《光学信息处理课程设计》课程教学大纲

《光学信息处理课程设计》教学大纲课程名称：光学信息处理课程设计 课程编号：F098094822英文名称：Coursedesignofopticalinformationprocessing学时：2周 学分：2学分开课学期：第6学期适用专业：光电信息科学与工程课程类别：实践课课程性质：专业方向与拓展先修课程：光学信息处理一、课程的性质及任务《光学信息处理课程设计》是一门实用性、实践性很强的光电类专业实践课，在教学培养计划中列为选修课程。通过本课程的学习，使学生了解和掌握傅里叶光学基础、相干、非相干光学信息处理系统、光学图像识别、小波变换等。通过在每章讲解国内光学信息处理的发展现状，引导学生建立正确的、世界观、人生观、价值观。本课程为考查课，采用期末测试以及平时成绩对学生进行考核。依据河北工程大学光电信息科学与工程专业培养计划，本课程需要培养学生的能力是：1.掌握光电信息科学与工程专业所需的计算机基础、软件开发及应用等必要的知识，具备从事信息系统技术工作的能力。（毕业要求指标1-(3)）。2.掌握所需要的专业知识和开发工具，具备综合运用理论和技术手段设计复杂光电信息科学与工程领域问题的能力（毕业要求指标2-(6)）。3.能够综合运用多种与光电信息科学与工程相关的现代工具，实现对复杂工程问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性（毕业要求指标2-(17)）。4.具有团队合作意识和精神，理解在多学科背景下团队中不同角色成员的职责，能够在团队中胜任成员以及负责人的角色。（毕业要求指标3-④）二、课程目标与要求2.1.课程目标1.具有良好的人文素养、健全的人格、高尚的职业道德和强烈的社会责任感；2.系统地了解傅里叶分析在光学信息处理中的使用，掌握基本的光学信息处理方法。3.使学生获得利用光学信息处理系统对图像识别、光学实现的能力。具备基本的处理问题的能力，提高实际应用能力，为独立解决科学研究中的实际问题打下必要的物理基础。4.培养团队协作能力，以组队的形式（2~4人一组）完成指定课题，并能够胜任团队中相应的角色。智能视觉感知技术课程教学大纲.2课程目标与毕业要求对应关系毕业要求1234毕业要求二级指标••③掌握光电信息科学与工程专业所需的计算机基础、软件开发及应用等必要的知识，具备从事信息系统技术工作的能力。1.知识要求••⑥掌握所需要的专业知识和开发工具，具备综合运用理论和技术手段设计复杂光电信息科学与工程领域问题的能力。2.能力要求••⒄能够综合运用多种与光电信息科学与工程相关的现代工具，实现对复杂工程问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性。2.能力要求•具有团队合作意识和精神，理解在多学科背景下团队中不同角色成员的职责，能够在团队中胜任成员以及负责人的角色。（毕业要求指标3-④）3.素质要求2.3课程目标与培养环节对应矩阵序号课程目标理论教学实践教学1具有良好的人文素养、健全的人格、高尚的职业道德和强烈的社会责任感；HH2系统地了解傅里叶分析在光学信息处理中的使用，掌握基本的光学信息处理方法。H3使学生获得利用光学信息处理系统对图像识别、光学实现的能力。具备基本的处理问题的能力，提高实际应用能力，为独立解决科学研究中的实际问题打下必要的物理基础。H4培养团队协作能力，以组队的形式（2~4人一组）完成指定课题，并能够胜任团队中相应的角色。H注：H表示该能力的在此环节重点培养；M表示该能力在此环节有应用要求；L表示该能力在此环节有所涉及。2.4目标达成度的评价1.课程目标1主要通过理论教学环节进行培养。主要通过课程设计任务书中对光电检测技术的基本知识，基本概念进行考察。目标达成综合以上内容进行评价。2.课程目标2、3、4主要通过实践教学环节进行培养，在实践中有所涉及。主要通过实践操作中对于知识掌握程度，动手能力，团队协作能力进行培养。目标达成综合以上内容进行评价。三、教学方法及手段1.课程设计以实践教学为主，主要考察学生的团队协作能力和资料检索能力；在给定学生课程设计课题的基础上，让学生按照课题要求去分析问题、检索资料、解决问题，最后完成在给定设备上实现任务书的目标。同时通过撰写课程设计报告对所学的知识进行汇总分析。2.课程设计以实践教学为主，主要依托学生自主进行相关内容检索，在课程设计时，教师针对课程设计中学生出现的问题进行思路指引，解决学生遇到的困难。四、课程的基本内容与教学要求1．傅里叶光学基础教学要求：了解傅里叶分析的基本方法；掌握平面波角谱和角谱的衍射以及透镜系统的傅里叶变换性质教学内容：二维傅里叶分析；空间带宽积和测不准关系；平面波的角谱和角谱的衍射；透镜系统的傅里叶变换性质。重点难点：平面波角谱的衍射，透镜系统的傅里叶变换性质。2．经典光学信息处理教学要求：了解傅里叶处理器、空间滤波概念；了解照相图像的复原方法；掌握全息术基本原理、相关和卷积的基本概念；了解傅里叶变换全息图的记录。