优势何在?

无论是做什么、学什么还是教什么,归根到底是课程体系和教材内容。无论是研究生课程下移(带来学生接受知识的困难),还是在其他专业教学体系基础上做简单的增、删、改(带来学生知识结构的凌乱),都是不行的,长此以往的后果将是没有优势,只有劣势。

南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校的“智能科学与技术”专业建设都源于自动化专业基础,而且都具有典型的工科特色;同时3所高校分别是教育部直属“985”高校、教育部直属国家“优势学科创新平台”建设项目试点高校和河北省属“211”高校,3所高校的“智能科学与技术”专业分别于2006、2007和2008年招生。3所高校在“智能科学与技术”专业建设上的异同特点以及地域便利的条件,为优势互补、交流融合提供了机遇。

2课程体系

根据研究任务的不同,智能科学技术涵盖的内容可以划分为智能科学、智能技术、智能工程三个层次[6]。

1) 智能科学:主要任务是研究人的智慧,建立人机结合系统理论,并用其模拟人的智慧。

2) 智能技术:在智能科学的框架内创建人机结合智能系统所需要的方法、工具和技术。

3) 智能工程:利用智能科学的理念和思想,充分运用智能技术工具创建各种应用系统。它是当前新技术、新产品、新产业的重要发展方向、开发策略和显著标志。

根据上述智能科学技术的划分,智能科学与技术专业的课程体系同样划分为理论、技术与工程应用3个层次,具体框架如图1所示。

需要说明的是,由于课时、学时等因素的限制,有些课程需要包含未列入课程的部分内容。如智能科学与技术概论课程内含系统论的简要介绍;智能控制系统包含可编程序控制器、智能传感器、智能执行器等内容;智能工程包含若干典型智能系统实例。

3教材建设

经南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校的讨论,一致认为工科专业应以技术和工程应用两个层次为核心,并将人工智能导论和智能信息处理两门课程的教材合并为智能技术。同时,根据南开大学侧重理论、北京科技大学侧重软件、河北工业大学侧重硬件的原则进行分工,编写对应课程的教学大纲和教材内容。

3.1智能技术

本课程包括智能计算和计算机视觉两部分,分别介绍以对人脑的物理结构进行模拟为主要特征的联接主义智能技术和以模拟人类视觉处理为主要特征的计算机视觉两部分。它是智能技术的主干内容;也是实现智能技术、组成智能系统的重要工具,属于本专业本科生的专业基础课。通过智能技术的学习,学生应能够掌握智能技术的基本原理和方法。通过课堂讲解、,并配合一定的作业练习、上机实验等环节,学生应初步具备运用智能技术和方法分析和解决问题的能力。本课程拟定90学时,其中授课54学时,实验36学时。

教材内容包括智能计算和计算机视觉两部分,智能计算部分包括神经网络、模糊理论和遗传算法/蚁群算法,计算机视觉包括计算机视觉导论、计算机视觉理论基础、图像预处理、图像分割、物体识别、图像理解、双目立体视觉、三维视觉技术、主动视觉。

神经网络讲授单个神经元(感知器)的动作原理,与实际生物神经元的对应关系;讲授BP神经网络的组成,网络的特性和对非线性函数的模拟功能;介绍BP算法的优、缺点;讲授H网络的组成结构,H网络在解决优化问题的优越性。模糊理论讲授模糊集合的概念,建立隶属度函数的概念;介绍模糊规则的建立原则,模糊规则与模糊系统收入输出量之间的关系;介绍模糊化以及模糊量精确化的几种常用方法。遗传算法和蚁群算法只作简要介绍,重点介绍这两种算法的特点和成功的应用实例,使学习者有一个感性认识,明确这种类型算法的“迭代”特点以及总体最优目标与个体行为之间的联系。

计算机视觉理论基础主要介绍Marr的视觉计算理论、图像的相关知识、傅立叶变换基础;图像预处理主要介绍像素亮度变换、几何变换、直方图修正、局部预处理、图像复原;图像分割主要介绍阈值处理方法、基于边界的分割方法、基于区域的分割方法;形状表示与描述主要介绍链码、使用片断序列描述边界、尺度空间方法、基于区域的形状表示与描述;物体识别主要介绍知识的表示、统计模式识别、神经元网络、遗传算法、模拟退火、模糊系统;图像理解主要介绍并行和串行处理控制、分层控制、非分层控制;双目立体视觉主要介绍双目立体视觉原理、精度分析、系统结构、立体成像、立体匹配、系统标定;三维视觉技术主要介绍结构光三维视觉原理、光模式投射系统、标定方法、光度立体视觉、由纹理恢复形状、激光测距法;主动视觉主要介绍从阴影恢复形状、从运动恢复结构、主动跟踪。

3.2智能控制理论与技术

本课程是“智能科学与技术”专业的一门重要专业课程,目的是使学生了解智能科学与控制理论结合所产生之智能控制理论的基本概念和应用价值;使学生熟知当前主流智能控制技术的种类,并掌握模糊控制、神经网络控制以及进化计算、群体智能的基础知识,了解智能技术与传统控制方法的结合点;加强MATLAB仿真实验的训练,以使学生更好地理解基础知识,培养学生使用高级智能控制方法解决实际控制问题的能力。本课程的学习将使学生加深对控制理论的理解,明晰智能技术在控制中的应用技巧,也为本科生继续深造打下基础。本课程拟定64学时,其中授课54学时,实验10学时。

教材内容包括智能控制概论,介绍智能控制的发展历程和应用领域,简介几种重要的智能控制方法;专家控制,简介专家系统的基本结构,讲授专家PID控制器的原理与设计方法;模糊控制,讲授模糊数学基础知识、传统的模糊控制原理和控制器设计与实现方法、模糊PID控制的两种形式,特别是PID控制参数的模糊整定技术;神经网络控制,讲授前馈神经网络和递归神经网络中几种典型的网络模型以及学习算法、基于神经网络的线性系统辨识技术、神经网络逆模控制等;进化计算与控制,讲授进化计算的概念、遗传算法的原理及其与其他智能方法的结合,介绍遗传机器人学;群体智能与控制,讲授蚁群算法的基本原理及其在控制问题中的应用,介绍群体机器人学。

