2025年《智能視覺技術(shù)應(yīng)用》課程標準VIP

2/2《智能視覺技術(shù)應(yīng)用》課程標準課程名稱：智能視覺技術(shù)應(yīng)用課程代碼：3190689適用專業(yè)：工業(yè)機器人技術(shù)課程類別：專業(yè)必修課學(xué)時：36學(xué)時（理論：18實踐：18）學(xué)分：2學(xué)分一、課程概述（一）課程性質(zhì)與任務(wù)《智能視覺技術(shù)應(yīng)用》是通過行業(yè)企業(yè)調(diào)研、與企業(yè)專家進行研討而確定的工業(yè)機器人技術(shù)專業(yè)的七門專業(yè)核心課程之一。其課程定位表述為：《智能視覺技術(shù)應(yīng)用》課程旨在培養(yǎng)學(xué)生在智能視覺領(lǐng)域的專業(yè)知識和技能，使他們能夠成為機器視覺系統(tǒng)的專業(yè)從業(yè)者。該課程側(cè)重于機器視覺技術(shù)的應(yīng)用，包括相機、光源、控制器的選擇與配置，以及二維和三維智能視覺系統(tǒng)的搭建、標定、訓(xùn)練和編程。學(xué)生將通過該課程掌握機器視覺系統(tǒng)的各個方面，為他們未來的職業(yè)生涯提供堅實的基礎(chǔ)。通過課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將能夠熟練應(yīng)用智能視覺技術(shù)，選擇適合特定應(yīng)用的硬件和軟件組件，并具備設(shè)計、搭建和維護智能視覺系統(tǒng)的能力。這些技能將使他們成為工業(yè)自動化領(lǐng)域的專業(yè)人才，為企業(yè)提供智能視覺解決方案，提高生產(chǎn)效率和品質(zhì)。（二）課程設(shè)計思路《智能視覺技術(shù)應(yīng)用》課程的設(shè)計思路旨在為學(xué)生提供全面的機器視覺系統(tǒng)應(yīng)用知識和實際技能，使他們能夠在各種領(lǐng)域中成功應(yīng)用智能視覺技術(shù)。這門課程的教學(xué)內(nèi)容涵蓋了視覺的標定、編程和訓(xùn)練等方面，主要使用Halcon等視覺軟件作為工具，以下是該課程的設(shè)計思路：1.課程導(dǎo)論：課程開始時，學(xué)生將了解機器視覺的基本概念和應(yīng)用領(lǐng)域，以及為什么機器視覺在現(xiàn)代工程和制造中具有重要性。此階段還將介紹Halcon等視覺軟件作為課程工具的選擇理由，以及其在機器視覺中的應(yīng)用。2.機器視覺技術(shù)原理：隨后，學(xué)生將深入研究機器視覺的基本原理，包括圖像獲取、圖像處理、特征提取和模式識別等方面。他們將學(xué)習(xí)如何使用Halcon等視覺軟件進行圖像處理和分析，以便從視覺數(shù)據(jù)中提取有用的信息。3.Halcon等視覺軟件介紹：本課程將詳細介紹Halcon等視覺軟件的特點、功能和界面。學(xué)生將學(xué)會如何安裝和配置Halcon等視覺，以及如何使用其豐富的工具和庫來支持機器視覺應(yīng)用。4.相機、光源和控制器的選型與配置：學(xué)生將學(xué)習(xí)如何選擇適合特定應(yīng)用的相機、光源和控制器，并了解它們的基本工作原理。他們還將使用Halcon等視覺軟件來模擬和測試不同配置的影響，以優(yōu)化視覺系統(tǒng)的性能。5.二維和三維智能視覺系統(tǒng)的搭建與調(diào)試：學(xué)生將親自參與智能視覺系統(tǒng)的搭建，包括硬件的組裝和連接。他們將使用Halcon等視覺來配置系統(tǒng)并進行實時圖像采集和處理，確保系統(tǒng)能夠準確地捕獲和分析視覺數(shù)據(jù)。6.視覺系統(tǒng)的標定與訓(xùn)練：課程將重點介紹視覺系統(tǒng)的標定和訓(xùn)練過程。