Karta Przedmiotu
| Politechnika Białostocka | Wydział Informatyki | ||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kierunek studiów | Data Science |
Poziom i forma studiów |
pierwszego stopnia stacjonarne |
||||||||||||||||||||||||
| Grupa przedmiotów / specjalność |
Profil kształcenia | ogólnoakademicki | |||||||||||||||||||||||||
| Nazwa przedmiotu | Analiza sygnałów i obrazów | E | Kod przedmiotu | DS1S4ASO | |||||||||||||||||||||||
| Rodzaj zajęć | obowiązkowy | ||||||||||||||||||||||||||
| Formy zajęć i liczba godzin | W | Ć | L | P | Ps | T | S | Semestr | 4 | ||||||||||||||||||
| 30 | 30 | Punkty ECTS | 5 | ||||||||||||||||||||||||
| Program obowiązuje od | 2025/2026 | ||||||||||||||||||||||||||
| Przedmioty wprowadzające | Algebra liniowa 1 (DS1S1AL1), Analiza matematyczna 1 (DS1S1AM1), Uczenie maszynowe 1 (DS1S3UM1), | ||||||||||||||||||||||||||
| Cele przedmiotu |
Nabycie przez studentów fundamentalnej wiedzy z zakresu analizy sygnałów i obrazów oraz metod ich przetwarzania, ze szczególnym uwzględnieniem zrozumienia zjawisk i interpretacji wyników. Rozwój praktycznych umiejętności w zakresie analizy i interpretacji sygnałów i obrazów cyfrowych przy użyciu współczesnych narzędzi. Odniesienia do frameworka edukacyjnego mikrokompetencji SFIA: Data science DATS - poziom 3 Data engineering DENG - poziom 3 Specialist advice TECH - poziom 2 |
||||||||||||||||||||||||||
| Ramowe treści programowe | Podstawy analizy sygnałów oraz ich przetwarzania w dziedzinie czasu i częstotliwości. Techniki filtracji sygnałów oraz podstawy reprezentacji i przetwarzania obrazów. Filtrowanie, przekształcenia oraz analiza Fouriera obrazów. Praktyczne aspekty analizy sygnałów i obrazów. Implementacja metod analizy sygnałów i obrazów, w tym analiza w dziedzinie czasu i częstotliwości oraz techniki filtracji. Kompleksowa analiza wybranego zagadnienia z zakresu przetwarzania sygnałów lub obrazów. | ||||||||||||||||||||||||||
| Inne informacje o przedmiocie | przedmiot ma związek z prowadzoną na Uczelni działalnością naukową | ||||||||||||||||||||||||||
| Wyliczenie: | Nakład pracy studenta związany z: | Godzin ogółem |
W tym kontaktowych |
W tym praktycznych |
|||||||||||||||||||||||
| udziałem w wykładach | 30 | 30 | |||||||||||||||||||||||||
| udziałem w innych formach zajęć | 30 | 30 | 30 | ||||||||||||||||||||||||
| indywidualnym wsparciem merytorycznym procesu uczenia się, udziałem w egzaminie i zaliczeniach organizowanych poza planem zajęć | 4 | 4 | |||||||||||||||||||||||||
| przygotowaniem do egzaminu | 10 | ||||||||||||||||||||||||||
| przygotowaniem do bieżących zajęć | 51 | 51 | |||||||||||||||||||||||||
| Razem godzin: | 125 | 64 | 81 | ||||||||||||||||||||||||
| Razem punktów ECTS: | 5 | 2.6 | 3.2 | ||||||||||||||||||||||||
| Zakładane kierunkowe efekty uczenia się | Wiedza | Umiejętności | Kompetencje społeczne |
||||||||||||||||||||||||
| DS1_W01 | DS1_U01 | DS1_K01 | |||||||||||||||||||||||||
| DS1_W02 | DS1_U02 | ||||||||||||||||||||||||||
| DS1_W03 | DS1_U03 | ||||||||||||||||||||||||||
| Cele i treści ramowe sformułował(a) | dr hab. inż. Sławomir Zieliński | Data: | 29/05/2025 | ||||||||||||||||||||||||
| Realizacja w roku akademickim | 2026/2027 | ||||||||||||||||||||||||||
| Treści programowe | |||||||||||||||||||||||||||
| Wykład | |||||||||||||||||||||||||||
| 1. | Wprowadzenie do analizy sygnałów. Sygnały analogowe i cyfrowe. Próbkowanie i kwantyzacja. Twierdzenie o próbkowaniu. Zjawisko aliasingu i jego skutki. | ||||||||||||||||||||||||||
| 2. | Analiza w dziedzinie częstotliwości. Szereg Fouriera. Transformata Fouriera. Interpretacja widma sygnału. Okna czasowe i ich wpływ na analizę. | ||||||||||||||||||||||||||
| 3. | Analiza czasowo-częstotliwościowa. Spektrogramy i ich interpretacja. Krótkookresowa transformata Fouriera. Transformata falkowa – podstawy. | ||||||||||||||||||||||||||
