Kurssi: AUTO3110 Konenäkö

Laajuus: 5 op

Opettajat:

Luennot: Janne Koljonen, http://lipas.uwasa.fi/~jako

Harjoitukset: Janne Koljonen

Harjoitustyön ohjaus: Janne Koljonen

Kurssin kotisivut: http://lipas.uwasa.fi/~TAU/AUTO3110 ja http://lipas.uwasa.fi/~jako/vision/

Sijoittuminen opintoihin: Automaatiotekniikan syventävät opinnot (ja jatko-opinnot).

Edeltävät tiedot ja taidot: Signaalin- ja kuvankäsittelyn perusteet, ohjelmointitaito.

Tavoite: Osata suunnitella ja toteuttaa yksinkertainen konenäköjärjestelmä.

Sisältö: Kurssilla tutustutaan konenäköjärjestelmän osiin (optiikka, kamerat, kuvansiirto, valaistus), älykameroihin, kerrataan kuvankäsittelyn perusteita, tehdään kuvankäsittelyä Matlabilla sekä opitaan hahmontunnistusta, kamerakalibrointia ja kuvaan perustuvaa mittausta. Lisäksi käsitellään 3D kameramittauksen ja kalibroinnin perusteet sekä erilaisia sovelluksia. Kurssin aikana tehdään ryhmätöitä, laskuharjoituksia, kuvankäsittelyä ja kuva-analyysiä Matlabilla sekä harjoituksia älykameralla. Lisäksi tehdään harjoitustyö, jossa suunnitellaan konenäköjärjestelmä sekä toteutetaan ja testataan siitä valittuja osia.

Opetusmenetelmät: Kurssilla toteutetaan tutkivan oppimisen ja ongelmaperustaisen oppimisen menetelmiä. Ryhmätöissä hyödynnetään yhteistoiminnallista oppimista ja vertaisoppimista.

Luennot

Luennoilla esitetään perusasioita, jotka kaikkien tulisi hallita ja jotka auttavat oppimistehtävien teossa.

Harjoitukset

Harjoitustehtäviä tehdään ennakolta itsenäisesti tai kaverin kanssa. Harjoitusaikoina tehtävien tekoa jatketaan yksin tai ryhmissä. Harjoituspisteitä saa ennakolta tehdyistä laskutehtävistä ja viimeistään harjoituksissa tehdyistä ohjelmointitehtävistä. Mikäli ei pääse harjoituksiin, ratkaisunsa voi lähettää sähköpostilla.

Harjoitustyö

Ryhmällä on yhteinen harjoitustyöaihe, mutta jokainen tekee yksilöllisen raportin. Kurssin alussa pidetään tutoriaali (aivoriihi), jossa ryhmä määrittää oman harjoitustyötehtävänsä otsikon ja sisällön. Kurssin aikana kukin kokoaa otsikosta oman harjoitustyönsä ja siitä raportin. Harjoitustyössä suunnitellaan jokin konenäköjärjestelmä ja harkinnan mukaan toteutetaan siitä osia. Muutamana harjoituskertana tehdään välikatsauksia harjoitustöiden tilanteisiin. Kurssin lopuksi kotiryhmä pitää toisen tutoriaalin, jossa harjoitustöistä tehdään synteesi.

Ryhmätyöt

Kurssiin kuuluu kolme laajempaa, arvosteltavaa ryhmätyötä, joiden avulla opitaan rajatumpia aiheita. Aluksi jaetaan kullekin yksilöllinen aihe esiselvitystä varten. Harjoituksissa samaan aiheeseen perehtyneet muodostavat tilapäisen asiantuntijaryhmän, joka valmistelee aiheesta oppimateriaalia.

Ennen kuin asiantuntijaryhmä päättää työskentelynsä, ryhmäläiset arvioivat ryhmän ja ryhmäläisten toimintaa. Palautteenanto ja arviointi ovat tärkeitä taitoja myös työelämässä, minkä takia niitä harjoitellaan kurssilla.

Harjoitustyöt puretaan kuhunkin tilanteeseen sopivalla tavalla kotiryhmissä. Lopuksi opettaja arvioi ryhmän oppimista erilaisin keinoin. Yksi mahdollisuus on, että yksi kotiryhmäläinen arvotaan suulliseen tenttiin ja kaikki ryhmäläiset saavat sen perusteella arvosanan kyseisestä osiosta. Eri osioiden painotukset on esitetty myöhemmin.

