МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Основы машинного зрения

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра вычислительной техники и электроники
Направление подготовки09.04.01. Информатика и вычислительная техника
ПрофильНейроинформационные технологии и робототехнические системы
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план09_04_01_НТиРС-1-2019
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 54
самостоятельная работа 27
контроль 27
Виды контроля по семестрам
экзамены: 4

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 2 (4) Итого
Недель 10
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 18 18 18 18
Лабораторные 36 36 36 36
Сам. работа 27 27 27 27
Часы на контроль 27 27 27 27
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
д.т.н., профессор, Седалищев В.Н.

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент , Рудер Д.Д.

Рабочая программа дисциплины
Основы машинного зрения

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 09.04.01 Информатика и вычислительная техника (уровень магистратуры) (приказ Минобрнауки России от 19.09.2017г. №918)

составлена на основании учебного плана:
09.04.01 Информатика и вычислительная техника
утвержденного учёным советом вуза от 25.06.2019 протокол № 9.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра вычислительной техники и электроники

Протокол от 26.06.2019 г. № 69/18-19
Срок действия программы: 2019-2020 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.т.н., профессор Седалищев В.Н.


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2019-2020 учебном году на заседании кафедры

Кафедра вычислительной техники и электроники

Протокол от 26.06.2019 г. № 69/18-19
Заведующий кафедрой д.т.н., профессор Седалищев В.Н.


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Целью дисциплины «Основы машинного зрения» является формирование у студентов знаний по принципам построения и функционирования современных сенсорных устройств в робототехнических системах (интеллектуальных датчиков), измерительных систем на их основе,используемых для этой цели информационных технологииях, освоение студентами основ применения компьтерных технологий в системах контроля и диагностики.
Задачи дисциплины - изучение многообразия принципов построения систем машинного зрения компьютерной обработкой информации, реализуемым в них методов измерения и контроля, ознакомление с существующими в данной области в настоящее время проблемами и способами их решения.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-3 Способен осуществлять интеграцию разработанного системного программного обеспечения;
ПК-9 Способен осуществлять руководство разработкой комплексных проектов на всех стадиях и этапах выполнения работ;
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.- формы описания объектов контроля: величины, сигналы, измерительная информация;
- принципы построения, прогаммное сопровождение систем машинного зрения;
- физические основы построения и функционирования систем машинного зрения;
- элементная база, схемные решения, особенности прогаммного обеспечения систем машинного зрения.

3.2.Уметь:
3.2.1.- выбирать метод измерения, обеспечивающий минимальную погрешность измерений;
- разрабатывать измерительные схемы сенсорных систем
- разрабатывать программное обеспечение для систем машинного зрения;
- оценивать метрологические характеристики систем машинного зрения;
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.- навыками разработки систем машинного зрения, предназначенных для проведения измерений и контроля различных параметров объектов;
- навыками экспериментального определения основных технических характеристик систем машинного зрения;
- навыками решения практических задач, связанных с необходимостью проведения технических измерений с использованием систем машинного зрения;