學(xué)生將學(xué)習(xí)如何使用Halcon等視覺軟件來校準相機、矯正鏡頭畸變，并訓(xùn)練機器學(xué)習(xí)模型來執(zhí)行特定的視覺任務(wù)，如目標檢測或識別。7.編程技能：學(xué)生將掌握使用Halcon等視覺軟件進行視覺系統(tǒng)編程的技能。他們將學(xué)習(xí)如何編寫自定義算法和腳本，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，并將Halcon等視覺集成到自動化系統(tǒng)中。8.智能視覺系統(tǒng)的二次開發(fā)與定制化：最后，課程將鼓勵學(xué)生進行智能視覺系統(tǒng)的二次開發(fā)，以滿足特定應(yīng)用的需求。學(xué)生將有機會獨立設(shè)計和實施視覺解決方案，并解決實際問題。通過這個課程，學(xué)生將獲得深入的機器視覺知識和Halcon等視覺軟件的實際應(yīng)用技能。他們將能夠為工業(yè)自動化、質(zhì)檢、醫(yī)療影像等領(lǐng)域提供可靠的智能視覺解決方案，從而為未來的職業(yè)生涯做好充分準備。該課程的設(shè)計思路強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，使學(xué)生能夠在實際項目中應(yīng)用所學(xué)知識。二、培養(yǎng)目標與要求（一）總體目標與要求《智能視覺技術(shù)應(yīng)用》課程的總體目標是培養(yǎng)學(xué)生成為具備全面視覺應(yīng)用知識和實際技能的專業(yè)人才，使他們能夠成功應(yīng)用機器視覺技術(shù)，特別是使用Halcon軟件進行視覺系統(tǒng)的標定、編程和訓(xùn)練。同時，使學(xué)生達到理論聯(lián)系實際、活學(xué)活用的基本目標，提高其實際應(yīng)用技能，并使學(xué)生養(yǎng)成善于觀察、獨立思考的習(xí)慣，同時通過教學(xué)過程中的案例分析強化學(xué)生的職業(yè)道德意識、6S和職業(yè)素質(zhì)養(yǎng)成意識。（二）具體目標與要求1.素質(zhì)創(chuàng)新思維與問題解決：培養(yǎng)學(xué)生具備創(chuàng)新思維和問題解決的能力，使他們能夠獨立思考、提出新的視覺解決方案，并迎接不斷變化的技術(shù)挑戰(zhàn)。團隊合作與溝通技能：培養(yǎng)學(xué)生在多人合作環(huán)境中合作、溝通和協(xié)調(diào)的能力，以便能夠與團隊成員共同完成復(fù)雜的項目和任務(wù)。批判性思考與決策能力：幫助學(xué)生培養(yǎng)批判性思考的能力，能夠分析、評估和做出明智的決策，以解決視覺系統(tǒng)應(yīng)用中的問題。倫理和社會責(zé)任：強調(diào)學(xué)生在視覺技術(shù)應(yīng)用中的倫理和社會責(zé)任，鼓勵他們在項目中考慮數(shù)據(jù)隱私、安全性和社會影響等方面的問題?？鐚W(xué)科綜合能力：培養(yǎng)學(xué)生具備跨學(xué)科綜合能力，能夠?qū)C器視覺技術(shù)與其他領(lǐng)域的知識和技能結(jié)合起來，創(chuàng)造更綜合的解決方案。持續(xù)學(xué)習(xí)與職業(yè)發(fā)展：培養(yǎng)學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展的意識，使他們能夠不斷更新知識和技能，跟隨技術(shù)的發(fā)展，保持職業(yè)競爭力。通過強調(diào)這些素質(zhì)目標，該課程旨在培養(yǎng)具備更廣泛的能力和素養(yǎng)的學(xué)生，使他們能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的職業(yè)環(huán)境，成為有影響力的視覺技術(shù)應(yīng)用專業(yè)人才。