3.3单片机原理与应用

本课程是“智能科学与技术”专业的一门专业课程,目的是使学生了解单片机的组成原理及常用控制算法的实现;掌握51系列单片机指令系统和一般汇编程序设计编写方法;熟悉常用的单片机硬件扩展技术;在此基础上,熟练掌握控制算法的单片机程序编写与调试。本课程拟定54学时,其中授课38学时,实验16学时。

教材内容包括单片机系统概述,介绍单片机定义、单片机发展过程及单片机硬件结构;单片机指令系统及程序设计,介绍指令系统和汇编语言程序设计;硬件资源及接口技术,介绍硬件资源和接口技术;单片机使用技术,介绍抗干扰技术、C语言应用程序设计;依次介绍PID控制器、状态反馈控制器、模糊控制器、系统辨识、卡尔曼滤波、滑模控制器、最优控制器、鲁棒控制器、自适应控制器、神经网络控制器的历史沿革、基本原理、常用形式和单片机具体实现方法。

3.4嵌入式系统

本课程以当前主流的嵌入式系统技术为背景,以嵌入式系统原理为基础,以嵌入式系统开发体系为骨架,以嵌入式控制系统开发为目标,较为全面地介绍嵌入式系统的基本概念、软硬件的基本体系结构、软硬件开发方法、相关开发工具、应用领域、热门领域的开发实例以及当前的一些前沿动态,为学生展示较为完整的嵌入式控制系统领域概况。本课程拟定64学时,其中授课48学时,实验16学时。

教材依据嵌入式控制系统的特征,将控制算法、嵌入式系统硬件、操作系统、应用程序设计及组态软件作为统一的技术平台介绍,突出嵌入式技术在控制系统中应用的特点,重点介绍嵌入式控制系统软硬件、电路、操作系统、实时性、可靠性等特性,从软件体系结构及开发的角度出发,强调实时调度、Bootloader、BSP、嵌入式实时多任务系统设计、交叉开发与仿真开发等关键技术,并特别引入了工业控制中需要的电磁兼容性设计和大量的典型嵌入式控制系统实例设计。通过本课程的学习,学生不但可以学会使用工具开发嵌入式软硬件,而且可以从总体角度选择适当的技术和方法,全面规划和设计嵌入式系统。

3.5智能工程

本课程是“智能科学与技术”专业的一门核心专业课程。面向智能技术的实际应用,着眼于解决工程应用中的技术问题,从典型系统设计案例分析出发,通过大量实验提高学生的工程实践能力。本课程拟定36学时,全部为授课学时。

教材内容包括智能工程概论,介绍智能工程现状、工程设计原则和工程实际流程;常用传感器原理,介绍传感器一般特性、光电式传感器和视觉传感器;典型智能系统设计案例,包括智能移动机器人、智能电梯群控电梯等系统。

3.6智能机器人

课程通过对一个具有代表性的仿人机器人的拆解,将知识点拆解成6个主要教学模块:1)机器人控制模块,介绍各类控制模块的原理与组成;2)机器人运动系统,介绍电机与舵机的原理与控制方法;3)机器人动作系统,介绍机器人各部件的协调控制;4)机器人视觉系统,介绍典型的超声波、影像传感器的原理与识别算法;5)机器人表现系统原理,介绍人与机器人的交互原理;6)机器人通信系统原理,介绍机器人之间的数据与信息传递方法。学生学习时,能够与基础知识相联系,并能掌握机器人这门技术,为从事机器人产品研发工作打下坚实的基础。本课程拟定54学时,其中授课44学时,实验10学时。

教材面向“智能科学与技术”专业,同时兼顾信息类专业学生编写,根据这类专业学生的知识结构和特点组织内容。从具体的机器人控制需求出发,将自动控制的基本理论和机器人控制特点相结合,讲授机器人控制系统的组成、规律、特点和设计方法。理论上反映当前的最新进展,内容上考虑初学者的需求,侧重普及性、实用性和新颖性,结构体系符合信息类和控制类专业学生的特点,力求简洁、清楚,对技术的叙述遵循目标、问题、理论依据、实现方法、实际情况、发展方向的方式。做到重点突出,符合实际,满足需要,指导性强。

3.7智能控制系统

本课程是“智能科学与技术”专业的一门专业课程,使学生了解智能控制系统的基础知识;掌握智能控制系统中最新的智能传感技术、智能控制器、智能执行能执行器及智能网络与接口技术;掌握智能控制系统中多个关键硬件装置的识别及其使用。通过学习多个智能控制系统的开发实例,学生应掌握智能控制系统的设计方法与技术,坚实地掌握最新智能控制系统知识,提高理论联系实际的能力,并为学习其他课程的打下坚实基础。本课程拟定64学时,其中授课48学时,实验16学时。

教材内容包括概述,介绍智能控制系统的基本概念、基本内容和机构及其发展趋势;智能传感系统,讲授智能数据采集技术、传感器智能化的数据处理方法、多传感器信息融合的方法、智能传感器实现方法与典型实例;智能控制器设计,讲授基于单片机的智能控制器设计及其应用、基于高性能嵌入式ARM的智能控制器设计及其应用、基于PLC的智能控制器设计及其应用;智能电动执行器,讲授智能电动执行器的硬件实现技术,软件设计技术以及典型的智能电动执行器实例及其应用;智能网络与接口技术,讲授无线传感器智能网络,工业现场总线网络以及智能传感器、智能控制器和智能执行器的网络接口实现技术;智能控制系统设计实例,综合利用前面的知识设计网络化智能压力传感器的系统设计、基于声音定位的智能机器人系统设计、基于微机电惯性传感器的汽车多路况智能防撞系统的设计、大型设备的PLC智能控制系统设计。

