Cyfrowe przetwarzanie sygnałów

Nazwa przedmiotu:
CYFROWE PRZETWARZANIE SYGNAŁÓW
Digital Signal Processing
Kierunek:
Forma studiów:
Kod przedmiotu:
Inżynieria Biomedyczna
studia stacjonarne
Rodzaj przedmiotu:
Poziom kwalifikacji:
obowiązkowy
moduł kierunkowy ogólny
I stopnia
IB_mk_19
Rok: II
Semestr: IV
Rodzaj zajęć:
Liczba godzin/tydzień:
Liczba punktów:
wykład, laboratorium
1W, 2L
3 ECTS
PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE
I KARTA PRZEDMIOTU
CEL PRZEDMIOTU
C1. Zapoznanie studentów z podstawowymi metodami i technikami cyfrowego przetwarzania
sygnałów biomedycznych z wykorzystaniem wiedzy o teorii sygnałów i technice cyfrowej.
C2. Nabycie przez studentów praktycznych umiejętności w zakresie rejestrowania, kodowania,
kompresowania, konwersji, filtrowania, analizy i przetwarzania sygnałów, wykorzystywanych
w medycynie.
WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI
1. Wiedza z zakresu matematyki i podstaw programowania.
2. Znajomość zasad bezpieczeństwa pracy przy użytkowaniu urządzeń obrazujących.
3. Umiejętność wykonywania działań matematycznych do rozwiązywania postawionych zadań
związanych z teorią sygnałów.
4. Umiejętność korzystania z różnych źródeł informacji w tym z instrukcji i dokumentacji
technicznej.
5. Umiejętności pracy samodzielnej i w grupie.
6. Umiejętności prawidłowej interpretacji i prezentacji własnych działań.
EFEKTY KSZTAŁCENIA
EK 1 – posiada podstawową wiedzę teoretyczną z zakresu cyfrowego przetwarzania oraz analizy
sygnałów dźwiękowych i wizyjnych, w szczególności sygnałów biomedycznych,
EK 2 – jest zdolny zaproponować rodzaj filtracji w celu rozwiązania konkretnego zagadnienia
związanego z analizą i przetwarzaniem sygnałów.
EK 3 – potrafi dokonać konwersji sygnałów do dziedzin częstotliwościowych i czasowych, w celu
wydobycia poszukiwanych cech sygnałów, wymaganych przy analizie i kodowaniu.
EK 4 – potrafi zrealizować automatyczną analizę, przetwarzanie i detekcję obrazów w celu
ekstrakcji wybranych cech z cyfrowych obrazów.
EK 5 – zna zaawansowane techniki i metody cyfrowego przetwarzania sygnałów biomedycznych,
umie zbudować przy pomocy oprogramowania inżynierskiego system do przetwarzania
sygnałów biomedycznych.
WIMiI_IB_Ist_ IB_mk_19 – Cykl kształcenia rozpoczynający się w roku akademickim 2013/2014
1/6
TREŚCI PROGRAMOWE
Forma zajęć – WYKŁADY
W 1 – Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów.
W 2 – Pojęcie sygnału, przestrzenie sygnałów.
W 3 – Konwersja analogowo-cyfrowa sygnałów.
W 4 – Przekształcanie sygnałów w dziedzinę częstotliwościową.
W 5 – Projektowanie filtrów cyfrowych dla sygnałów.
W 6 – Analiza, przetwarzanie i rozpoznawanie obrazów cyfrowych.
W 7 – Przekształcenia geometryczne i punktowe.
W 8 – Filtracja obrazów cyfrowych.
W 9 – Filtry nieliniowe.
W 10 – Przekształcenia morfologiczne.
W 11 – Rodzaje sygnałów biomedycznych, urządzenia do rejestracja sygnałów
biomedycznych,
W 12 – Standardy zapisu sygnałów biomedycznych.
W 13 – Transformaty sygnałów biomedycznych, analiza cech geometrycznych sygnałów
biomedycznych
W 14 – Sztuczna inteligencja w analizie sygnałów biomedycznych.
