Обробка сигналів і зображень
Спеціальність: Комп'ютерна інженерія
Код дисципліни: 6.123.03.E.081
Кількість кредитів: 5.00
Кафедра: Спеціалізовані комп'ютерні системи
Лектор: Доцент Євгеній Ваврук
Семестр: 7 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: загальні компетентності:
• Здатність до аналізу та синтезу.
• Здатність розв’язувати поставлені задачі та приймати відповідні рішення.
• Здатність ефективно спілкуватися на професійному та соціальному рівнях.
фахові компетентності:
• Здатність застосовувати та інтегрувати знання і розуміння дисциплін інших інженерних галузей.
• Здатність застосовувати професійно-профільовані знання й практичні навички для розв’язання типових задач спеціальності, а також експлуатації комп’ютерних систем та мереж
general competences:
Результати навчання: знати основні поняття цифрової обробки сигналів;
• володіти термінологією, застосовною в даній сфері;
• розрізняти підходи до побудови систем збору, перетворення, відображення, опрацювання, зберігання та передачі даних;
• знати основні операції ЦОС;
• вміти застосувати ключові алгоритми ЦОС;
• використовувати програмні середовища для досліджень та створення моделей, що необхідні в ЦОС;
• вміти співвіднести отримані результати з поставленою метою.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: пререквізити:
Математичний аналіз,
Основи дискретної математики,
Основи алгоритмізації та програмування.
Короткий зміст навчальної програми: Дана дисципліна призначена для освоєння студентами основних математичних моделей і інформаційних характеристик сигналів, що використовуються при дослідженні систем збору, перетворення, опрацювання, зберігання та передачі даних. Для цього передбачається вивчення основних методів та алгоритмів цифрової обробки сигналів і зображень, здобуття теоретичних знань та практичних навиків, необхідних для виконання проектних робіт в галузі застосування алгоритмів обробки сигналів.
Для досягнення програмних результатів навчання, вивчаються математичні основи опрацювання одновимірних і двовимірних сигналів та ключові алгоритми їх опрацювання. Методи дискретизації, стиску, фільтрації сигналів та засоби, що їх реалізовують викладаються в логічному порядку, згідно послідовності використання в загальних системах.
Викладення теоретичного матеріалу поділено на три логічні блоки: в першому розглядаються сигнали та їх властивості; в другому – лінійні дискретні системи, зокрема, цифрові фільтри; в третьому – цифрові зображення та технології їх обробки. Для здобуття практичних навиків пропонується цикл лабораторних занять, що передбачає ознайомлення із пакетом SCILAB та використання його можливостей для обробки сигналів і зображень.
Опис: Дискретизація та квантування(теорема Найквіста, поняття спектру). Елементи теорії сигналів. Ключові операції цифрової обробки сигналів: згортка,модуляція,функціональні перетворення. Математичний апарат дискретних сигналів і лінійних систем в області комплексної змінної та у частотній області ( Z – перетворення ,ДПФ,ШПФ). Лінійні дискретні системи: представлення в часовій та частотній області. Цифрові фільтри. Випадкові сигнали та їх основні характеристики. Цифрові зображення. Первинна та вторинна обробка цифрових зображень. Технології стиску зображень. Технології фільтрації зображень. Особливості опрацювання кольорових зображень.
Методи та критерії оцінювання: Оцінювання знань студентів проводиться відповідно до робочого навчального плану у вигляді семестрового контролю, який проводиться в кінці семестру і включає в себе результати поточного контролю знань студентів, який оцінюється за виконання лабораторних робіт, та контрольного заходу – відповідь на відповідний білет на іспиті. Контрольний захід є обов’язковим видом контролю і проводиться в письмово-усній формі в кінці семестру.
Контрольні запитання поділяються на:
а) прості тестові завдання – вибір так/ні;
б) тестові завдання середнього рівня – вибір з кількох варіантів;
в) тестові завдання вищого рівня – вирішення задач з числовим розв’язком;
г) завдання повного письмового розв’язку – вирішення поставленої задачі.
