《基于OpenCV的视觉开发》课程教学大纲

《基于OpenCV的视觉开发》教学大纲课程英文名VisualDevelopmentBasedonOpenCV课程代码02M0115学分2总学时32理论学时16实验/实践学时16课程类别专业课课程性质任选先修课程C++程序设计/面向对象程序设计适用专业测控技术与仪器测控技术与仪器（卓越）开课学院计量测试工程学院注：课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课；课程性质是指必修/限选/任选。一、课程地位与课程目标（一）课程地位OpenCV是一个跨平台计算机视觉库，它轻量级而且高效，同时提供了C++、Python、Ruby、MATLAB等语言的接口，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。通过本课程的学习，能使学生了解OpenCV的发展和应用，掌握基于OpenCV的基本图像处理方法和视觉开发流程。通过多项实验的系统训练，培养学生分析解决相关问题的能力，为后续从事相关工作或学术研究奠定基础。（二）课程目标本课程培养学生利用基于OpenCV的图像处理技术解决测控领域与测量中的相关问题；突出培养学思结合、知行统一、勇于探索的精神、善于解决问题的实践能力；培养学生形成科学和工程思维，激发学生创新意识。具体课程目标如下：1.对OpenCV有基本的认识；掌握利用OpenCV进行图像处理和视频分析的方法；熟练掌握利用OpenCV进行视觉开发流程。2.学会使用OpenCV进行视觉相关项目开发；能通过互联网、文献资料巩固和拓展所学知识；养成良好的编程习惯，培养严谨务实的分析问题与解决问题能力。二、课程目标达成的途径与方法以课堂教学为主，实验教学为辅，并结合自学和小组大作业。课堂教学主要讲解OpenCV的发展历史、主模块构成、OpenCV的数据类型、各形状绘制和文字添加、二值图像处理、图像增强与滤波、图像变换以及视频序列处理等知识点。通过实例的讲解，使同学们更好地熟悉或掌握基于OpenCV进行图像处理和视觉开发的方法和步骤，提高学生对视觉开发的学习兴趣、培养思维方式和编程方法。课堂教学尽量引入互动环节，使同学们能更好地融入课堂教学，提高教学效果。实验教学主要通过给定内容由学生根据所掌握的知识进行编程、调试并运行，培养学生熟练运用所学知识的能力、收集和提炼信息的能力以及解决实际问题的能力。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求5毕业要求12课程目标1LM课程目标2HH注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。四、课程主要内容与基本要求1、绪论要求了解OpenCV的功能、核心模块，掌握OpenCV开发环境的配置，熟练掌握利用OpenCV进行图像读取、显示与保存。2、OpenCV数据类型要求掌握Mat类、Point类、Scalar类、Size类、Rect类、RotatedRect类、固定矩阵类、固定向量类和Range类的对象定义和使用。3、绘制形状与文字添加要求掌握直线、矩形、圆、椭圆、多边形等形状的绘制方法，熟练掌握图像中添加文字的方法。4、二值图像处理要求了解图像彩色空间，掌握彩色空间变换方法，熟练掌握遍历图像、阈值处理、数学形态学处理、提取连通区域的轮廓和轮廓特征计算等方法。5、图像增强与滤波要求了解图像滤波、图像平滑和图像梯度的知识，熟练掌握图像滤波和图像平滑的方法。6、图像变换要求了解边缘检测的方法，熟练掌握Canny边缘检测方法；了解霍夫变换的原理，掌握利用霍夫变换进行直线和圆检测的方法；熟练掌握利用仿射变换进行图像旋转的方法。7、处理视频序列要求掌握读取视频、处理视频帧、写入视频的方法，了解在视频中进行区域识别的方法。