W 15 – Wykorzystanie sygnałów biomedycznych w telemedycynie.
Forma zajęć – LABORATORIUM
L 1 – Podstawowe operacje i funkcje w systemie Matlab.
L 2,3 – Obiekty w GUI, obsługa wejścia-wyjścia, podstawowa komunikacja.
L 4 – Konwersja A/C, próbkowanie i kwantyzacja sygnału.
L 5 – Generowanie sygnałów, splot sygnałów.
L 6 – Filtracja sygnałów.
L 7 – Przekształcanie sygnałów w dziedzinę częstotliwościową, szybka i odwrotna
transformata Fouriera.
L 8 – Wczytywanie, wyświetlanie i konwersja obrazów.
L 9 – Przekształcenia punktowe, wyrównanie histogramu.
L 10 – Filtracja obrazów cyfrowych.
L 11 – Operacje morfologiczne na obrazach biomedycznych.
L 12,13 – Analiza cech geometrycznych obiektów w obrazach biomedycznych.
L 14,15 – Metody automatycznej detekcji wybranych cech charakterystycznych
sygnałów biomedycznych
WIMiI_IB_Ist_ IB_mk_19 – Cykl kształcenia rozpoczynający się w roku akademickim 2013/2014
Liczba
godzin
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Liczba
godzin
2
4
2
2
2
2
2
2
2
2
4
4
2/6
NARZĘDZIA DYDAKTYCZNE
1. – wykład z wykorzystaniem prezentacji multimedialnych
2. – opracowanie sprawozdań z realizacji przebiegu ćwiczeń
3. – przykładowe systemy sterujące i biometryczne
4. – instrukcje do wykonania ćwiczeń laboratoryjnych
5. – programy inżynierskie do analizy i przetwarzania sygnałów dźwiękowych oraz statycznych i
dynamicznych obrazów
6. – stanowiska do ćwiczeń wyposażone w urządzenia do rejestracji i odtwarzania sygnałów
SPOSOBY OCENY ( F – FORMUJĄCA, P – PODSUMOWUJĄCA)
F1. – ocena przygotowania do ćwiczeń laboratoryjnych
F2. – ocena umiejętności stosowania zdobytej wiedzy podczas wykonywania ćwiczeń
F3. – ocena sprawozdań z realizacji ćwiczeń objętych programem nauczania
F4. – ocena aktywności podczas zajęć
P1. – ocena umiejętności rozwiązywania postawionych problemów oraz sposobu prezentacji
uzyskanych wyników – zaliczenie na ocenę*
P2. – ocena opanowania materiału nauczania będącego przedmiotem wykładu – zaliczenie wykładu
*) warunkiem uzyskania zaliczenia jest otrzymanie pozytywnych ocen ze wszystkich ćwiczeń laboratoryjnych,
OBCIĄŻENIE PRACĄ STUDENTA
Forma aktywności
Godziny kontaktowe z prowadzącym
Średnia liczba godzin na
zrealizowanie aktywności
15W 30L  45 godz.
konsultacje
5 godz.
Przygotowanie do ćwiczeń laboratoryjnych
15 godz.
Wykonanie sprawozdań z realizacji ćwiczeń laboratoryjnych
10 godz.
(czas poza zajęciami laboratoryjnymi)
Suma
LICZBA PUNKTÓW ECTS DLA PRZEDMIOTU
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje na zajęciach
wymagających bezpośredniego udziału prowadzącego
Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o
charakterze praktycznym, w tym zajęć laboratoryjnych i
projektowych

75 godz.