Критерії оцінювання результатів навчання: Письмові звіти та захист лабораторних робіт. (30%)
Підсумковий контроль (іспит): письмово-усна форма (70 %)
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1.Алгоритми та засоби обробки сигналів: навчальний посібник / Є. Я. Ваврук, О. Л. Лашко, Р. Б. Попович. – Львів: Видавництво «Сполом», 2021. – 240 c.
2.Солонина А.И. Основи цифровой обработки сигналов. 2-е издание. Учебное пособие–БХВ-Петербург, 2005.-753с
3.Айфичер, Эммануил С., Джервис, Барри У. Цифровая обработка сигналов: практический поход, 2-е изд.: Пер. с англ. – М.: Издательский дом “Вильямс”, 2004. – 992с
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).
Обробка сигналів і зображень (курсова робота)
Спеціальність: Комп'ютерна інженерія
Код дисципліни: 6.123.03.E.082
Кількість кредитів: 2.00
Кафедра: Спеціалізовані комп'ютерні системи
Лектор: Доцент Євгеній Ваврук
Семестр: 7 семестр
Форма навчання: денна
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни передбачає формування у здобувачів освіти у відповідності до ОПП «Комп`ютерна інженерія» необхідних компетентностей, знань та умінь.
Інтегральна компетентність
Здатність розв’язувати спеціалізовані задачі та практичні проблеми під час професійної діяльності в комп’ютерній галузі, або у процесі навчання, що передбачає застосування теорій та методів комп’ютерної інженерії і характеризуються комплексністю та невизначеністю умов в процесі проектування функціонально-орієнтованих вузлів.
Загальні компетентності:
ЗК2. Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями.
ЗК3. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях.
ЗК6. Навички міжособистісної взаємодії.
ЗК13. Здатність ефективно спілкуватися на професійному та соціальному рівнях.
ЗК16. Відповідальність за якість виконуваної роботи
Фахові компетентності:
ФК11. Здатність оформляти отримані результати у вигляді презентацій, науково-технічних звітів.
ФК14. Здатність проектувати системи та їхні компоненти з урахуванням усіх аспектів їх життєвого циклу та поставленої задачі, включаючи створення, налаштування, експлуатацію, технічне обслуговування та утилізацію.
ФК15. Здатність аргументувати вибір методів розв’язування спеціалізованих задач, критично оцінювати отримані результати, обґрунтовувати та захищати прийняті рішення.
Фахові компетентності професійного спрямування:
ФКС3.1. Здатність проектувати, розробляти, впроваджувати та обслуговувати спеціалізовані комп’ютерні системи різноманітних сфер призначення.
ФКС3.7. Здатність адмініструвати та використовувати спеціалізовані комп’ютерні системи різного призначення.
Результати навчання: У результаті вивчення навчальної дисципліни здобувач освіти повинен бути здатним
продемонструвати такі результати навчання:
1. Знати теоретичні основи використання алгоритмів ОСЗ.
2. Знати архiтектуру та технічні і конструктивні характеристики сучасних ПОС і ПЛІС.
3. Вміти розраховувати основні параметри вузлів ОСЗ.
4. Вміти вибирати мікропроцесорні компоненти для забезпечення заданих технічних характеристик при проектуванні вузлів ОСЗ.
5. Вміти вибрати та оволодіти навиками використання програмних середовищ для розроблення програмного забезпечення вузлів ОСЗ.
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Алгоритми та методи обчислень
Паралельні та розподілені обчислення
Моделювання комп’ютерних систем
Реконфігуровані комп’ютери
Спеціалізовані мікропроцесорні системи
Методи, засоби та технології проектування комп’ютерних систем
Архітектура спеціалізованих комп’ютерних систем
Короткий зміст навчальної програми: Внаслідок вивчення навчальної дисципліни студент отримає знання теоретичних основ для вибору та використання апаратних в програмних засобів обробки сигналів і зображень, отримає вміння обчислювати основні характеристики вузлів обробки сигналів і зображень, проектувати блок-схему виконання алгоритму, функціональну схему вузла ОСЗ, отримає вміння використовувати типові апаратно-програмні засоби розроблення та налагодження при проектуванні вузлів ОСЗ, познайомиться з різними засобами розроблення програмного забезпечення та оволодіє інтегрованим середовищем для проектування програмного забезпечення заданого вузла ОСЗ.