教学内容：傅里叶处理器；空间滤波；照相图像的复原；全息术；傅里叶变换全息图；相关和卷积。重点难点：相关和卷积，空间滤波，全息术3．非相干光学信息处理教学要求：了解非相干像的形成和MTF的测量；掌握非相干空间滤波方法和傅里叶变换光谱仪原理。教学内容：杨氏干涉仪和空间相干性；非相干像的形成；MTF的测量；迈克尔逊干涉仪和时间相干性；傅里叶变换光谱仪；投影显示的消像素技术；计算层析技术。重点难点：空间和时间相干性，非相干空间滤波，傅里叶变换光谱仪。4．光学图像识别教学要求：理解光学相关器和非相干识别器的含义；掌握VanderLugt相关器和实时联合变换相关器；了解旋转不变VanderLugt相关器、比例不变VanderLugt相关器和旋转不变。教学内容：光学相关器；非相干识别器；VanderLugt相关器；实时VanderLugt相关器；旋转不变VanderLugt相关器；比例不变VanderLugt相关器；实时联合变换相关器；旋转不变。重点难点：光学相关器，VanderLugt相关器，联合变换相关器。5．广义傅里叶变换及其光学实现教学要求：掌握广义傅里叶变换及其光学实现；理解用透镜实现广义傅里叶变换的基本光学单元；了解用自聚焦笑影光波导实现广义傅里叶变换。教学内容：广义傅里叶变换的定义和性质；用透镜实现广义傅里叶变换的基本光学单元；基本光学单元的组合；用自聚焦笑影光波导实现广义傅里叶变换。重点难点：广义傅里叶变换的定义性质和光学实现。6．光学小波变换教学要求：掌握小波变换的定义和性质及光学实现系统；了解光学小波变换匹配滤波器在图像识别中的应用及光学Harr小波变换和图像边缘探测。教学内容：小波变换的定义和性质；实现一维小波变换的光学系统；用多通道匹配滤波实现二维小波变换；4.光学小波变换匹配滤波器在图像识别中的应用；光学Harr小波变换和图像边缘探测。重点难点：小波变换的定义、性质和光学实现。7．空间光调制器教学要求：理解空间光调制器的定义；理解液晶的扭曲效应及薄膜晶体管驱动液晶显示器及液晶光阀的工作原理；掌握线性电光效应；了解PROM器件和数字微反射镜器件数字化投影的原理。教学内容：磁光空间光调制器；液晶的扭曲效应及薄膜晶体管驱动液晶显示器；大屏幕投影电视、液晶光阀；线性电光效应和PROM器件；数字微反射镜器件数字化投影。重点难点：空间光调制器的定义，液晶显示器、液晶光阀的工作原理，线性电光效应。8．光学神经网络教学要求：了解神经网络的结构、建立及光学互连神经网络的实现。教学内容：引言；神经网络的建立；光学互连神经网络的学习。重点难点：神经网络结构，光学神经网络实现。9．光折变介质信息处理教学要求：理解相位共轭概念及光折变相位共轭器的原理；了解光折变二波耦合和四波混频及自泵谱、互泵谱相位共轭效应；了解相位共轭在联合傅里叶变换相关识别中的应用；了解光折变非线性联合变换相关器及其应用。教学内容：相位共轭；光折变相位共轭器；光折变二波耦合和四波混频；自泵谱、互泵谱相位共轭效应；相位共轭在联合傅里叶变换相关识别中的应用；光折变非线性联合变换相关器。重点难点：光折变相位共轭及其应用；相位共轭在联合傅里叶变换相关识别中的应用。。10.课程设计以Python，Matlab等语言为主，依托图像传感器和视频的图像资源，开发设计图像处理算法，完成任务书指定的要求。五、课内实验无。六、课程学时分配主要内容讲课学时习题课时讨论课时七、课程考核与成绩评定7.1考核方式考核环节包括课程学习过程考核和期末考核，其中课程过程考核占总成绩的50%，主要由课程设计进度进行评定；期末考核成绩占总成绩的50%，主要由课程设计结果进行评定。各环节的比重如下。考核环节比重合计过程考核课程设计进度50%50%期末成绩课程设计结果50%50%总计100%100%7.2考核内容及要求本课程为考查课。考核内容及分值分配如下。考核方式考核内容分值课程目标总分值期末考核50%课程设计结果50目标1、2、3、450分过程考核50%课程设计进度50目标1、2、350分7.3成绩评定1.课程设计进度和出勤情况课程设计进度总分50分，主要有课程设计进度（2周，每周10分），课程设计出勤情况（2周，每周10分），以及相应的课程设计过程中解决问题的表现情况（视情况加分0-10分）。2.课程设计结果课程设计报告总分50分，主要考核课程设计报告的完整度，需要包括前言、课程设计思路、课程设计结果，课程设计配套的代码（每项各10分）。八、课程评价与持续改进8.1课程评价课程评价周期定为每1年评价一次。设置达成情况目标值，采用成绩分析法进行评价。课程达成评价根据测控技术与仪器专业课程达成评价方法进行计算，评价结果用于持续改进。测控系负责人组织教师实施课程评价，制定持续改进措施，监督持续改进过程。课程负责人负责撰写课程考核总结报告，实施课程评价持续改进。8.2持续改进1）日常教学：根据学生学习情况，教师采取座谈会、与学生单独交流，及时调整教学方法、进度，做出教学改进。2）实验室实验：根据学生实验室实验及实验报告情况，对学