2/2《智能視覺技術應用》課程標準課程名稱：智能視覺技術應用課程代碼：3190689適用專業：工業機器人技術課程類別：專業必修課學時：36學時（理論：18實踐：18）學分：2學分一、課程概述（一）課程性質與任務《智能視覺技術應用》是通過行業企業調研、與企業專家進行研討而確定的工業機器人技術專業的七門專業核心課程之一。其課程定位表述為：《智能視覺技術應用》課程旨在培養學生在智能視覺領域的專業知識和技能，使他們能夠成為機器視覺系統的專業從業者。該課程側重于機器視覺技術的應用，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的搭建、標定、訓練和編程。學生將通過該課程掌握機器視覺系統的各個方面，為他們未來的職業生涯提供堅實的基礎。通過課程的學習，學生將能夠熟練應用智能視覺技術，選擇適合特定應用的硬件和軟件組件，并具備設計、搭建和維護智能視覺系統的能力。這些技能將使他們成為工業自動化領域的專業人才，為企業提供智能視覺解決方案，提高生產效率和品質。（二）課程設計思路《智能視覺技術應用》課程的設計思路旨在為學生提供全面的機器視覺系統應用知識和實際技能，使他們能夠在各種領域中成功應用智能視覺技術。這門課程的教學內容涵蓋了視覺的標定、編程和訓練等方面，主要使用Halcon等視覺軟件作為工具，以下是該課程的設計思路：1.課程導論：課程開始時，學生將了解機器視覺的基本概念和應用領域，以及為什么機器視覺在現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用。2.機器視覺技術原理：隨后，學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。他們將學習如何使用Halcon等視覺軟件進行圖像處理和分析，以便從視覺數據中提取有用的信息。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。學生將學會如何安裝和配置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用。4.相機、光源和控制器的選型與配置：學生將學習如何選擇適合特定應用的相機、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，以優化視覺系統的性能。5.二維和三維智能視覺系統的搭建與調試：學生將親自參與智能視覺系統的搭建，包括硬件的組裝和連接。他們將使用Halcon等視覺來配置系統并進行實時圖像采集和處理，確保系統能夠準確地捕獲和分析視覺數據。6.視覺系統的標定與訓練：課程將重點介紹視覺系統的標定和訓練過程。學生將學習如何使用Halcon等視覺軟件來校準相機、矯正鏡頭畸變，并訓練機器學習模型來執行特定的視覺任務，如目標檢測或識別。7.編程技能：學生將掌握使用Halcon等視覺軟件進行視覺系統編程的技能。他們將學習如何編寫自定義算法和腳本，以適應不同的應用需求，并將Halcon等視覺集成到自動化系統中。8.智能視覺系統的二次開發與定制化：最后，課程將鼓勵學生進行智能視覺系統的二次開發，以滿足特定應用的需求。學生將有機會獨立設計和實施視覺解決方案，并解決實際問題。通過這個課程，學生將獲得深入的機器視覺知識和Halcon等視覺軟件的實際應用技能。他們將能夠為工業自動化、質檢、醫療影像等領域提供可靠的智能視覺解決方案，從而為未來的職業生涯做好充分準備。該課程的設計思路強調理論與實踐相結合，使學生能夠在實際項目中應用所學知識。二、培養目標與要求（一）總體目標與要求《智能視覺技術應用》課程的總體目標是培養學生成為具備全面視覺應用知識和實際技能的專業人才，使他們能夠成功應用機器視覺技術，特別是使用Halcon軟件進行視覺系統的標定、編程和訓練。同時，使學生達到理論聯系實際、活學活用的基本目標，提高其實際應用技能，并使學生養成善于觀察、獨立思考的習慣，同時通過教學過程中的案例分析強化學生的職業道德意識、6S和職業素質養成意識。（二）具體目標與要求1.素質創新思維與問題解決：培養學生具備創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挑戰。團隊合作與溝通技能：培養學生在多人合作環境中合作、溝通和協調的能力，以便能夠與團隊成員共同完成復雜的項目和任務。批判性思考與決策能力：幫助學生培養批判性思考的能力，能夠分析、評估和做出明智的決策，以解決視覺系統應用中的問題。倫理和社會責任：強調學生在視覺技術應用中的倫理和社會責任，鼓勵他們在項目中考慮數據隱私、安全性和社會影響等方面的問題?？鐚W科綜合能力：培養學生具備跨學科綜合能力，能夠將機器視覺技術與其他領域的知識和技能結合起來，創造更綜合的解決方案。持續學習與職業發展：培養學生持續學習和職業發展的意識，使他們能夠不斷更新知識和技能，跟隨技術的發展，保持職業競爭力。通過強調這些素質目標，該課程旨在培養具備更廣泛的能力和素養的學生，使他們能夠更好地適應復雜多變的職業環境，成為有影響力的視覺技術應用專業人才。這些素質目標不僅有助于學生的職業發展，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用知識：學生應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域的應用案例的了解。掌握Halcon軟件的知識：學生應熟悉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。硬件選擇和配置知識：學生應了解不同類型的相機、光源、控制器等硬件設備的工作原理、特點，以及如何選擇和配置這些硬件以滿足特定應用需求。視覺系統標定和訓練的知識：學生應了解相機標定、鏡頭校正、機器學習模型訓練等標定和訓練的基本知識，以便優化視覺系統的性能。3.能力使用Halcon軟件進行視覺系統操作：學生應能夠熟練使用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。選擇和配置視覺系統硬件：學生應能夠根據特定應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定的視覺系統。構建和調試視覺系統：學生應具備構建和調試視覺系統的能力，包括硬件的組裝、連接和Halcon軟件的配置，以確保系統正常運行。完成視覺系統的標定和訓練：學生應能夠進行相機標定、鏡頭校正、機器學習模型的訓練，以使視覺系統適應不同的應用場景。