Опис: Розробка програмованих комп'ютерних засобів ОСЗ:
- кодування мовних сигналів;
- обробка мовних сигналів;
- обробка звукових сигналів;
- технічна діагностика (в окремих галузях техніки);
- системи мультимедіа;
- обробки зображень (з проблемною орієнтацією);
- системи зв'язку;
- системи виявлення (радіолокація, гідроакустика тощо).
Розробка пристроїв ОСЗ на основі спеціалізованих НВІС:
- попереднє зважування сигналів;
- фільтрація та кореляційний аналіз сигналів в часовій області;
- фільтрація та кореляційний аналіз сигналів в частотній області;
- обчислення швидкого перетворення Фур'є;
- обчислення швидкого перетворення Хартлі;
- обчислення швидкого косинусного перетворення;
- виконання арифметичних і математичних операцій над великими числами;
- сортування масивів даних.
Проектування спеціалізованих НВІС ОСЗ:
- формування адрес;
- виконання базових операцій алгоритмів швидкого перетворення Фур'є;
- виконання базових операцій алгоритмів косинусного перетворення;
- обчислення математичних функцій;
- статистичне кодування;
- медіанна фільтрація масивів;
- сортування і екстремальна фільтрація масивів даних;
Методи та критерії оцінювання: Для оцінки знань студентів передбачається заліковий контроль, який складається з письмової компоненти - правильність і достовірність отриманих результатів та оформлення КР (50 балів) і усної компоненти (50 балів).
Критерії оцінювання результатів навчання: Синтез методів, алгоритмів обробки для реалізації завдання
Розрахунок параметрів проектованого вузла обробки
Розробка функціональної схеми вузла обробки
Розробка програмного забезпечення КР
Розробка і оформлення КР
Заліковий контроль проводиться в письмово-усній формі.
Залік перед комісією студент складає також в письмово-усній формі з фіксацією запитань та оцінок відповідей на екзаменаційному листі.
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Ваврук Є. Я. Алгоритми та засоби обробки сигналів: навчальний посібник / Є. Я. Ваврук, О. Л. Лашко, Р. Б. Попович. – Львів: Видавництво «Сполом», 2021. – 240 c.
2. Тотосько О.В. Цифрова обробка сигналів та зображень : навчальний посібник / О.В. Тотосько , П.Д. Стухляк. - Тернопіль : ТНТУ імені Івана Пулюя, 2016. - 132 с.
3. Є. Ваврук , Р. Попович Цифрове опрацювання сигналів та зображень: Алгоритми та реалізація. Навчальний посібник з дисципліни „Проектування комп’ютерних засобів обробки сигналів та зображень” для студентів спеціальностей 7.091501 і 8.091501 "Комп'ютерні системи та мережі", 7.091503 і 8.091503 “Спеціалізовані комп'ютерні системи“ – Львів: Національний університет “Львівська політехніка”, 2008, 147 с.
4. . Є. Ваврук , О. Лашко Основи обробки сигналів Навчальний посібник з дисципліни “Цифрова обробка сигналів” для студентів базового напряму 6.0915 - “Комп’ютерна інженерія” Вид-во Нац. ун-ту “Львівська політехніка”, 2009 р. 104с.
5. Є. Ваврук, О. Лашко Програмування алгоритмів швидкого перетворення Фур’є//Методичні вказівки до курсовоої роботи
6. Є. Ваврук, О. Лашко Проектування процесора швидкого перетворення Фур’є//Методичні вказівки до курсової роботи.
7. Є.Ваврук, О.Акимишин Проектування процесора швидкого перетворення Фур’є на програмованих логічних інтегральних схемах//Методичні вказівки до курсової роботи.
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою:
вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112
E-mail: nolimits@lpnu.ua
Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).