4结语

通过南开大学、北京科技大学和河北工业大学3所高校的研讨,我们凝练出较完整的“智能科学与技术”专业课程体系,体现出本专业的特色;提出可供3所高校共同使用的教学大纲和教材内容,体现出学生培养的工程实践导向。这些研究成果可以为开办“智能科学与技术”专业的兄弟院校进一步研讨提供蓝本,也可以为筹建该专业的高校所参考。

注:本文受到北京科技大学教学研究会第六批教学研究课题、北京科技大学教育教学研究基金青年教师教育教学研究立项项目、河北工业大学教改项目(2010-12)支持。

参考文献:

[1] 王万森,钟义信,韩力群,等. 我国智能科学技术教育的现状与思考[J]. 计算机教育,2009(11):10-14.

[2] 教育部关于公布2009年度高等学校专业设置备案或审批结果的通知[S]. 教高〔2010〕2号,2010.

[3] 方勇纯,刘景泰. 南开大学“智能科学与技术”专业教学体系与实验环境建设[J]. 计算机教育,2009(11):21-25.

[4] 石志国,刘冀伟,王志良.“智能科学与技术”本科专业软件实践类课程建设探讨[J]. 计算机教育,2009(11):93-97.

[5] 刘作军,张磊,杨鹏,等. 谈我校增设“智能科学与技术”专业的设想与措施[J]. 计算机教育,2009(11):53-56.

[6] 卢桂章. 无处不在的智能技术[J]. 计算机教育,2009(11):68-72.

A Study on the Course System and Textbook Construction for the Discipline of

Intelligence Science and Technology

YANG Peng1, ZHANG Jian-xun2, LIU Ji-wei3, ZHANG Lei1

(1. Hebei University of Technology, Tianjin 300130, China; 2.Nankai University, Tianjin 300071, China;

3. University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

计算机视觉专业课程范文第2篇

关键词：数字图像处理；教材；算法

作者简介：孙水发（1977-），男，江西黎川人，三峡大学计算机与信息学院，副教授；夏平（1967-），男，湖北麻城人，三峡大学计算机与信息学院，教授。（湖北 宜昌 443002）

基金项目：本文系2011年三峡大学教学研究项目（项目编号：J2011059）、2012年三峡大学研究生课程建设项目“数字图像处理”的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）16-0088-02

考虑到人眼是人类获取信息的主要来源，图像信息的一目了然及现代科学技术的发展，使得图像处理的基本知识越来越重要，因此国内很多高校的诸多专业都开设了“数字图像处理”相关课程。该课程主要面向高年级本科生及研究生，其任务是介绍数字图象处理的基本理论与基本方法，并结合应用讨论具体的算法分析及实现技术。主要内容包括：图像的获取与显示、图像的表示、图像的空间操作及频域操作、彩色图像处理以及形态学操作等，具体涉及的技术包括图像增强、图像复原、图像压缩、图像分割，以及为图像分析作基础的图像表示与描述，以及基本模式识别的内容。但由于各类专业背景的差异、年级层次的不同，使得在教学上存在很大的不同。本文以笔者近年在给三峡大学（以下简称“我校”）医学影像专业、数字媒体专业以及电子信息工程和通信工程几个本科专业学生以及计算机科学与技术研究生的教学实践，探讨一些“数字图像处理”课程的教学体会。考虑到教材的权威性及普适性，我们选用了由阮秋琦等翻译，电子工业出版社2003年出版的冈萨雷斯版的《数字图像处理（第二版）》教材。

一、教材分析

冈萨雷斯版《数字图像处理（第二版）》教材是图像处理领域的经典教材，据其官网http：//imageproces /显示，该教材被超过50个国家的1000多所高校采用，实际情况应该远远超过这个数据。因此该教材具有较强的普适性、权威性等，该教材的主要特点分析如下。

1.自成体系

该教材从基本的图像成像开始，到图像的矩阵、表示这些基本的图像处理概念，到后续的各个图像处理技术的讨论，都可以不用借助其他参考资料即完成内容的讲解。

2.使用面广

正如其官网显示，在具有如此众多的读者情况下，一方面表明该教材得到广大读者的认可，另一方面也为广大读者创造了一个优势，即一个公共的知识平台，使得用该教材所学知识进行交流无障碍。

3.资源丰富

该教材本身是本理论性很强的教材，但由于资源丰富，使得该教材并不显得那么枯燥。比如该教材有相应的网站，里面可以了解该教材的历史版本；教材的所有图片资料都可以在网站找到，方便做实验验证；网站有相应的论坛，可以借助网络进行共同学习。

4.与实验教学紧密结合

该教材有相应的配套实验教材《数字图像处理（MATLAB版）》，而且开发有相应的图像处理程序库DIPUM，与MATLAB版的DIP工具箱共同构成系统的图像处理仿真实验平台。而且教材中的部分效果都有相应的源程序，读者可以亲自演示，加深对知识的理解。

二、授课对象分析

在笔者近年授课对象中，既有大一下学期的“医学影像”专业的本科生，又有大三的数字媒体专业、电子信息工程和通信工程3个本科专业学生，更有研究生；由于自身研究领域是计算机视觉、生物医学图像处理，对于这些研究方向，图像处理是基础，对准备从事这方面研究的研究生其学习要求又不一样，具体分析如下。

1.医学影像学专业本科生

在该专业的培养目标中，明确提出“掌握常规放射学、CT、磁共振、超声学、介入放射、核医学等影像学基本操作技能，具有对常见病进行影像诊断和介入治疗进行操作的基本能力。”显然，了解数字图像处理基本理论与方法，是正确理解这些医学成像的基础，并且是用好这些医学影像原理的前提。但该专业毕竟是医学专业大类，具体的图像处理方法及其实现等并不是该专业核心需求。