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Основные понятия и определения в информационно-измерительной технике
1.1. Определение и классификация средств измерений. Единицы физических величин. Характеристики средств измерений. Структурные схемы средств измерений. Меры физических величин. Классификация измерений. Лекции 4 2 ПК-3 Л1.1
1.2. Характеристики средств измерений. Структурные средства средств измерений. Меры физических величин. Классификация измерений. Сам. работа 4 2 ПК-3 Л1.2
Раздел 2. Принципы построения сенсорных устройств для распознавания прстранственных характеристик объектов
2.1. 1. Методы и средства измерения положения и перемещения объектов с использованием потенциометрических, гравитационных, емкостных и вихретоковых датчиков. 2.Методы и средства измерения положения и перемещения объектов с использованием магнитных, магиторезистивных, магнитострикционных датчиков. 3.Методы и средства измерения положения и перемещения объектов с использованием индуктивных датчиков и датчиков на основе эффекта Холла. 4.Методы и средства измерения положения и перемещения объектов с использованием оптических датчиков и волоконнооптических устройств. 5.Методы и средства измерения микроперемещений на основе интерферометра Фабри - Перо и решетчатых датчиков. 6.Микроволновые устройства измерения расстояния до объекта и емкостные датчики присутствия объекта. 7.Методы и средства измерения перемещений объектов с использованием оптоэлектронных датчиков и датчиков движения ИК - диапазона. 8.Методы и средства измерения расстояний и геометрических размеров объектов с использованием ультразвуковых датчиков и оптических измерительных систем. Лекции 4 2 ПК-3 Л1.1
2.2. Лабораторная работа №1: Применение методов имитационного моделирования для исследования термодатчика на базе полупроводникового диода. Лабораторная работа № 2: Имитационное моделирование режимов работы измерительных преобразователей резонансного типа. Лабораторные 4 8 ПК-3
2.3. Обработка результатов прямых измерений. Обработка результатов косвенных измерений. Обработка результатов совместных измерений. Обработка результатов неравноточных измерений. Методы уменьшения погрешности измерений. Сам. работа 4 2 ПК-3 Л1.2
Раздел 3. Средства измерения геометрических размеров объектов
3.1. 9.Методы и средства измерения толщины изделий, толщины пленок. 10.Методы и средства измерения толщины слоя покрытия. 11.Методы и средства измерения уровня заполнения емкости. 12.Электрические методы измерения уровня заполнения емкости. 13.Акустические и ультразвуковые методы измерения уровня сред. 14. Методы и средства измерения уровня сыпучих материалов. 15. Методы и средства измерения продольных деформаций твердых тел. 16. Методы и средства измерения силы, механических напряжений с использованием тензорезисторов. Лекции 4 2 ПК-3 Л1.1
3.2. Лабораторная работа № 3: Исследование измерительных преобразователей, основанных на использовании переходных процессов в системах с конечным числом степеней свободы. Лабораторная работа № 4: Имитационное моделирование первичного измерительного преобразователя с двумя степенями свободы. Лабораторные 4 8 ПК-3
3.3. Передаточная функция. Переходная и импульсная переходная функции. Частотные характеристики — амплитудная и фазовая. Сам. работа 4 3 ПК-3 Л1.2
Раздел 4. Средства измерений механических величин
4.1. 17. Методы и средства измерения крутящего момента. 18. Методы и средства измерения силы, механических напряжений с использованием пьезоэлектрических преобразователей. 19. Методы и средства измерения силы, механических напряжений с использованием магнитоупругих преобразователей. 20. Устройства контроля механических воздействий с использованием тактильных чувствительных элементов. 21. Методы и средства измерения давлений и разности давлений с использованием упругих чувствительных элементов. 22. Методы и средства измерения давлений и разности давлений с использованием тензорезистивных преобразователей. 23. Методы и средства измерения давлений и разности давлений с использованием оптоэлектронных и ионизационных датчиков. 24. Методы и средства измерения вакуума. Лекции 4 2 ПК-3 Л1.1
4.2. Лабораторная работа № 5: Экспериментальные исследования макета первичного измерительного преобразователя с двумя степенями свободы. Лабораторные 4 4 ПК-3
4.3. Масштабные преобразователи. Измерительные механизмы приборов и их применение. Сам. работа 4 4 ПК-3 Л1.2
Раздел 5. Средства измерений параметров движений и механических колебаний
5.1. 25. Методы и средства измерения параметров движения и механических колебаний с использованием электромагнитных датчиков. 26. Методы и средства измерения параметров движения и механических колебаний с использованием емкостных и тепловых акселерометров. 27. Методы и средства измерения параметров движения и механических колебаний с использованием пьезоэлектрических акселерометров. 28. Методы и средства измерения параметров движения с использованием роторных, монолитных и оптических гироскопов. 29. Объемные методы измерения расхода. 30. Методы и средства измерения расхода с использованием поплавковых ротаметров и качающихся чувствительных элементов. 31. Лазерные методы измерения скорости потока. 32. Измерение расхода по перепаду давления. Лекции 4 2 ПК-3 Л1.1, Л2.2
5.2. Лабораторная работа № 6: Знакомство с отладочной платой для микроконтроллера 1986BE9Х и средой программирования KeilμVision Лабораторная работа № 7: Порты ввода-вывода, управление светодиодами, вывод информации на ЖКИ отладочной платы для микроконтроллера 1986BE9Х Лабораторная работа № 8: Исследование работы ЦАП и АЦП отладочной платы для микроконтроллера 1986BE9Х Лабораторные 4 8 ПК-3