Suoritustavat ja arviointikriteerit:

1. Kurssilla oleellista on osallistuminen toiminnallisiin ja yhteistoiminnallisiin osioihin. Kurssin suoritus muodostuu yksilöllisesti palautettavista tehtävistä, ryhmätehtävistä sekä aktiivisesta osallistumisesta tehtävien tekoon. Kurssiin kuuluu seuraavat arvosteltavat oppimistehtävät:

Oppimistehtävä	Paino arvosanassa [%]
3 ´ ryhmätyön yksilöllinen kirjallinen esitehtävä	3 ´ 5 = 15
3 ´ ryhmätyön kirjallinen tuotos	3 ´ 5 = 15
3 ´ ryhmätyöskentelyn vertaisarviointi (asiantuntijaryhmä)	3 ´ 5 = 15
3 ´ ryhmäoppimisen arviointi ryhmätyön jälkeen (kotiryhmä)	3 ´ 5 = 15
harjoitustyön kirjallinen raportti	20
harjoitustöiden synteesitutoriaali	5
harjoitustehtävät	15

Opettaja arvioi tuotoksen sisällön. Ryhmätyöskentelyn vertaisarvioinnissa arviointikriteerinä on puolestaan kunkin ryhmäläisen merkitys ryhmän perustehtävän suorittamiseen. Vertaisarvioinnissa ryhmän tulee pohtia oman ryhmänsä toimintaa ja antaa toisille avointa, rakentavaa palautetta. Ryhmä saa tietyn määrän pisteitä, jotka se vertaisarvioinnin avulla jakavat keskenään.

Harjoitustehtävistä saa pisteitä esittelemällä ne opettajalle harjoituksissa. Ei ole väliä, tekeekö niitä kotona vai harjoituksissa, mutta yleensä harjoituksiin varattu aika ei riitä läheskään kaikkien tehtävien tekemiseen, joten kotitöitäkin on syytä tehdä. Harjoituksia suositellaan tehtävän pareittain tai ryhmissä.

2. Vaihtoehtoisesti voi suorittaa tentin ja tehdä harjoitustyön. Tällöin tentistä annetaan arvosana 1–5/hylätty, harjoitustyöstä hyväksytty/hylätty.

Materiaali:

· Milan Sonka, Vaclav Hlavac, Roger Boyle: Image Processing, Analysis, and Machine Vision. Second edition, Brooks/Cole Publishing, USA, 1999

· Luentokalvot (http://lipas.uwasa.fi/~jako/vision)

· Matlab-ohje (http://lipas.uwasa.fi/~jako/vision/Matlab-ohje.pdf)

· Internet

· Konenäkökomponenttikuvastot (Internet/laboratorioinsinööriltä lainattavissa)

· Artikkeleita?

Opetus:

· Luennot 24 h (12 ´ 2 h), harjoitukset 18 h (9 ´ 2 h), harjoitustyön ohjaus 10h (5 ´ 2 h).

Oppijan työmäärä:

Kokonaistyö viidelle opintopisteelle on 135 tuntia oppijan työtä. Tämä jakautuu seuraavasti:

- Luennot + ryhmätöiden purku + synteesitutoriaali: 24 h

- Harjoitukset + ryhmätöiden teko: 18 h

- Harjoitustyön ohjaus 10 h

- Tentti (jos tekee): 3 h

- Itsenäinen opiskelu: 30 h

- Oppimistehtävien (harjoitusten + harjoitustyön esitehtävän) itsenäinen tekeminen: 20 h

- Harjoitustyön itsenäinen tekeminen ja raportointi: 30 h.

Sisältö: Lähitapaamisten aiheet.

1 Johdanto (ti 2.3.):

2 Harjoitustyötutoriaali I + ryhmätyö 1:n aiheiden jako (ke 3.3.):

3 Ryhmätyö 1 + harjoitus 1 (ti 9.3.)

4 Purku 1 + kuvankäsittelyluento (ke 10.3.):

5 Ryhmätyö 2:n aiheiden jako + hahmontunnistusluento (ti 16.3.):

6 Harjoitus 2 (ti 16.3.)

7 Luento: optimointi, alipikselipaikannus, reunaviivan/kulman paikannus, graafin sovitus (ti 23.3.)

8 Ryhmätyö 2.1 + harjoitustyön ohjaus tai harjoitustehtävien jatkaminen (ke 24.3.):

9 Ryhmätyö 2.2 + harjoitustyön ohjaus (ti 30.3.)

10 Purku 2 + luento: kameratekniikka, tiedonsiirto ja kuvankaapparit (ke 31.3.):

11 Harjoitus 3 (ti 6.4.)

12 Luento: Optiikka, vääristymät ja kamerakalibrointi (ke 7.4.):

13 Luento: Kuvaan perustava mittaus, kuvien kohdistus + ryhmätyö 3:n aiheiden jako (ke 14.4.):

14 Ryhmätyö 3 + harjoitustyön ohjaus (ti 20.4.)

15 Purku 3 (ke 21.4.)

16 Omatoiminen työskentely (ke 21.4.)

17 Luento: Valaistus + ryhmäkuulustelu (ti 27.4.)

18 Harjoitus 4 (ke 28.4.)

19 Harjoitustyön ohjaus (ke 28.4.)

20 Luento: Tekstuurianalyysi (ti 4.5.)

21 Luento: 3D-mittauksen perusteet (ke 5.5.)

22 Harjoitustyön ohjaus (ke 5.5.)

23 Harjoitus 5 (ti 11.5.)

24 Luento: Älykamerat (ke 12.5.)

25 Harjoitustyön ohjaus (ke 12.5.)

26 Harjoitus 6 (ti 18.5.)

27 Harjoitus 7 (ke 19.5.)

28 Harjoitustyön ohjaus (ke 19.5.)

29 Harjoitustyötutoriaali II + yhteenvetoa + palautekeskustelu (ti 25.5.–ke 26.5.)