2.数字媒体专业本科生

在该专业的培养目标中，明确提出“系统掌握数字媒体技术基本理论，具有计算机动画和计算机游戏等数字文化艺术作品的设计、制作和技术创新能力的复合性人才”。而无论是计算机动画还是游戏，都要求对图像、图形有基本的了解，包括获取、表示、描述及处理等。但该专业的核心应该是在图像、图像及三维模型的应用上，而不是底层的具体处理过程。

3.电子信息工程与通信工程专业本科生

图像处理一定程度上是二维的信号处理，因此对于系统学习过“信号与系统”、“数字信号处理”以及“随机信号分析”的高年级电子信息工程与通信工程专业的学生来说，他们更注重数字图像处理具体算法分析及实现技术。

4.计算机科学与技术专业研究生

智能信息处理是计算机科学与技术的一个重要研究方向，在智能信息处理领域，处理的对象通常是数字图像，比如指纹、人脸、虹膜、智能视频分析等等，因此掌握基本的图像处理理论与方法是从事该方向研究的必要前提。而且对于我校计算机专业的研究生，通常有两个原因使得他们对图像处理的知识了解不够深入：一种情况是其本科是计算机相关专业，没有修习这门课；另一种情况是从其他专业转到目前专业，修习过这门课程，但由于本科阶段这门课开课时间比较晚，比如大三下学期或大四上学期，学生要么准备考研，要么准备找工作，学生的学习精力不足，学习效果不好。因此有必要让学生进行系统的、深入的学习，为后续深入研究智能信息处理打下基础。

5.专门从事图像处理、计算机视觉方向的研究生

由于笔者从事医学图像处理、计算机视觉方向的研究，而这些方向的基础即是数字图像处理，因此对于自己指导的研究生，要求其对图像处理知识的掌握更加深入；而且由于学生规模小，上课方式相对较自由，因此可以探讨其他新的教学模式。

三、授课说明

冈萨雷斯版《数字图像处理（第二版）》教材虽然公式不多，但理论性较强。对于前面提到的5类学生，教学内容及方法肯定需要进行区分，具体说明如下。

对于低年级的“医学影像学”专业和高年级的“数字媒体”专业本科生，他们的共同特点是需要对图像处理的效果有较好的掌握，相反对于处理的原理他们仅仅需要了解，而很多数学的内容，比如频域图像处理仅仅需要点到即可。但由于年级及专业背景的不同，教师讲授的方法肯定也要不同。对于低年级的“医学影像学”专业学生，需要给学生介绍一些图像处理的工具软件，并进行课堂的演示，逐步把他们带入到图像处理的世界；而对于高年级的“数字媒体”专业本科生，由于他们已经具有较好的计算机基础知识，而且用过相关的图像处理软件，比如PhotoShop，因此这门课程的目的更多的是通过图像处理算法的学习，吸引他们探究相关图像处理软件功能原理的兴趣，从而达到综合、系统应用相关图像处理软件的目的。

对于高年级的“电子信息工程”和“通信工程”专业本科生，冈萨雷斯版《数字图像处理（第二版）》教材对他们来说不能算很难，但相对来说要在有限的学时（比如我校只有32个学时）讲完整本书的内容也不切实际，因此教师通常需要对课程的内容进行有针对性的裁剪。比如在我校，这两个专业都会讲授“多媒体通信”这类数据压缩相关的课程，因此原教材中的第八章可以不讲；而多尺度分析相对来说要求数学功底深，因此对于本科生点到即可。后续的第11和12章的内容显然超过了电子、通信本科生的知识范围，但可以当作课外读物推荐给学生，特别是对于有计划从事图像处理的学生，比如毕业设计选择了相关方向的学生。

对于计算机科学与技术专业的研究生，通常选这门课程的目的是要准备从事智能信息处理方面的课题研究，因此这本教材的知识面广、自成体系等上述优点得到充分的体现，甚至有学生说是他们的“宝典”。但显然，研究生教学与本科生教学有很大的区别，特别是针对各种层次、类别的研究生更是如此：比如有些研究生偏向工程应用，仅仅需要了解算法本身及其应用性能即可；但有些研究生偏向算法研究，则需要仔细推敲各个算法后面蕴含的本质。因此采用了分组的方式，每组成员先针对所涉及的研究方向开展资料查阅、讨论等过程，逐步形成一个主题鲜明的报告，并在课堂上进行汇报，教师进行点评和进一步讲解。这种方式提高了学生的参与程度，加深了学生对知识的理解。

对于笔者指导的研究生，由于涉及的研究方向为计算机视觉、生物医学图像处理等，则冈萨雷斯版《数字图像处理（第二版）》教材的内容是基础，而且学生数量少，学习方式可以很灵活。因此，为这些学生开了个读书班，以3个学生为一组，每周教师和所有研究生一起讨论教材里面涉及的每个知识点，不留死角，发现问题记录下来，讨论完后找资料，在下次讨论时再解决，通过这种方式使学生系统掌握数字图像处理基础知识、基本理论和方法，为学生今后开展相关方向的研究打下了坚实的基础。

四、总结

“数字图像处理”是高校面向本科专业及研究生专业开设的一门重要专业课程，冈萨雷斯版《数字图像处理》教材的权威性、内容的自包容性以及支撑资料全等优点，使其成为一部普适性很高的教材。本文结合笔者在不同专业、不同教学层次中的教学体会，研究基于该教材的教学方法，具有一定的理论与实践意义。该书第三版的中文版也于2011年出版，相信会对该课程的教学起到进一步的促进作用。

参考文献：

[1]冈萨雷斯.数字图像处理[M].第二版.阮秋琦，等，译.北京：电子工业出版社，2003.

[2]韩智，张振虹.“数字图像处理”实验课教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2008，27（9）：102-104.

