課程名稱：數字圖像處理

1         設計目的：通過本課程設計，使學生鞏固和加強數字圖象處理的理論知識，使學生獲得設計方法的基本訓練，提高其綜合運用知識的能力和實踐能力。

1.1         通過專業方向課程設計，學習、體會、熟悉與本專業密切相關的項目研究開發的完整過程：課題的提出與論證、調研、文獻閱讀、方案比較與選擇、理論研究、計算機仿真、實驗研究、報告撰寫、課題答辯。

1.2         掌握綜合運用所學知識分析、解決實際問題的一般方法。

1.3         培養學生綜合分析問題、解決問題和獨立工作的能力。

1.4         通過課程設計及答辯全過程的訓練，加強老師與學生之間、學生與學生之間知識的相互交流，互相滲透，培養勤奮、求實的良好學風。

 

2          設計題目：

題目1：圖像處理軟件設計編程

題目2：運動物體軌跡描述

題目3：特技摳像

題目4：醫學圖像增強

題目5：手勢識別

題目6：顏色識別機器人

題目7：寫字繪畫機器人

題目8：物品分揀系統

 

3          設計任務與工作內容：

3.1         通過查閱文獻和閱讀：簡要了解所研究課題的國內外現狀及歷史。

3.2         知識的學習和需要完成的內容：

題目1圖像處理軟件設計編程：要有菜單和圖形化界面，盡可能包含所學到的知識。主要有（1）常見菜單功能；（2）圖像的灰度級變換，對比度增強；（3）各種濾波器的實現；（4）圖像分割，有不同的方法；（5）幾何變換；（6）特技處理。等

題目2運動物體軌跡描述：（1）學習掌握圖像采集卡的操作使用；（2）采集序列圖像供后面使用；（3）對圖像進行必要的增強、二值化等；（4）求出每幅圖像中物體的質心；（5）將質心相連即得運動物體的軌跡。

    題目3特技摳像：要求摳取圖像中某個特定區域內的內容。（1）對圖像進行必要的增強處理；（2）選用、比較不同的邊緣提取算法，選擇最優的用于本課題；（3）學習掌握Hough變換算法，并用于對圓形區域的檢測；（4）采用蒙板、與運算或其他有效方法摳取最終所要內容。

題目4醫學圖像增強：主要運用綜合增強方法，參照岡薩雷斯書，（1）用拉氏算子、sobel算子等提取邊緣圖像；（2）對其中的邊緣圖像做平滑處理以減少噪聲的影響；（3）原圖和高頻信息相加（融合）；（4） 進行灰度增強，得增強后圖像。

其中要注意對負值的處理，不同的算子得到的結果可能相差較大，圖像的相加比例也很重要。

題目5手勢識別：這是一個難度較高的題目，部分內容超出本課內容，但通過認真學習是可以完成的。本課題分三個層次（1）靜態手勢的識別；（2）動態手勢的識別；（3）與計算機交互。  要完成（1）學習掌握圖像采集卡的操作使用；（2）采集序列圖像；（3）圖像增強、二值化、分割出手勢圖像；（4）對手勢圖像進行幾何矩的計算，在訓練階段用于建庫，在分類階段用于識別；（5）用最近鄰法準則進行分類。

在動態識別上要完成實時的圖像采集和識別；在第三層次上要作一軟件，除了上面的識別功能外，還要實時地完成人與計算機出拳的勝負判斷和給出結果。

題目6顏色識別機器人：這是采用廣茂達能力風暴智能機器人AS-U為核心控制器，結合AS-EIM工程創新模塊來構成一個生產流水線上的不同顏色物品的分揀系統，具有挑戰性。

該系統分硬件搭建和軟件編程兩大部分。（1）硬件部分有AS-EIM工程創新模塊來模擬搭建，制作機器手，存放物體的倉庫等；（2）軟件編程使用流程圖，完成對所有硬件的控制以及計算、識別等功能；（3）使用不同顏色的物體來模擬生產線上的物品，利用傳感器來區分不同顏色的物體并把它們分別放到不同的位置。

題目7寫字繪畫機器人：這是采用廣茂達能力風暴智能機器人AS-UII為核心控制器，結合AS-EIM工程創新模塊來實現一個平面關節型操作機器人，可以實現寫字（如“王”字）、繪畫等動作演示。

    該系統分硬件搭建和軟件編程兩大部分。（1）硬件部分由AS-EIM工程創新模塊來模擬搭建，制作機器手、平臺等；（2）應用AS-UII核心機器人及AS-Lasy擴展卡將AS-UII與AS-EIM相結合；（3）軟件編程使用能力風暴智能機器人VJC1.6開發版，應用流程圖或C語言；（4）編寫軟件實現簡單文字或圖形的生成、繪制等功能。

 

3.3         編程軟件和工具的進一步學習和熟悉：對編程中要用到的新的函數、功能等進一步學習掌握。

3.4         方案設計：確定要實現的內容，方法、步驟等，制定實施方案。

3.5         計算機編程實現：編程實現以上內容。

3.6         總結、準備答辯：寫課程設計報告，準備答辯材料。

 

4         要求：

4.1      要求同學們以滿腔的熱情、科學的態度，嚴謹的作風、高度的責任感從事課程設計工作；不得敷衍了事、馬馬虎虎、得過且過；提倡周密思考、大膽創新，反對生搬硬套、墨守陳規；提倡共同研究，反對相互抄襲。

4.2      要求遵守作息時間，遵守學校的各項規章制度，確保設計順利、高質量地完成。

 

5         時間安排：本學期畢業設計共2周，10個工作日，并利用周末時間，具體安排如下：

19周一至三：理論知識的鞏固學習、資料查詢、閱讀， Matlab編程語言的再學習等。

19周四至五：確定設計方案、編寫程序。

20周一至三：編寫程序。

20周四至五：撰寫設計報告，準備答辯。

20周五至六：答辯。

 

6         分組安排：

6.1      共48人，每組2-3人，分為18-20個組。按照先民主后集中、好壞搭配的原則進行。

6.2      每個組的同學可通過協商，從給定5個題目中自由選擇一個題目。

6.3      每個組各同學要有分工，自己進行協商分工辦法。

6.4      每個組固定使用實驗室的某臺計算機，同時負有保管職責。

 

7         設計報告的撰寫:

7.1      報告內容完整，包括摘要、目錄、正文、結論、參考文獻等部分。

7.2      原理闡述正確、層次分明、文筆流暢，專業術語使用規范，數據準確。

7.3      本次要求手寫稿，要求字跡規范、不得潦草，圖紙清晰、整潔，內容完整。

 

8         成績考核評定：

課程設計的最終成績是對學生在設計期間的態度、表現、水平、投入、答辯，以及設計報告的全面考核與衡量，而不是簡單的只根據設計報告給成績。因為目前不可能做到一人一題，故只根據報告給成績是偏妥的。成績按優、良、中、及格、不及格五級制給分。

9         主要參考資料

[1]章毓晉，圖像處理和分析，清華大學出版社，1999；

[2]Rafael C. Gonzalez,digital image processing(Matlab版)，電子工業出版社，2004；

[3]劉衛國，MATLAB程序設計教程，水利水電出版社，2005.

[4]郝文化,MATLAB圖形圖像處理應用教程,水利水電出版社,2004