這些素質(zhì)目標不僅有助于學(xué)生的職業(yè)發(fā)展，還有助于他們更好地融入社會和社會生活中，為社會做出積極貢獻。2.知識理解機器視覺原理和應(yīng)用知識：學(xué)生應(yīng)具備對機器視覺的基本原理、圖像處理、特征提取、模式識別等知識的理解，以及機器視覺在不同領(lǐng)域的應(yīng)用案例的了解。掌握Halcon軟件的知識：學(xué)生應(yīng)熟悉Halcon軟件的界面、功能、工具，了解如何使用該軟件進行圖像處理、模式識別、相機標定等任務(wù)。硬件選擇和配置知識：學(xué)生應(yīng)了解不同類型的相機、光源、控制器等硬件設(shè)備的工作原理、特點，以及如何選擇和配置這些硬件以滿足特定應(yīng)用需求。視覺系統(tǒng)標定和訓(xùn)練的知識：學(xué)生應(yīng)了解相機標定、鏡頭校正、機器學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練等標定和訓(xùn)練的基本知識，以便優(yōu)化視覺系統(tǒng)的性能。3.能力使用Halcon軟件進行視覺系統(tǒng)操作：學(xué)生應(yīng)能夠熟練使用Halcon軟件進行圖像處理、特征提取、模式匹配、編程等操作，以完成不同的視覺任務(wù)。選擇和配置視覺系統(tǒng)硬件：學(xué)生應(yīng)能夠根據(jù)特定應(yīng)用需求選擇合適的相機、光源、控制器等硬件，并配置這些硬件以建立穩(wěn)定的視覺系統(tǒng)。構(gòu)建和調(diào)試視覺系統(tǒng)：學(xué)生應(yīng)具備構(gòu)建和調(diào)試視覺系統(tǒng)的能力，包括硬件的組裝、連接和Halcon軟件的配置，以確保系統(tǒng)正常運行。完成視覺系統(tǒng)的標定和訓(xùn)練：學(xué)生應(yīng)能夠進行相機標定、鏡頭校正、機器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練，以使視覺系統(tǒng)適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。開發(fā)自定義視覺應(yīng)用：學(xué)生應(yīng)具備使用Halcon軟件進行編程的技能，能夠開發(fā)自定義算法和腳本，以解決特定應(yīng)用領(lǐng)域的問題。解決實際問題的能力：學(xué)生應(yīng)能夠應(yīng)用所學(xué)知識和技能，解決實際的工程和制造問題，為工業(yè)自動化、醫(yī)療、質(zhì)檢等領(lǐng)域提供可行的智能視覺解決方案。持續(xù)學(xué)習(xí)和適應(yīng)能力：最終目標是培養(yǎng)學(xué)生具備持續(xù)學(xué)習(xí)和適應(yīng)不斷發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域的能力，能夠不斷更新知識和技能，為未來的職業(yè)發(fā)展做好準備。三、課程結(jié)構(gòu)與內(nèi)容（一）課程結(jié)構(gòu)與進程安排課程結(jié)構(gòu)與進程安排見表1。表1《智能視覺技術(shù)應(yīng)用》課程結(jié)構(gòu)與進程表學(xué)習(xí)項目任務(wù)課時周次課程導(dǎo)論和機器視覺基礎(chǔ)了解課程學(xué)習(xí)目標2第2周學(xué)習(xí)機器視覺基礎(chǔ)概念2第2周機器視覺圖像處理基礎(chǔ)學(xué)習(xí)圖像分辨率、通道、灰度值等基本概念2第3周學(xué)習(xí)圖像處理原理2第3周學(xué)習(xí)Halcon軟件（軟件的安裝，特征提取，BLOB分析，模板匹配，顏色處理等圖像處理方法）8第4—5相機、光源選型相機選型、光源及控制器選型并連接Halcon配置。