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第1章绪论1.1OpenCV简介1.2开发环境配置1.3图像读取显示与保存1.4滑动条的创建和使用1.5鼠标操作2课前自学了解OpenCV的基本功能。课程目标1第2章OpenCV数据类型2.1Mat类2.2Point类2.3Scalar类2.4Size类2.5Rect类2.6RotatedRect类2.7固定矩阵类2.8固定向量类2.9Range类2课前自学Mat类。课程目标1实验一熟悉OpenCV环境和基本操作2实验报告1课程目标2第3章绘制形状与文字添加3.1直线3.2矩形3.3圆3.4椭圆3.5多边形3.6添加文字2课前自学如何向图像中添加文字。课程目标1实验二OpenCV中形状绘制与文字添加2实验报告2课程目标2第4章二值图像处理4.1彩色空间变换4.2遍历图像4.3阈值处理4.4数学形态学处理4.5提取连通区域的轮廓4.6轮廓特征计算4课前自学常用的彩色空间；课前自学数学形态学的操作方法。课程目标1实验三基本阈值操作和形态学处理2实验报告3课程目标2实验四米粒参数测量2实验报告4课程目标2第5章图像增强与滤波5.1图像滤波5.2图像平滑5.3图像梯度2课前自学常用图像滤波和图像平滑方法；课前自学图像梯度的计算方法。课程目标1实验五图像去噪2实验报告5课程目标2第6章图像变换6.1边缘检测6.2霍夫变换6.3仿射变换2课前自学常用边缘检测方法；课前自学霍夫变换和仿射变换的原理。课程目标1实验六基于霍夫变换的圆目标检测与计数2实验报告6课程目标2第7章处理视频序列7.1读取视频7.2处理视频帧7.3写入视频7.4视频特定颜色区域识别2课前自学与视频处理相关的OpenCV类和相关函数。课程目标1实验七USB摄像头的视频采集2实验报告7课程目标2实验八气泡长度测量2实验报告8课程目标2六、实践环节及基本要求序号实验项目名称学时基本要求学生任务实验性质实验类别1熟悉OpenCV环境和基本操作2掌握OpenCV开发环境的配置方法；了解图像的基本操作。配置OpenCV开发环境；对图像进行读取、显示和保存，提交实验报告。验证性必做2OpenCV中形状绘制与文字添加2掌握利用OpenCV在图像中绘制各种形状和添加文字的方法。生成图像并在其中画不同颜色的直线、矩形、圆、椭圆，并在其中添加文字，提交实验报告。验证性必做3基本阈值操作和形态学处理2掌握OpenCV中阈值处理方法以及数学形态学膨胀、腐蚀、开、闭等运算。在指定的图像中进行阈值处理并进行形态学开、闭运算，提交实验报告。验证性必做4米粒参数测量2掌握图像二值化、轮廓提取和特征计算方法。提供米粒图像，利用OpenCV进行处理测量米粒的位置、长度、面积等参数，提交实验报告。验证性必做5图像去噪2掌握图像均值滤波、中值滤波等去噪方法。提供图像，按不同的滤波方法对图像进行去噪处理，提交实验报告。验证性必做6基于霍夫变换的圆目标检测与计数2掌握霍夫变换进行圆检测的原理和利用OpenCV进行圆检测的方法。提供图像，对图像中的圆目标利用霍夫变换方法进行检测并进行计数，提交实验报告。验证性必做7USB摄像头的视频采集2掌握利用OpenCV对USB摄像头进行操作得方法。利用USB摄像头采集视频，并进行保存，提交实验报告。验证性必做8气泡长度测量2掌握利用OpenCV进行视觉开发的流程。提供气泡实物，利用摄像头进行采集图像，对其中的气泡长度进行测量，提交实验报告。设计性必做注：1.实验性质指演示性、验证性、设计性、综合性等；2.实验类别指必做、选做等。七、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核含到课率、课堂讨论发言、实验、小组大作业等点名记录、课堂发言记录、作业完成质量和实验报告质量50%期末考核作品、面试作品质量、答辩情况50%考核类别考查成绩登记方式百分制八、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：OpenCV3编程入门，毛星