5.3. Цифровые измерительные приборы для измерения временных параметров. Цифровые измерительные приборы для измерения параметров электрических цепей. Цифровые измерительные приборы с микропроцессорами. Сам. работа 4 4 ПК-3 Л2.2, Л1.2
Раздел 6. Принципы построения и функционирования систем локации с использованием акустических сигналов.
6.1. Системы акустической локации местоположения и перемещения объектов. Особенности построения и функционирования систем для распознавания речи. Дикторозависимое распознавание. Лекции 4 3 ПК-3 Л1.1, Л2.2
6.2. Сканирующие информационно-измерительные системы. Многоточечные информационно-измерительные системы. Мультиплицированные информационно-измерительные системы. Измерительно-вычислительные системы параллельного действия. Сам. работа 4 4 ПК-3 Л2.2
Раздел 7. Принципы построенияи функционирования систем технического зрения.
7.1. Сенсорные системы по распознаванию визуальных образов. Лекции 4 3 Л1.1, Л2.2
7.2. Лабораторная работа № 9: Исследование пьезотрансформаторного измерительного преобразователя с использованием отладочной платы для микроконтроллера 1986BE9Х Лабораторная работа № 10: Исследование резистивного датчика положения. Лабораторная работа № 11: «Изучение программы автоматического распознавания речевых команд». Лабораторные 4 8
7.3. Измерение температуры. Измерение перемещений. Измерение давлений, сил и крутящих моментов. Измерение скоростей и ускорений. Сам. работа 4 4 Л1.2
Раздел 8. Сенсорные истемы распознавания тактильных образов
8.1. Теоретические сведения по вопросу распознавания тактильных образов. Стуктура систем по расознаванию тактильных образов. Использование нейронных сетей в системах распознавания образов. Лекции 4 2 Л1.1, Л2.1
8.2. Пассивные эксперименты. Активный эксперимент. Полный факторный эксперимент. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Сам. работа 4 4 Л1.2, Л2.1
Раздел 9. Аттестация
9.1. Экзамен 4 27 ПК-3 Л1.1, Л2.2, Л1.2, Л2.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
1. Общие требования к датчикам
2. Простые сенсоры, активные и пассивные сенсоры
4. Классификация интеллектуальных сенсоров
5. Особенности работы и области применения датчиков генераторного и параметрического типов.
6. Принцип работы электромеханических измерительных преобразователей генераторного типа.
7. Пьезоэлектричество. Методики расчета поверхностных зарядов, деформаций и механических напряжений при пьезоэффекте
8. Применение пьезоэффекта и пироэлектричества в измерительных устройствах
9. Термоэлектричество в проводниках и полупроводниках.
10. Эффект Холла и примеры его практической реализации в измерительных устройствах.
11. Физические основы и примеры практической реализации терморезистивных измерительных устройств.
12. Основные характеристики электрохимической ячейки. Классификация электрохимических сенсоров.
13. Полярографический эффект и электрокинетические явления в растворах. Примеры практической реализации измерительных устройств на их основе.
14. Принцип работы примеры практической реализации кондуктометрических и гальванических измерительных устройств
15. Устройство и принцип работы индуктивных измерительных устройств
16. Физические основы емкостных измерительных устройств
17. Конструкции емкостных измерительных преобразователей и схемы включения их в измерительную цепь
18. Особенности использования колебательных и волновых процессов в измерительных устройствах
19. Устройство и принцип работы пьезорезонансных датчиков
13. Полярографический эффект и электрокинетические явления в растворах. Примеры практической реализации измерительных устройств на их основе.
14. Принцип работы примеры практической реализации кондуктометрических и гальванических измерительных устройств
15. Устройство и принцип работы индуктивных измерительных устройств
16. Физические основы емкостных измерительных устройств
17. Конструкции емкостных измерительных преобразователей и схемы включения их в измерительную цепь
18. Особенности использования колебательных и волновых процессов в измерительных устройствах
19. Устройство и принцип работы пьезорезонансных датчиков
20. Устройство и принцип работы датчиков на поверхностных акустических волнах
21. Физические основы ультразвуковой измерительной техники
22. Устройство и принцип работы беспроводных измерительных устройств СВЧ диапазона
23. Устройство и принцип работы оптоэлектронных измерительных устройств
24. Разновидности волоконно-оптических датчиков и области их применения
25. Физические основы колебательной спектроскопии
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
1. Интеллектуальные сенсоры, сенсорно-компьютерные системы
2. Разновидности термоэлектрических измерительных преобразователей и примеры их практической реализации
3. Тензорезистивный эффект в проводниках и полупроводниках и примеры его практической реализации в измерительных устройствах
4. Магниторезистивный эффект в проводниках и в полупроводниках, примеры его практической реализации в измерительных
5. Принцип работы и примеры практической реализации вихретоковых измерительных устройств
6. Физические основы магнитомодуляционных измерительных устройств и примеры их практической реализации
7. Физические основы работы измерительных устройств, основанных на использовании связанных колебаний в сложных системах.
8. Объединение датчиков в сеть. Принципы построения и особенности функционирования сенсорных систем.
9. Преимущества интеллектуальных датчиков. Примеры интеллектуальных датчиков общепромышленного применения.
10. Функции, выполняемые «интеллектом» датчика
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
Фонд оценочных средств приведен в приложении.