| 4. | Filtracja sygnałów. Filtry cyfrowe i ich charakterystyki. Projektowanie filtrów. Zastosowania w redukcji szumów i ekstrakcji cech. | ||||||||||||||||||||||||||
| 5. | Metody analizy sygnałów wielowymiarowych. Analiza składowych głównych i niezależnych. | ||||||||||||||||||||||||||
| 6. | Metody parametryzacji sygnałów. | ||||||||||||||||||||||||||
| 7. | Automatyczna klasyfikacja sygnałów. | ||||||||||||||||||||||||||
| 8. | Podstawy przetwarzania obrazów. Reprezentacja obrazów cyfrowych. Przestrzenie barw. Histogram i jego interpretacja. Podstawowe operacje na obrazach. | ||||||||||||||||||||||||||
| 9. | Przekształcenia obrazów. Operacje punktowe, lokalne i globalne. Filtracja obrazów. Detekcja krawędzi. Segmentacja obrazów. | ||||||||||||||||||||||||||
| 10. | Analiza fourierowska obrazów. Dwuwymiarowa transformata Fouriera. Interpretacja widma obrazu. Zastosowania w filtracji i kompresji. | ||||||||||||||||||||||||||
| 11. | Metody parametryzacji obrazów. | ||||||||||||||||||||||||||
| 12. | Praktyczne aspekty analizy sygnałów i obrazów. Przegląd zastosowań w różnych dziedzinach. Narzędzia do analizy i wizualizacji. | ||||||||||||||||||||||||||
| 13. | Automatyczne rozpoznawanie obrazów. Zastosowanie algorytmów sztucznej inteligencji do analizy zdarzeń oraz scen akustycznych i wizyjnych. | ||||||||||||||||||||||||||
| 14. | Współczesne trendy rozwoju metod analizy sygnałów i obrazów. | ||||||||||||||||||||||||||
| 15. | Współczesne trendy rozwoju metod analizy sygnałów i obrazów. | ||||||||||||||||||||||||||
| Pracownia specjalistyczna | |||||||||||||||||||||||||||
| 1. | Zapoznanie ze środowiskiem programistycznym oraz narzędziami do analizy sygnałów i obrazów. | ||||||||||||||||||||||||||
| 2. | Podstawy analizy sygnałów: praca z sygnałami cyfrowymi; analiza w dziedzinie czasu; wizualizacja i interpretacja sygnałów. | ||||||||||||||||||||||||||
| 3. | Analiza czasowo-częstotliwościowa: tworzenie i interpretacja spektrogramów; analiza sygnałów niestacjonarnych. | ||||||||||||||||||||||||||
| 4. | Filtracja sygnałów. | ||||||||||||||||||||||||||
| 5. | Przetwarzanie obrazów: podstawowe operacje na obrazach; analiza histogramów; filtracja i detekcja krawędzi. | ||||||||||||||||||||||||||
| 6. | Parametryzacja sygnałów i obrazów. | ||||||||||||||||||||||||||
| 7. | Projekt końcowy – cz. 1. Kompleksowa analiza wybranego zagadnienia z zakresu przetwarzania sygnałów lub obrazów. | ||||||||||||||||||||||||||
| 8. | Projekt końcowy – cz. 2. Sformułowanie założeń projektu, wybór technologii. | ||||||||||||||||||||||||||
| 9. | Projekt końcowy – cz. 3. Implementacja. | ||||||||||||||||||||||||||
| 10. | Projekt końcowy – cz. 4. Implementacja (c.d.). | ||||||||||||||||||||||||||
| 11. | Projekt końcowy – cz. 5. Testowanie i optymalizacja. | ||||||||||||||||||||||||||
| 12. | Projekt końcowy – cz. 6. Testowanie i optymalizacja (c.d.). | ||||||||||||||||||||||||||
| 13. | Projekt końcowy – cz. 7. Udokumentowanie projektu. | ||||||||||||||||||||||||||
| 14. | Projekt końcowy – cz. 8. Demonstracja prototypu, prezentacja zrealizowanego projektu. | ||||||||||||||||||||||||||
| 15. | Zaliczenie pracowni specjalistycznej. | ||||||||||||||||||||||||||
| Metody dydaktyczne (realizacja stacjonarna) |
|||||||||||||||||||||||||||
| W | wykład z prezentacją multimedialną | ||||||||||||||||||||||||||
| Ps | zadania projektowe w grupach; dyskusja rozwiązań | ||||||||||||||||||||||||||
| Metody dydaktyczne (realizacja zdalna) |
|||||||||||||||||||||||||||
| W | wykład z prezentacją multimedialną | ||||||||||||||||||||||||||
| - | |||||||||||||||||||||||||||
| Forma zaliczenia | |||||||||||||||||||||||||||
| W | egzamin pisemny z pytaniami testowymi | ||||||||||||||||||||||||||