[3]金炜，周亚训，等.“数字图像处理”课程项目驱动教学模式的实践[J].中国电力教育，2010，（7）：82-83.

[4]张桂敏，汪熙.“数字图像处理”双语教学实施效果的调查与思考[J].中国电力教育，2010，（32）：107-108.

计算机视觉专业课程范文第3篇

關键词：机器视觉；CDIO；教学改革；研究生教学

我国的研究生教育经过扩招后，质量出现了严重下滑的现象，研究生教育改革势在必行。为提高研究生教育质量，课程体系改革是中心工作。传统的教育模式主要是教师主动传授，学生被动接受。这种教育方式已不适应当前人才培养需要，因此必须逐步改变传统教育模式，探索适合中国教育特色的研究生培养路线，实践证明CDIO是培养创新型人才的可行之路。本文以研究生机器视觉课程为试点，探索CDIO模型下的研究生教学改革方案。

1.机器视觉课程特点

随着数字图像处理、人工智能技术的快速发展，机器视觉应用越来越广泛。机器视觉成为了信息相關专业研究生的一门重要选修课，该课程涉及信息处理、计算机、机器人、人工智能等众多领域。机器视觉从信息处理的层次研究视觉信息的认知过程，包括视觉处理中的方法、理论及信息描述等。该课程具有以下两个特点。

1）理论抽象，内容广泛。

机器视觉涉及图像处理、模式识别、机器学习等多个学科领域，所涉及的内容数学表达抽象、内容广泛、算法繁多，学生难以理解。

2）与工程应用结合紧密，实践性强。

这门课程知识体系的构建源自各种特色专业应用领域。在工业中，特别是在各种生产线上，视觉产品应用非常广泛。只有让研究生经历大量的工程项目设计与实现，才能深切体会各种机器视觉算法和技术的功能及作用。

2.CDIO教育模式

随着经济、科技高速发展，全球面临工程人才短缺和工程教育质量问题。为了培养符合企业需求的人才，麻省理工学院、瑞典皇家工学院等4所大学经过多年探索、研究，创立了CDIO工程教育模式，并成立了CDIO国际合作组织。CDl0教育模式是构思（conceive）、设计（Design）、实现（Implement）、运作（Operate）4个英文单词的缩写。

（1）构思要求学生根据所掌握的专业知识基本原理，确定个人未来的发展方向。

（2）设计是以产品规划与设计为核心，通过产品研发，解决某个具体问题。

（3）实现是以制造或建造为核心，巩固学生所掌握的专业知识，提高实践能力，形成一体化的课程实践。

（4）运作是产品应用的各个环节。该环节将学生能力培养贯穿于从产品研发到运行的整个生命周期中。通过系统的产品设计与研发，提高学生的专业技术水平，培养学生个人能力、职业能力、态度、团队工作和交流能力等。

CDIO代表了一种工程教育理念，它是“基于项目教育和学习”及“做的过程中学习”的抽象表达和集中概括，强调通过密切联系产业培养学生的综合能力。燕山大学、清华大学、汕头大学等多所高校进行了CDIO教育模式试点改革，并取得较好的成效。

3.基于CDIO的“机器视觉”教学改革

本课题组借鉴国内外高校在CDIO教学改革方面的经验，重新审视了江苏科技大学研究生教学中机器视觉课程的不足之处，参照CDIO教育模式，结合江苏科技大学特点制定了基于CDIO的机器视觉教学改革方案。江苏科技大学研究生来自全国各地，部分学生是非计算机专业出身，知识水平及应用能力差距较大；同时，该课程内容涉及广泛、综合性强，需注重实践能力的培养，这些都给教学带来了困难。

3.1加强教师素质培养与团队建设

CDIO模式的实施需要教师深刻理解CDIO模式的理念，具备丰富的工程实践经验，并能长期与企业在各个工业领域开展合作，因此，江苏科技大学作出關于培育CDIO模式师资力量的计划。首先，让青年教师到企业挂职锻炼，了解企业实际需求及工业的相關技术发展；其次，与企业签订合同，让教师参与企业产品研发，提高教师工程实践能力；再次，将教师企业挂职经历、参与企业合作研发产生的效益等作为晋职的考核指标之一。

本次教学改革打破传统系、教研室的观念，组建复合型“机器视觉”教学科研团队。该团队以机器视觉课程为主线，吸收数学、计算机语言、软件工程等基础课，工业控制、机器人学、人工智能、模式识别、机器学习等专业课，实现机器视觉课程和相關专业课程的融合，促进机器视觉与相關专业知识的互相渗透和有机结合，实现教师及实验资源的合理使用。

同时，学校要求本课题中从事机器视觉教学的教师，不仅从事机器视觉课堂教学，而且必须参与相關项目，从事实际项目设计、开发、测试等工作。目前，江苏科技大学的机器视觉教学科研团队，已与企业合作承担了若干与机器视觉相關的项目。通过参与项目的实际开发，提高了教师的教学科研能力，同时为CDIO模式的有效实施创造了有利条件。

3.2开展讲座式、讨论式、实践式教学

本次教学改革将机器视觉的教学内容分割成滤波器、特征提取与匹配、图像分割、图像匹配、目标跟踪、光流、三维重建、缺陷检测等若干研究主题。针对每个主题设计项目，教师围绕项目进行讲授，让学生理解每个项目的目标、任务、所涉及的基础知识、开发项目的基本过程。

在课堂教学中，教师采用提问式教学方法，激发学生的讨论热情，鼓励学生自发的讨论问题。

项目实施过程中，将3-5名学生分为1组，每组同学选择并完成不同的项目，达到将所学理论融入科研实践的目的。学校鼓励学生完善所做项目，积极参加大学生“挑战杯”、机器人大赛、电子设计竞赛等各种科技竞赛，增强学生就业创新能力。

