面向一流本科专业建设的机器视觉技术课程建设研究

高玮玮 张海峰 周俊 雷菊阳

摘要：一流本科专业建设，既是应用型本科高校贯彻落实教育部“一流本科教育”的核心基础，也是基于自身特性提升专业实力，推动整体发展的重要途径。本文基于应用型本科大学机械设计制造及其自动化专业为背景，讨论面向一流本科专业建设的机器视觉技术课程的建设相关方法。

关键词：一流本科;机器视觉;课程建设

1.引言

当前我国拥有全球最大的工科教育规模，但我国工科人才培养的目标定位不清晰，工科教学理科化，工程教育与行业企业实际脱节较大，工科学生存在综合素质与知识结构方面的缺陷。近年随着本科教育的大众化，本科教育质量问题已经引起社会广泛关注，各级政府也相继出台了各种措施。2017 年 11 月，教育部高等教育司司长吴岩在第十届“中国大学教学论坛”上提出“一流本科，一流专业，一流人才”。2018 年 6 月，在成都举行的新时代全国高等学校本科教育工作会议，第一次以“本科教育”为主题发表了“一流本科教育宣言”[1]。2019 年 4 月，教育部正式印发《关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知》，主要任务是在 2019—2021 年建设约一万个国家级一流本科专业点和一万个省级一流本科专业点 [2]。

由于高校实力的不同，实施一流本科教育，不同层次的高校有不同的道路。应用型本科院校相对于“双一流”重点大学，师资力量较为薄弱，不应好高骛远，盲目跟随重点大学的脚步。对于应用型本科高校来说，应脚踏实地，通过建设一批一流专业来逐步提升学校综合实力。本文以应用型本科高校的机械设计制造及其自动化专业为背景，讨论面向一流本科专业建设的机器视觉技术课程的建设相关途径和方法。

目前，随着工业4.0和中国制造2025的提出，机器视觉技术已经成为智能制造的“风口”技术，机器视觉技术人才就业质量高，在沿海地区更是供不应求。机器视觉技术涵盖面广，需要机械、电子、图像处理、模式识别以及面向对象的编程技术，对人才培养提出了很大的挑战。目前，在国内开设《机器视觉技术》相关课程，各专业侧重点不同。但从根本上来说，机器视觉是以视觉技术为核心的智能機器技术，在日本也称为“视觉机器”，因此，这门课程更适合机械设计制造及自动化专业开设。本文拟从立体化教材建设、课堂教学方法、实验室建设和校企合作四个方面进行探讨。

2.以“一流本科”专业建设为指导，进行立体化教学内容建设

按照“一流本科”专业建设的指导意见，机械类本科专业开设《机器视觉技术》课程，其课程总体教学目标为：（1）了解机器视觉系统的基本组成、原理和图像处理的基础知识;（2）掌握机器视觉系统的硬件技术;（3）掌握图像处理的经典方法;（4）掌握机器视觉应用最普遍的尺寸测量技术与缺陷检测技术;（5）熟悉并了解基于机器视觉的字符识别、车牌识别技术。通过课程实验培养学生的使用机器视觉软硬件能力和创新思维。初步掌握机器视觉系统的设计方法和工程技能，为成为一名具有光机电一体化集成和开发能力的工程师奠定坚实的理论和工程实际基础。基于此，我们进行了课程教学大纲的设计，总学时32学时，理论学时26学时，课内实验学时6学时，另外安排了多个选做实验项目。

3.以案例教学为重点，改革课程教学方法

《机器视觉技术》课程内容比较繁杂且实践性强，如何在30个学时的有限时间里让学生既能掌握基本的理论同时还具备一定的实践动手能力，这对教师的教学方法和手段是一个很大的挑战。比如：图像处理方法这一章，虽然在课时安排上已经明显倾斜，但是即便如此想要把图像处理方法讲清楚，还是非常困难的。基于此，采用基于案例的教学方法来讲解各种图像处理方法的应用和理论。例如在图像分割方法这一部分的内容讲授时，对于阈值分割方法中阈值的选取，会以多种类型的图像为例来说明阈值该如何选取，同时通过零件缺陷检测、血管分割等经典案例来说明图像分割在实际中的应用，从而加深学生对该方法的理解。

4.以实验室建设为依托，构建机器视觉实践平台，培养学生创新意识

课堂理论讲授重要，而搭建一个功能齐全，具有基础性兼顾先进性的机器视觉实验室同等重要甚至是更为重要。从2016年开始，利用学校实验室建设经费，先后投入150多万元，打造了集教学和科研为一体的机器学习与视觉综合实验室。主要的设备有：机器视觉综合试验台10套，线阵扫描平台1套。大型综合实训和科研设备有：Faro激光跟踪仪，视觉引导激光打标机，视觉引导AGV，雷尼绍激光干涉仪、UR人机协作机器人、Fanuc视觉并联机器人，航拍无人机等。机器视觉器件包括：智能相机、工业相机、Gocator激光位移传感器、工业镜头、运动平台、LED光源、激光器、型号规格齐全，方便学生在静态台架和运动平台上开展各种课外创新实验。开设的课内实验有：图像获取与光源实验、多距离测量、划痕检测、车牌识别实验等，另外选做的实验有：相机标定实验、机器人手眼标定实验等。由于成立了先进、完善的机器视觉实验室，也为我们校企合作打下了良好的基础。

5.结论

作为契合“一流本科专业建设”指导思想的机器视觉技术课程，在机械设计制造及自动化专业开设具有重要意义。不仅需要建立科学合理的教学体系，更需构建先进完备的实践基地。这样才能牢固学生理论基础，培养学生实践创新能力。

参考文献

[1] 张晞，顾永安，张根华 . 地方应用型高校一流本科专业推进策略 —基于江苏 20 所高校特色专业建设的调研[J]. 中国高校科技，2019（11）.

[2] 李晓贤. 地方院校推进一流本科教育的战略研究 [D]. 山西大学，2019.

上海工程技术大学机械与汽车工程学院 高玮玮，张海峰，周俊，雷菊阳