| Ps | sprawozdania z zajęć, opracowanie zadań projektowych realizowanych w grupach, prezentacja, demonstracja | ||||||||||||||||||||||||||
| Warunki zaliczenia | |||||||||||||||||||||||||||
| Ps | Uzyskanie min. 30% z każdego E4-E7, a po spełnieniu tego warunku ostateczna ocena wynika z sumy uzyskanych punktów. Kryteria oceny: [ 0 – 50]% punktów – 2.0 (50 – 60]% punktów – 3.0 (60 – 70]% punktów – 3.5 (70 – 80]% punktów – 4.0 (80 – 90]% punktów – 4.5 (90 – 100]% punktów – 5.0 |
||||||||||||||||||||||||||
| - | |||||||||||||||||||||||||||
| Symbol efektu | Zakładane efekty uczenia się | Odniesienie do efektów uczenia się zdefiniowanych dla kierunku studiów | |||||||||||||||||||||||||
| Wiedza | Umiejętności | Kompetencje społeczne |
|||||||||||||||||||||||||
| Wiedza: student zna i rozumie | |||||||||||||||||||||||||||
| E1 | podstawowe pojęcia i metody analizy sygnałów i obrazów | ||||||||||||||||||||||||||
| E2 | zasady analizy w dziedzinie częstotliwości i interpretacji widm | ||||||||||||||||||||||||||
| E3 | metody przetwarzania i analizy obrazów cyfrowych | ||||||||||||||||||||||||||
| Umiejętności: student potrafi | |||||||||||||||||||||||||||
| E4 | analizować i interpretować sygnały w dziedzinie czasu i częstotliwości | ||||||||||||||||||||||||||
| E5 | stosować podstawowe metody przetwarzania obrazów | ||||||||||||||||||||||||||
| E6 | dobierać odpowiednie metody analizy do rozwiązania konkretnych problemów | ||||||||||||||||||||||||||
| Kompetencje społeczne: student jest gotów do | |||||||||||||||||||||||||||
| E7 | krytycznej oceny wyników analizy sygnałów i obrazów | ||||||||||||||||||||||||||
| Symbol efektu | Sposób weryfikacji efektu uczenia się | Forma zajęć na której zachodzi weryfikacja | |||||||||||||||||||||||||
| E1 | egzamin pisemny | W | |||||||||||||||||||||||||
| E2 | egzamin pisemny | W | |||||||||||||||||||||||||
| E3 | egzamin pisemny | W | |||||||||||||||||||||||||
| E4 | wykonanie sprawozdań laboratoryjnych, prezentacja projektu | Ps | |||||||||||||||||||||||||
| E5 | wykonanie sprawozdań laboratoryjnych, prezentacja projektu | Ps | |||||||||||||||||||||||||
| E6 | wykonanie sprawozdań laboratoryjnych, prezentacja projektu | Ps | |||||||||||||||||||||||||
| E7 | prezentacja projektu | Ps | |||||||||||||||||||||||||
| Literatura podstawowa | |||||||||||||||||||||||||||
| 1. | D. Karwowski, Zaawansowane kodowanie entropijne w hybrydowej kompresji wizji. Wydaw. Politechniki Poznańskiej, Poznań, 2023 | ||||||||||||||||||||||||||
| 2. | K.D. Toennies, Guide to Medical Image Analysis: Methods and Algorithms, Springer Nature, London, 2017 | ||||||||||||||||||||||||||
| 3. | O. Alkin, Signals and Systems: A MATLAB Integrated Approach, CRC Press, Boca Rato, 2014 | ||||||||||||||||||||||||||
| 4. | U. Zölzer (Ed.), DAFX: digital audio effects. John Wiley and Sons, Chichester, 2011 | ||||||||||||||||||||||||||
| 5. | W. Kwiatkowski, Wstęp do cyfrowego przetwarzania sygnałów. Warszawa, 2012 | ||||||||||||||||||||||||||
| Literatura uzupełniająca | |||||||||||||||||||||||||||
| 1. | M. Malanowski, Laboratorium sygnałów, modulacji i systemów. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2019 | ||||||||||||||||||||||||||
| 2. | W. Rakowski, Przekształcenia falkowe. Aspekty obliczeniowe w praktyce inżynierskiej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Białostockiej, Białystok, 2018 | ||||||||||||||||||||||||||
| 3. | M. Owen, Przetwarzanie sygnałów w praktyce, Wydaw. Komunikacji i Łączności, Warszawa, 2009 | ||||||||||||||||||||||||||
| 4. | M. Fontes, J.D.S. De Almeida, A. Cunha, Application of Example-Based Explainable Artificial Intelligence (XAI) for Analysis and Interpretation of Medical Imaging: A Systematic Review. IEEE Access, vol. 12, pp. 26419-26427, 2024 | ||||||||||||||||||||||||||
| Koordynator przedmiotu: | dr hab. inż. Sławomir Zieliński | Data: | 30/05/2025 | ||||||||||||||||||||||||