最后，组织学生进行课题讨论，提炼总结创新成果，并要求学生提交计划、分析、设计、开发、测试等创作文档。通过项目创新设计思路的描述和分析讨论，使学生将机器视觉课程与专业课程体系有机地结合起来，深入消化、吸收所学知识，理解、掌握科研创新的方法及过程，激发实践创新兴趣。

3.3创建实习实验室，设计真实的教学环境

CDIO教育体系旨在培养高素质的工程技术人员，注重将教学项目的全过程放在真实的产品开发环境中。江苏科技大学非常注重教学工厂型实习基地建设，课题组抓住洽谈机器视觉项目的契机，与符合专业发展方向的机器视觉企业建立了校企合作机制，创建了符合教学要求的产品研发实习实验室。产品研发实习实验室既是教室又是实验室，真正做到“教学和实践合一”。课程教学时，让学生在实验室中产品开发的实际环境下进行实训、研究。学生在实践中学习，学习中实践，有利于其构建扎实的“机器视觉”知识体系。

在产品研发实习实验室中，要求学生严格按照企业规定进行实际产品研发，例如产品开发中的需求分析、概要设计、详细设计、软件编码、测试等工作要严格按照需求执行，要有相应的技术文档。这样有利于学生在真实的产品研发过程中掌握技术规范、工程化研发思想及相应的专业技能。

教师参与产品开发，可将教师的最新研究成果应用于企业，也可通过企业的实际需求带动教师的科研工作。在此过程中教师能更好地指导学生，与学生形成默契的合作關系。

另外，课题组将公司的企业文化及管理思想引入实习实验室教学环节中，让学生在企业环境下掌握管理知识、学习管理经验、养成良好的职业素养，做到企业运营与教学管理的真正融合。通过这样的教学形式，培养真正适合企业需要的人才。

3.4培养学生合作精神，增强学生团队意识

“合作精神”与“团队意识”是CDIO教育理念精髓所在。社会的进步与现代企业发展的趋势都对高校人才“合作精神”与“团队意识”的培养提出了迫切要求。但中国人内敛的传统自我意识使学生之间缺乏交流与合作，以考试为中心的应试教育忽略了对学生“合作精神”与“团队意识”的培养，独生子女问题导致部分学生自我思想较重，缺乏相互理解、宽容、谦让的精神。

因此，为了培养学生的“合作精神”与“团队意识”需要学生将所学的专业知识运用到团队课题中，在课题中实践合作精神，培养团队意识。实践教学作为研究生教学环节中重要的组成部分，是培养学生实践及创新能力的重要途径，更能将“团队意识”的培养落到实处。

在机器视觉课程中，安排4～5名学生组成小组，完成项目作业，每人承担项目的不同部分，最后以组为单位提交设计、开发报告，让学生逐一汇报自己的工作，进行项目总结交流与经验分享。这种方式即拓展了学生的知识，又培养了学生的语言表达、沟通协调等能力。

机器视觉类项目以算法为主，需要通过软件编程实现，在实际项目开发中通常采用VSS（Visual Source Safe）源码版本控制软件进行团队开发管理。教学中，学生的项目计划文档、需求分析文档、软件设计文档、算法源代码、测试文档等均通过VSS服务器实现共享管理，以便学生从项目中学会计划、协调、沟通，提高学生的组织和团队合作能力。

学生最终的成绩以小组共同开发的软件为评分依据，同组组员得分相同。通过项目调动学生的主观能动性，增强与他人的合作精神，培养团队意识。

4.教学效果评价体系

为了客观地评价CDIO教育模式的教学效果，发现教学过程中的问题，制定教学完善措施，需要建立一套科学的教学效果评价体系。在CDIO模式中，除了评估学科基础知识、基本技能之外，也要评估学生个人的人际交往技能以及产品研发过程控制和系统构建技能。

本课题组使用以下方法衡量学生是否达到预期学习效果。

（1）笔试。评价学科基础知识、基本技能的掌握程度。

（2）口试。项目完成后，每个学生都要阐述产品的计划、分析、设计、编码、测试等产品开发过程，以评价学生创新、思维、表达、团队协作等综合能力。

（3）软件演示。将每个项目小组开发的软件进行展示，由多名教师联合评估打分，并提出反馈意见，以便后期改进。

通过测评，评估学生的综合能力，并发现教学过程中的问题，以便在下个教学阶段进行完善。

5.结语

本课题通过CDIO教育模式与机器视觉课程相结合，将教师、学生与企业紧密联系在一起，将教学项目的全过程置于真实的产品开发环境中，提出针对机器视觉课程的具体措施和建议。实践证明，采用这种教学方式提高了研究生的教育质量，是对今后培养符合社会需要的高素质工程技术人员的一次有益尝试。

参考文献：

[1]杨颉，对研究生教育的扩招以及发展的若干恩考[J]，中国高等教育，2004（5）：40-43.

[2]郭小勤，曹广忠，计算机视觉课程的CDIO教学改革实践[J]，理工高教研，2010，29（5）：98-100.

[3]查建中，工程教育改革战略“CDIO”与产学合作和国际化[J]，中国大学教学，2008（5）：16-19.

[4]郭长虹，赵炳利，李兴东，等，面向CDIO的工程图学教学改革[J]，工程图学学报，2011（5）：56-60.