3 ECTS
2 ECTS
2,2 ECTS
LITERATURA PODSTAWOWA I UZUPEŁNIAJĄCA
1. Lyons R. G.: „Wprowadzenie do cyfrowego przetwarzania sygnałów”, WKiŁ, W-wa, 1999,
2. Cytowski J. I inni, Cyfrowe przetwarzanie obrazów medycznych, EXIT, Warszawa, 2008,
3. Szabatin J.: „Podstawy teorii sygnałów”, Wydanie 3, WKiŁ, W-wa, 2003
4. Ryszard Tadeusiewicz, Przemysław Korohoda, „Komputerowa analiza i przetwarzanie obrazów”,
Wydawnictwo Fundacji Postępu Telekomunikacji, Kraków 1997.
5. Chmielewski, L. Kulikowski, J.L., Nowakowski, A. (red.) Obrazowanie biomedyczne. Biocybernetyka
i Inżynieria Biomedyczna 2000, Tom 8, EXIT, 2003.
WIMiI_IB_Ist_ IB_mk_19 – Cykl kształcenia rozpoczynający się w roku akademickim 2013/2014
3/6
6. Witold Malina, Sergey Ablameyko, Waldemar Pawlak, “Podstawy cyfrowego przetwarzania
obrazów”, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, Warszawa 2002.
7. Zygmunt Wróbel, Robert Koprowski, “Przetwarzanie obrazu w programie MATLAB”,
Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Katowice 2001.
PROWADZĄCY PRZEDMIOT ( IMIĘ, NAZWISKO, ADRES E-MAIL)
1. dr inż. Mariusz Kubanek [email protected]
MACIERZ REALIZACJI EFEKTÓW KSZTAŁCENIA
Efekt
kształcenia
EK1
EK2
EK3
EK4
EK5
Odniesienie
danego efektu do
efektów
zdefiniowanych
dla całego
programu (PEK)
K_W12
K_W17
KIM_W12
KIM_W13
K_W17
K_W27
K_U01
K_U11
K_U18
K_U01
K_U11
K_U18
K_W17
K_W27
KIM_W12
KIM_W13
K_U11
K_U18
K_W17
K_W27
KIM_W12
KIM_W13
K_U11
K_U18
Cele
przedmiotu
Treści
programowe
Narzędzia
dydaktyczne
Sposób
oceny
C1
W1-15
1,3
F1
P2
C1,C2
W5,8,9
L6, 10
1-6
F1-4
P1,P2
C2
L7,14,15
1-6
F1-4
P1
C1,C2
W3-5,7-10,13
L6-15
1-6
F1-4
P1
C1,C2
W11-15
L6-15
1-6
F1-4
P1,P2
WIMiI_IB_Ist_ IB_mk_19 – Cykl kształcenia rozpoczynający się w roku akademickim 2013/2014
4/6
II. FORMY OCENY - SZCZEGÓŁY
Efekty kształcenia
Efekt 1
posiada podstawową
wiedzę teoretyczną z
zakresu cyfrowego
przetwarzania oraz
analizy sygnałów
dźwiękowych i
wizyjnych, w
szczególności
sygnałów
biomedycznych
Efekt 2
jest zdolny
zaproponować rodzaj
filtracji w celu
rozwiązania
konkretnego
zagadnienia
związanego z analizą
i przetwarzaniem
sygnałów
Efekt 3
potrafi dokonać
konwersji sygnałów
do dziedzin
częstotliwościowych i
czasowych, w celu
wydobycia
poszukiwanych cech
sygnałów,
wymaganych przy
analizie i kodowaniu
Na ocenę 2
Na ocenę 3
Na ocenę 4
Na ocenę 5
Student nie
opanował
podstawowej wiedzy
z zakresu podstaw
cyfrowego
przetwarzania
sygnałów
Student częściowo
opanował wiedzę z
zakresu podstaw
cyfrowego
przetwarzania
sygnałów
Student opanował
wiedzę z zakresu
podstaw cyfrowego
przetwarzania
sygnałów, potrafi
wskazać właściwą
metodę realizacji
przetwarzania dla
konkretnych
systemów
Student bardzo
dobrze opanował
wiedzę z zakresu
materiału objętego
programem
nauczania,
samodzielnie
zdobywa i poszerza
wiedzę przy użyciu
różnych źródeł
Student nie potrafi
dokonać nawet
najprostszej filtracji
sygnałów
Student częściowo
potrafi filtrować
sygnały,
wykorzystując tylko
podstawowe filtry