開發自定義視覺應用：學生應具備使用Halcon軟件進行編程的技能，能夠開發自定義算法和腳本，以解決特定應用領域的問題。解決實際問題的能力：學生應能夠應用所學知識和技能，解決實際的工程和制造問題，為工業自動化、醫療、質檢等領域提供可行的智能視覺解決方案。持續學習和適應能力：最終目標是培養學生具備持續學習和適應不斷發展的技術領域的能力，能夠不斷更新知識和技能，為未來的職業發展做好準備。三、課程結構與內容（一）課程結構與進程安排課程結構與進程安排見表1。表1《智能視覺技術應用》課程結構與進程表學習項目任務課時周次課程導論和機器視覺基礎了解課程學習目標2第2周學習機器視覺基礎概念2第2周機器視覺圖像處理基礎學習圖像分辨率、通道、灰度值等基本概念2第3周學習圖像處理原理2第3周學習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習使用Halcon對相機進行標定并對鏡頭進行矯正的方法4第7周視覺系統二次開發學習基于Qt和Halcon搭建基本的視覺檢測系統8第8—9周備注：本課程安排在第五學期，實際執行計劃中課程周學時和周次可結合師資、教室等實際情況進行微調。（二）教學內容1.課程內容安排學習項目描述、結構與內容、目標與要求及學時分配（總學時：36，理論18/實踐18）見表2。表2《智能視覺技術應用》課程教學內容表序號學習項目任務教學內容課時數（理論/實踐）目標與要求（知識點、能力點、素質點）教學方式（教學方法、教學手段）教學場地1課程導論和機器視覺基礎機器視了解課程學習目標課程介紹、學習目標和課程大綱2（理論）知識點：了解課程能力點：了解課程需要學習的內容和牧寶素質點：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習機器視覺基礎概念機器視覺基礎概念、應用領域的介紹2（理論）知識點：機器視覺系統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點：自學能力、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習圖像分辨率、通道、灰度值等基本概念圖像處理基礎概念、圖像分辨率、通道、灰度值等基本知識2（理論）知識點：學習圖像的基礎知識能力點：掌握圖像的基本概念素質點：自學能力、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覺圖像處理基礎學習圖像處理原理圖像處理原理和基本方法2（理論）知識點：學習圖像處理原理能力點：掌握圖像處理的基本原理素質點：自學能力、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習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：學習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點：團隊協作和創新精神，自學能力。講授、實踐、示范、練習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：學習相機和鏡頭及控制器的選型能力點：掌握設備選型的方法，并會根據選擇的設備搭建成像系統素質點：團隊協作和6S講授、實踐、示范、練習視覺理實一體化教室4相機標定和鏡頭矯正學習使用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：學習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點：團隊協作和6S講授、實踐、示范、練習視覺理實一體化教室5視覺系統二次開發學習基于Qt和Halcon搭建基本的視覺檢測系統基于Qt和Halcon進行視覺系統二次開發的基本原理和步驟8（理論+實踐）知識點：學習Qt和Halcon聯合編程能力點：掌握二次開發技能，能夠搭建視覺檢測系統素質點：創新精神、團隊協作講授、實踐、示范、練習視覺理實一體化教室2.課程實訓安排課程中開設的實訓教學內容參考表3。表3實訓教學內容標準表編號實訓內容實驗目的儀器設備場地要求成果考核評價1機器視覺系統初始化與基礎圖像處理掌握機器視覺系統的基本操作電腦（裝有機器視覺軟件如Halcon）、攝像頭實驗室或機器視覺實訓室完成機器視覺系統初始化；完成基礎圖像處理是否能成功初始化機器視覺系統，是否能進行基礎圖像處理2相機與光源的選擇與配置學習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室選擇適當的相機和光源并完成配置；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3相機標定與鏡頭矯正學習使用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習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室完成圖像特征提取和分析；了解不同特征的應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集成學習基于機器視覺軟件進行自定義編程和系統集成電腦（裝有機器視覺軟件如Halcon）實驗室或機器視覺實訓室完成自定義編程和智能視覺系統集成；了解與其他系統的聯調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，最好是結合本校實際教學條件的一體化教材，教材必須是開放性的并且結合教學條件不斷更新。1.教材應以專業技能培養為核心目標，文字表述要簡明扼要，內容展現應圖文并茂、突出技術應用性與實用性，重在提高學生學習的主動性、積極性和參與性。2.教材應突出實用性，應避免把職業能力簡單理解為純粹的技能操作，同時要具有前瞻性。應充分體現本專業領域的發展趨勢及實際應用的技術能力特點。3.教材中的活動設計要具有明顯的專業技術可操作性。參考教材包括：杜斌，《機器視覺——使用HALCON描述與實現》，清華大學出版社，2021年。楊青，《HALCON機器視覺算法原理與編程實踐》，北京大學出版社，2019年。（二）主要教學方法建議針對不同的課程教學內容，采取靈活多樣的教學方法，如行動導向教學、項目教學、項目貫穿式實踐教學、現場指導教學，利用國家智慧教育公共服務平臺進行在線教學。在實踐教學中，圍繞課程訓練的要求對實