计算机视觉专业课程范文第4篇

关键词：工作过程导向；项目教学；课程建设

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）32-0095-02

高等职业教育的培养目标“以服务为宗旨，以就业为导向，以能力为本位”，培养的人才实践能力强、具备良好的职业道德，能够满足生产、建设、服务和管理一线岗位的需求。课程特别是骨干课程是高校落实人才培养目标的重要载体，在整个人才培养过程中，通过课程来传授理论知识、训练实践技能、培养人才综合素质。教学质量与课程的建设水平有密切联系，按照高职规律对课程进行开发也是一所学校提升内涵、长久发展的基础。

高职教育的课程设计与开发应以就业为导向，以职业岗位能力培养为目标、以典型的职业活动为核心，建设体现职业教育本质特征的专业课程。

一、课程开发的基本原则与思路

高职教育中课程的开发要体现职业性、开放性和实践性，培养学生的职业能力，满足职业岗位的需求，因此课程的开发可依据工作过程进行。以工作过程为导向的课程开发，课程的定位、教学目标、教学过程与评价等都围绕在职业能力培养。以工作过程为导向的课程开发首先要调研、系统地分析工作过程，清晰了解工作过程或者职业活动涉及的要素。然后要帅选课程内容，目的是课程内容必须直接以与职业活动紧密联系，向学生传授知识的过程中，培养学生的职业能力。第三要使课程内容序化。依据工作过程或职业活动整合知识和技能，开发教学项目，使课程内容序化。

二、基于工作过程开发课程

《卫星数字电视技术》课程是一门骨干课程，在人才培养方案中处于重要的位置。本课程主要培养目标是熟悉卫星上行系统的基本架构，上行系统相关设备的使用与调试，卫星接收系统的安装与调试，最终使学生能够独立安装调试卫星数字电视，掌握设备的基本原理，熟练使用相关设备及仪器。对本课程的开发本着由简单到复杂，由单一到综合的基本原则。

1.调研分析工作过程。在明了人才培养方案的基础上，按照专业培养目标，明确职业岗位人才需求的培养目标与规格，这是基于工作过程课程开发与建设的基础。同时要了解市场需求和岗位需求，明确人才定位与规格；了解相应的行业标准、职业资格标准和职业资格证书等级与要求；了解从业人员的学历结构、专业结构以及培训现状，分析问题，提出课程开发的建议，讨论后实施。本课程当前的岗位（群）需求主要有：传媒类公司设备销售、技术支持与用户培训；上星站或者广播电视传输网络的前端机房值机；卫星数字电视的个体接收――设备安装、调试与维护。

2.帅选课程内容。根据调研结果，主要依据典型工作岗位，整合重构课程内容，课程内容必须与职业活动紧密联系。

本课程的主要内容有：相关的行业标准和安全操作规范；数字卫星传输标准（DVB-S，ABS-S）；天馈线系统设备的基本原理及应用；编码器、调制器、复用器等设备使用以及与网管之间的设置与链接；同步卫星的基础知识：广播卫星的电参数、日凌与卫星蚀；上行、下行链路的计算等。

3.序化课程内容，开发课程项目。依据工作过程或职业活动整合理论知识和职业技能，开发教学项目，使课程内容序化。开发的项目具有典型性，由简单到复杂，由单一到综合。以工作过程为导向，按照职业教育人才成长规律，实现工学结合，理论实训一体化，培养学生的综合素养。本课程开发五个项目：视频音频连接线接头的制作；天馈线系统的安装与调试；接收机的连接与调试；卫星上行系统的连接与调试（去掉高功放、发射天线部分）；卫星数字电视节目的接收。在完成这些项目的过程中，使学生达成职业岗位所需的知识目标、能力目标和素质目标。

4.制定配套的项目评价标准，对完成的教学项目情况进行评估。实施项目教学的同时要改革评价的标准，由结果评价改为过程评价，这样才能正确评价项目教学的教学效果和教学质量。评价标准主要有几部分：前期准备，项目实施过程，成果展现。评价由老师评价，自评和学生互评三部分，三方评价的标准一样。通过质量评价，使教学质量真正得到提高，使培养的人才真正实现与岗位的对接。

三、结束语

《卫星数字电视技术》课程是广播电视网络技术专业群的核心课程，已经开设了十几年。在整个课程开发与建设过程中，我们根据课程应用的实际工作岗位，总结出职业岗位所需的职业岗位能力，依据职业岗位能力需求帅选课程内容，构建课程的项目（学习情境），用项目中的具体任务引导学生学习理论知识、训练技能，使知识得到综合、技能得以提升，最终具有适合工作岗位的能力。

参考文献：

[1]姜大源.关于职业教育学基本问题的思考（一）[J].职业技术教育，2006，（1）.

[2]宋建伟，包玉花.系统化的《电气与PLC控制系统的设计、安装、调试与维护》课程开发思路[J].赤峰学院学报（自然科学版），2009，（6）.

[3]秦绪玲.浅谈项目教学与研究性学习的整合[J].中国职业技术教育，2013，（17）.

[4]吴家礼，袁许芳奎.以职业能力为本位的高职人才培养模式创新研究[J].教育与职业，2010，（32）.

计算机视觉专业课程范文第5篇

（武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北 武汉 430081）

0概述

数字图像处理又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程，被广泛应用于科研、医疗、卫生、工业、军事和其他领域。随着图像处理技术的迅速发展，其逐渐形成了一个相对独立和完善的学科体系[1]。为了适应人才培养的需要，笔者所在的信息科学与工程学院开设了数字图像处理必选课程，授课对象为该学院四年级本科生。目的在于培养学生变成实践技能，实现图像信息的各种处理，为进一步学习计算机视觉、模式识别等课程奠定基础。

作为一门理论性和实践性都很强的专业课程，数字图像处理课程具有专业知识面广、理论知识难度大和应用领域广泛的特点[2]。学生在学习时，普遍认为概念抽象，知识理解难度大，对于专业的分析方法与基本理论无法很好的理解与掌握[3]。特别是对于其中的图像频域处理知识，学生更是觉得不知所措，无从下手。针对这些问题，同行们进行了该课程的教学改革实践，提出了很多有益的观点[4]。然而，针对具体的频域图像增强实验的案例实验教学研究却很少。

在近几年的实际实验教学过程中，重点围绕频域图像增强中小波变换的实验，不断结合历届学生学习的情况，本文就小波变换在图像增强中的作用和问题提出自己的看法，并提出了一种基于C++程序的图像增强案例设计模式，促进了学生对图像处理基本知识的掌握。