Student potrafi
filtrować sygnały
oraz obrazy cyfrowe,
ale tylko z
wykorzystaniem
gotowych
dostępnych filtrów
Student bardzo
dobrze opanował
umiejętności filtracji
sygnałów oraz
obrazów, potrafi sam
projektować własne
filtry dedykowane
pod konkretne
zadania
Student nie potrafi
dokonać konwersji
sygnałów i obrazów
do dziedziny
częstotliwościowej
Student potrafi
dokonać konwersji
do dziedziny
częstotliwościowej,
ale nie rozumie jej
celu i możliwości
dalszej analizy
Student poprawnie
dokonuje konwersji
sygnałów do
dziedziny
częstotliwości,
potrafi dokonać
również
przekształcenia
odwrotnego
Student potrafi
dokonać konwersji
sygnałów do
dziedziny
częstotliwości i
odwrotnie, potrafi
interpretować
wszystkie uzyskane
współczynniki i
wydobywać z nich
poszukiwane cechy
WIMiI_IB_Ist_ IB_mk_19 – Cykl kształcenia rozpoczynający się w roku akademickim 2013/2014
5/6
Efekt 4
potrafi zrealizować
automatyczną
analizę,
przetwarzanie i
detekcję obrazów w
celu ekstrakcji
wybranych cech z
cyfrowych obrazów
Student nie potrafi
dokonać
automatycznej
detekcji nawet
najprostszych
poszukiwanych
elementów
Student potrafi
dokonać detekcji
tylko prostych
obiektów
geometrycznych na
obrazach cyfrowych,
bazując jedynie na
kolorze
Student potrafi
dokonać detekcji
obiektów w sposób
automatyczny,
dokonując ich
wyznaczenia w
obrazach kolorowych
Student potrafi
dokonać
automatycznej
detekcji obiektów
zarówno w obrazach
kolorowych, jak i
monohromatycznych
, potrafi wykonać
śledzenie tych
obiektów na
strumieniach wideo
Efekt 5
zna zaawansowane Student nie zna
Student potrafi
Student zna
Student zna
techniki i metody
techniki tworzenia i budować proste
zaawansowane
zaawansowane
cyfrowego
funkcjonowania
aplikacje dokonujące techniki
techniki
przetwarzania
systemów
przetwarzania
przetwarzania
przetwarzania
sygnałów
biomedycznych, nie obrazów, ale nie
sygnałów
sygnałów
biomedycznych,
potrafi zbudować
potrafi dokonać
biomedycznych,
biomedycznych,
umie zbudować przy nawet najprostszego detekcji i kodowania potrafi tworzyć
tworzy własne
pomocy
programu
poszukiwanych cech proste systemy do
systemy dokonujące
oprogramowania
przetwarzającego
biomedycznych
przetwarzania takich detekcji, kodowania i
inżynierskiego
obrazy cyfrowe
sygnałów
interpretowania
system do
sygnałów pod kątem
przetwarzania
medycznym (w
sygnałów
ograniczonym
biomedycznych
zakresie)
Dopuszcza się wystawienie oceny połówkowej o ile student spełniający wszystkie efekty kształcenia wymagane
do oceny pełnej spełnia niektóre efekty kształcenia odpowiadające ocenie wyższej.
III. INNE PRZYDATNE INFORMACJE O PRZEDMIOCIE
Wszelkie informacje dla studentów dotyczące przedmiotu w tym harmonogramu odbywania
zajęć, warunków zaliczenia oraz konsultacji są przekazywane podczas pierwszych zajęć z
przedmiotu oraz umieszczone są na tablicach informacyjnych Instytutu Informatyki Teoretycznej
i Stosowanej.
WIMiI_IB_Ist_ IB_mk_19 – Cykl kształcenia rozpoczynający się w roku akademickim 2013/2014
6/6