4第6周相機標定和鏡頭矯正學(xué)習(xí)使用Halcon對相機進行標定并對鏡頭進行矯正的方法4第7周視覺系統(tǒng)二次開發(fā)學(xué)習(xí)基于Qt和Halcon搭建基本的視覺檢測系統(tǒng)8第8—9周備注：本課程安排在第五學(xué)期，實際執(zhí)行計劃中課程周學(xué)時和周次可結(jié)合師資、教室等實際情況進行微調(diào)。（二）教學(xué)內(nèi)容1.課程內(nèi)容安排學(xué)習(xí)項目描述、結(jié)構(gòu)與內(nèi)容、目標與要求及學(xué)時分配（總學(xué)時：36，理論18/實踐18）見表2。表2《智能視覺技術(shù)應(yīng)用》課程教學(xué)內(nèi)容表序號學(xué)習(xí)項目任務(wù)教學(xué)內(nèi)容課時數(shù)（理論/實踐）目標與要求（知識點、能力點、素質(zhì)點）教學(xué)方式（教學(xué)方法、教學(xué)手段）教學(xué)場地1課程導(dǎo)論和機器視覺基礎(chǔ)機器視了解課程學(xué)習(xí)目標課程介紹、學(xué)習(xí)目標和課程大綱2（理論）知識點：了解課程能力點：了解課程需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容和牧寶素質(zhì)點：分析問題的能力和溝通能力講授、討論視覺理實一體化教室學(xué)習(xí)機器視覺基礎(chǔ)概念機器視覺基礎(chǔ)概念、應(yīng)用領(lǐng)域的介紹2（理論）知識點：機器視覺系統(tǒng)的組成和工作原理能力點：掌握機器視覺的工作原理和步驟素質(zhì)點：自學(xué)能力、分析問題的能力和溝通能力講授、討論視覺理實一體化教室學(xué)習(xí)圖像分辨率、通道、灰度值等基本概念圖像處理基礎(chǔ)概念、圖像分辨率、通道、灰度值等基本知識2（理論）知識點：學(xué)習(xí)圖像的基礎(chǔ)知識能力點：掌握圖像的基本概念素質(zhì)點：自學(xué)能力、分析問題的能力和溝通能力講授、示范視覺理實一體化教室2覺圖像處理基礎(chǔ)學(xué)習(xí)圖像處理原理圖像處理原理和基本方法2（理論）知識點：學(xué)習(xí)圖像處理原理能力點：掌握圖像處理的基本原理素質(zhì)點：自學(xué)能力、分析問題的能力和溝通能力講授、示范視覺理實一體化教室學(xué)習(xí)Halcon軟件（軟件的安裝，特征提取，BLOB分析，模板匹配，顏色處理等圖像處理方法）Halcon軟件的安裝和基本功能，圖像特征提取、BLOB分析、模板匹配、顏色處理等8（實踐）知識點：學(xué)習(xí)軟件的安裝和基本功能能力點：掌握使用Halcon軟件進行視覺圖像處理的方法素質(zhì)點：團隊協(xié)作和創(chuàng)新精神，自學(xué)能力。講授、實踐、示范、練習(xí)視覺理實一體化教室3相機、光源選型相機選型、光源及控制器選型并連接Halcon配置相機選型原則、光源的選擇和控制器的配置，將相機與Halcon進行連接和配置4（理論+實踐）知識點：學(xué)習(xí)相機和鏡頭及控制器的選型能力點：掌握設(shè)備選型的方法，并會根據(jù)選擇的設(shè)備搭建成像系統(tǒng)素質(zhì)點：團隊協(xié)作和6S講授、實踐、示范、練習(xí)視覺理實一體化教室4相機標定和鏡頭矯正學(xué)習(xí)使用Halcon對相機進行標定并對鏡頭進行矯正的方法相機標定原理和方法，鏡頭矯正的步驟和技巧4（理論+實踐）知識點：學(xué)習(xí)相機標定和鏡頭矯正的原理能力點：掌握標定和矯正的方法和步驟素質(zhì)點：團隊協(xié)作和6S講授、實踐、示范、練習(xí)視覺理實一體化教室5視覺系統(tǒng)二次開發(fā)學(xué)習(xí)基于Qt和Halcon搭建基本的視覺檢測系統(tǒng)基于Qt和Halcon進行視覺系統(tǒng)二次開發(fā)的基本原理和步驟8（理論+實踐）知識點：學(xué)習(xí)Qt和Halcon聯(lián)合編程能力點：掌握二次開發(fā)技能，能夠搭建視覺檢測系統(tǒng)素質(zhì)點：創(chuàng)新精神、團隊協(xié)作講授、實踐、示范、練習(xí)視覺理實一體化教室2.