1小波变换的基本概念和特性

小波变换的数学基础是19世纪的傅里叶变换，其后理论物理学家A.Grossman采用平移和伸缩不变性建立了小波变换的理论体系。1989年S.Mallat提出了多分辨率分析概念，统一了在此之前的各种构造小波的方法，特别是提出了二维小波变换的快速算法，使得小波变换完全走向实用性。

小波变换使用了一个小波函数，时频窗面积不变，但形状可改变。小波函数根据需要调整时间与频率分辨率，具有多分辨分析的特点。由于小波变换是一种信号的时间——尺度分析方法，在时间、频率都具有表征信号局部特征的能力，在低频部分具有较高的频率分辨率，在高频部分具有较高的时间分辨率和较低的频率分辨率，因此很适合于探测正常信号中夹带的瞬间反常现象并展示其成分，是泛函分析、傅里叶分析、样条分析、调和分析、数值分析的完美结合。

小波变换具有的最重要的特点就是多分辨率分析，即多尺度分析特性。小波变换的多分辨率分析是从粗到细的一步一步分析事物。小波分析的许多分析和应用问题，都可以归结为信号处理问题。从图像处理的角度看，小波变换存在以下几个优点：

（1）小波分解可以覆盖整个频域。因为小波变换具有的最重要的特点就是多分辨率分析，即多尺度分析特性，给出了一个数学上完备的描述。

（2）小波变换通过选取合适的滤波器，可以极大的减小或去除所提取得不同特征之间的相关性。小波分解和重构在mallat算法中采用了使用了滤波器组这样一个方法，将信号分别于不同小波所得到的高通滤波器和低通滤波器系数相卷积，然后进行下采样，得到信号的细节系数和近似系数。

（3）小波变换具有“变焦”特性，在低频段可用高频率分辨率和低时间分辨率，在高频段，可用低频率分辨率和高时间分辨率。

（4）小波变换实现上有快速算法。S. Mallat受到塔式算法的启发，在实际应用研究中提出了一种快速算法，进行塔式信号多分辨率分析和重构。

2基于小波变换的图像处理实验教学

图像作为人类感知世界的视觉基础，是人类获取信息、表达信息和传递信息的重要手段。数字图像处理技术可以帮助人们更客观、准确地认识世界，通过图象增强技术，可以使模糊甚至不可见的图像变得清晰明亮，因此我们应该开设图像处理实验课程。加上学生基础知识、思维方式、理解能力和动手能力的差异，在掌握和理解教学内容上不可能一致，如果能借助实验教学的个别辅导，就能够掌握学生学习的进度和程度,做到因材施教，所以开设图像处理的实验课程是非常必要的。

本实验涉及多方面知识，包活图像处理相关理论知识、小波变换方法以及C++软件编程技术，学生学习起来具有一定的难度。因此，有必要针对性的研究该实验的教学方法，以达到良好的教学效果。本文采用如下方法：

（1）教师在教学中应该采用灵活多样的教学方法，例如开放式的教学方法，平时多鼓励学生利用课余时间去机房编写阅读程序。鼓励学生互动学习，同学之间、学生老师之间经常交流，多上网了解目前图像处理技术领域的现状，提高学生的积极性。

（2）根据学生对专业知识学习和理解的进度和状况，教师教学应采取循序渐进的方法来减少或者消除学生学习中的困难。例如，学习利用小波变换编写程序时，先从基础的傅里叶变换的小例子看起，了解小波变换的发展以及编程的区别，然后再阅读复杂的例子，最后自己编写程序，在阅读中理解，在实践中进步。

（3）由于在实际计算中，无法计算全部尺度因子和位移参数的伸缩因子和平移因子值，加上实际的观测信号都是离散的，所以信号处理中通常使用离散小波变换。而小波分析的小波函数不是唯一存在的，所有满足小波条件的函数都可以作为小波函数，因此小波函数的选取十分重要。所以在编写图像处理程序之前，需要使学生了解各种小波函数的区别。

（4）同时学生自己的努力也直接影响图像处理学习的效果。因此，学生应该做好课前预习工作，熟悉高级图像工具包（如Matlab）或高级编程语言（如C/C++）程序框架来编写图像处理的算法；多和老师、同学进行交流；课后巩固上课内容，多看程序，多查资料。

3基于MFC的Haar小波模块实验

除了Haar小波以外（haar小波可由一阶消失矩条件构造出来），没有正交小波满足对称性条件，也就是不满足线性相位，这样在分解重构后会造成失真，在一些需要对称性的场合（如图像的分解重构，奇异点的检测等），结果是不能满足要求的。因此，我们以Haar小波为例，利用MFC工程编写了大量基本模块。学生可以通过简单直观的鼠标操作，调用预先编好的模块组件，构造出复杂的系统。图1即是程序的流程图。

本实验设计的模块主要包括基本处理模块和应用模块两大类。其中基本处理模块包括调用各类图像的输入输出、数据变换等基本操作；应用模块包括图像的小波变换、图像增强以及图像重构。图2即为一层和二层小波分解图像的结果。

4结语

图像处理是目前信息技术领域的重要研究方向，将实践引入图像处理的教学中，可以让学生扩大知识面，同时练习巩固了常用的基本语言C++语言。并且由于小波变换能够应用到模式识别和专家系统等多个领域，可以为学生以后的专业知识学习做好一个铺垫。因此，基于小波变换的图像处理在本科实践教学中具有广阔的研究前景。在今后的教学过程中，还需进一步积累经验，开发相应的实验项目和实验教学方法，培养学生的编程和学习能力，以适应技术的发展与时代的要求。

参考文献

［1］肖泉.基于高维仿生信息学理论的彩色图像增强处理研究[D].厦门:厦门大学,2011:137.

［2］周海芳.“数字图像处理”课程研讨式教学[J].计算机教育,2010,24:93-97.

［3］杨淑莹.“数字图像处理”理论与实践相结合的教材建设[J].计算机教育,2009.