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства измерений: учебник М.: Академия, 2010
Л1.2 В. Н. Седалищев Микропроцессорные измерительные устройства: учебное пособие Барнаул : АлтГУ, 2016 elibrary.asu.ru
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Седалищев В. Н. Методы и средства измерений электрических величин : учебное пособие Барнаул : АлтГУ, 2017 elibrary.asu.ru
Л2.2 П.А. Бутырин, Т.А. Васьковская, В.В. Каратаев, С.В. Материкин Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7 (30 лекций): учеб. пособие М.: ДМК Пресс (ЭБС Лань), 2009 e.lanbook.com
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека.
Э2 www.nlr.ru/ Российская национальная библиотека.
Э3 www.nns.ru/ Национальная электронная библиотека.
Э4 www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека.
Э5 www.microinform.ru/ Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ».
Э6 www.tests.specialist.ru/ Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Э7 www.intuit.ru/ Образовательный сайт
Э8 www.window.edu.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
Э9 www.osp.ru/ Журнал «Открытые системы»
Э10 www.ihtika.lib.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
6.3. Перечень программного обеспечения
LibreOffice
Условия использования: https://ru.libreoffice.org/about-us/license/
7-zip
Условия использования: https://www.7-zip.org/license.txt
Acrobat Reader
Условия использования: http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf
Mozila FireFox
Условия использования: https://www.mozilla.org/en-US/about/legal/eula/
Chrome
Условия использования: http://www.chromium.org/chromium-os/licenses
Microsoft Windows
Microsoft Office
6.4. Перечень информационных справочных систем
1 Основы информационных технологий [Электронный ресурс]/ С.В. Назаров [и др.]. - Электрон. текстовые данные. - М.: Интернет-Университет Информационных Технологий (ИНТУИТ), 2016. - 530 с. - Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/52159.- ЭБС «IPRbooks», по паролю.
2 Гаспариан М.С. Информационные системы и технологии [Электронный ресурс]: учебное пособие/ Гаспариан М.С., Лихачева Г.Н.- Электрон. текстовые данные.- М.: Евразийский открытый институт, 2011.- 370 с.- Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/10680.- ЭБС «IPRbooks», по паролю.
Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/);

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
208К лаборатория метрологии и электроники - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 15 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доски меловые 1шт.; учебный стол-10 шт.; компьютеры: марка Aquarius модель Cel-2533 - 10 единиц; генератор GFG-8219A – 22 шт.; источник питания АТН-1023 – 25 шт.; микровольтметр ВМС-4; микровольтметр WMS-4; монитор 17"LCD Samsung 793 MB; мультиметр APPA-203 – 3 шт.; мультиметр APPA-207; осциллограф 211; осциллограф АСК-1052 – 8 шт.; осциллограф DS5152M; осциллограф АСК-1021 – 13 шт.;осциллограф-приставка двухканальный АСК-3116; паяльная станция АТР-1121 - 3 шт.; паяльная станция АТР-4302; принтер лазерный HP L J 1100; программное обеспечение АСК-3106-PO; стабилизатор 3218 - 2 шт.; учебный комплекс для проведения лабораторных работ по курсу " Микропроцессорные системы"
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ
001вК склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска)

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Методические указания к лабораторным работам приведены в Приложении.