課程實訓(xùn)安排課程中開設(shè)的實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容參考表3。表3實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容標準表編號實訓(xùn)內(nèi)容實驗?zāi)康膬x器設(shè)備場地要求成果考核評價1機器視覺系統(tǒng)初始化與基礎(chǔ)圖像處理掌握機器視覺系統(tǒng)的基本操作電腦（裝有機器視覺軟件如Halcon）、攝像頭實驗室或機器視覺實訓(xùn)室完成機器視覺系統(tǒng)初始化；完成基礎(chǔ)圖像處理是否能成功初始化機器視覺系統(tǒng)，是否能進行基礎(chǔ)圖像處理2相機與光源的選擇與配置學(xué)習(xí)相機和光源的選擇與配置原則各類相機、光源和控制器實驗室或機器視覺實訓(xùn)室選擇適當?shù)南鄼C和光源并完成配置；了解控制器的基本配置是否能正確選擇相機和光源，是否能成功配置系統(tǒng)3相機標定與鏡頭矯正學(xué)習(xí)使用Halcon進行相機標定與鏡頭矯正電腦（裝有機器視覺軟件如Halcon）、標定板實驗室或機器視覺實訓(xùn)室完成相機標定和鏡頭矯正；掌握標定板的使用是否能成功進行相機標定和鏡頭矯正4圖像特征提取與分析學(xué)習(xí)使用機器視覺軟件進行特征提取與分析電腦（裝有機器視覺軟件如Halcon）實驗室或機器視覺實訓(xùn)室完成圖像特征提取和分析；了解不同特征的應(yīng)用是否能成功使用軟件進行圖像特征提取與分析5自定義編程與智能視覺系統(tǒng)集成學(xué)習(xí)基于機器視覺軟件進行自定義編程和系統(tǒng)集成電腦（裝有機器視覺軟件如Halcon）實驗室或機器視覺實訓(xùn)室完成自定義編程和智能視覺系統(tǒng)集成；了解與其他系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)是否能成功進行自定義編程和系四、課程實施保障（一）教材的選用及編寫建議本課程教材要求是基于工作過程的一體化教材，最好是結(jié)合本校實際教學(xué)條件的一體化教材，教材必須是開放性的并且結(jié)合教學(xué)條件不斷更新。1.教材應(yīng)以專業(yè)技能培養(yǎng)為核心目標，文字表述要簡明扼要，內(nèi)容展現(xiàn)應(yīng)圖文并茂、突出技術(shù)應(yīng)用性與實用性，重在提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和參與性。2.教材應(yīng)突出實用性，應(yīng)避免把職業(yè)能力簡單理解為純粹的技能操作，同時要具有前瞻性。應(yīng)充分體現(xiàn)本專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢及實際應(yīng)用的技術(shù)能力特點。3.教材中的活動設(shè)計要具有明顯的專業(yè)技術(shù)可操作性。參考教材包括：杜斌，《機器視覺——使用HALCON描述與實現(xiàn)》，清華大學(xué)出版社，2021年。楊青，《HALCON機器視覺算法原理與編程實踐》，北京大學(xué)出版社，2019年。（二）主要教學(xué)方法建議針對不同的課程教學(xué)內(nèi)容，采取靈活多樣的教學(xué)方法，如行動導(dǎo)向教學(xué)、項目教學(xué)、項目貫穿式實踐教學(xué)、現(xiàn)場指導(dǎo)教學(xué)，利用國家智慧教育公共服務(wù)平臺進行在線教學(xué)。在實踐教學(xué)中，圍繞課程訓(xùn)練的要求對實