👁️ 第四類別:【智能裝置】Arduino R4 微型卷積濾鏡與 OpenCV 核心影像演算法實作

將電腦視覺經典庫 OpenCV 核心演算法微型化 (Micro OpenCV)!本課程參考 OpenCV Core Functionality 規範,運用 Arduino UNO R4 的 32 位元算力與 SRAM,在 128x64 OLED 點陣畫布上記實繪製。從最基礎的 C++ 矩陣 (Mat) 結構、像元運算、3x3 卷積核 (Convolution) 到 Sobel 邊緣檢測 與 形態學濾鏡,一步步揭開電腦視覺與圖像處理的數學面紗。

🚀 雲端免安裝實作:Web-Serial 瀏覽器直接燒錄!

透過 AeroCuit IOT 網頁平台,您無需安裝複雜開發環境即可直接體驗,所有演算法範例將發佈於 精選範例與互動沙盒:

  • 一鍵載入精選範例: 免下載程式庫,點擊即可預覽與下載完整 C++ / Arduino 範例碼。
  • Web-Serial 直連燒錄: 支援 Chrome 瀏覽器經由 USB 傳輸線直接更新板載韌體。
  • 雙軌認證與學習履歷: 完課後即可頒發雙軌認證機制與 ProvenanceData 學習履歷。

📚 漸進式單元課程地圖

單元一:OpenCV Mat 矩陣結構與灰階像元指標操作

實作 C++ 微型 Mat 結構體,掌握一維陣列平坦化存取、像元指標操作與動態二值化 (Thresholding) 門檻值切割。

【精選範例/技術對應】 cv::Mat Structure, Pixel Pointers, Thresholding, Binarization

單元二:2D 空間卷積 (Convolution) 與微型圖像濾波器實作

手寫 3x3 卷積核 (Kernel) 滑動視窗演算法,實作高斯降噪平滑濾波 (Blur) 與圖像銳化 (Sharpen) 效能測試。

【精選範例/技術對應】 cv::filter2D, 3x3 Convolution Kernel, Gaussian Blur, Sharpen

單元三:Sobel 與 Laplacian 運算子:邊緣檢測 (Edge Detection) 演算法

理解微分算子原理,透過 Gx/Gy 方向梯度強度計算,在 OLED 畫布上繪製出極其精確的物體邊緣輪廓。

【精選範例/技術對應】 cv::Sobel, Gradient Magnitude, Edge Detection, Contour Draw

單元四:形態学 (Morphology) 運算與微型特徵框選實作

實作膨脹 (Dilation) 與腐蝕 (Erosion) 濾鏡去除雜訊,並結合輕量連通體演算法繪製標記物件的 Bounding Box。

【精選範例/技術對應】 cv::erode, cv::dilate, Morphology, Bounding Box Tagging

🏅 學習獎勵與晉級機制

如何獲得獎章?
了解初階與完課徽章的獲取條件
如何獲得晉級?
解鎖進階子學門與高階核心能力
如何獲得獎勵?
利用積分兌換進階權限與網站好禮
👇 以下為該子類別下的精選單元清單 👇

  • 對應 OpenCV 概念: cv::Mat 內部儲存架構、灰階影像指標 (Pointers) 存取與閾值化 (Thresholding)

  • 核心重點:

    • 在 C++ 中實作微型 Mat 結構體(維度、通道、1D 平坦化二維陣列記憶體管理)。

    • 實作影像二值化 (cv::threshold)、對比度拉伸與亮度調整(像元加減乘除)。


  • 對應 OpenCV 概念: cv::filter2D、均值模糊 (cv::blur)、高斯模糊與銳化 Kernel

  • 核心重點:

    • 手寫 $3 \times 3$ 卷積核 (Kernel) 矩陣滑動視窗 (Sliding Window) 演算法。

    • 實作平滑降噪(Box Filter / Gaussian Approximation)與影像銳化 (Sharpen Kernel),並於 OLED 即時對比濾波前後效果。


  • 對應 OpenCV 概念: cv::Sobel、cv::Laplacian 邊緣梯度與強度計算

  • 核心重點:

    • 深入微分算子原理,運用Gx 與 Gy Sobel 矩陣計算水平與垂直方向梯度強度。

    • 結合開根號與平方和公式,在 OLED 上繪製出俐落的物件輪廓外框。


  • 對應 OpenCV 概念: cv::erode(腐蝕)、cv::dilate(膨脹)、連通體與動態遮罩

  • 核心重點:

    • 實作形態學二值化膨脹與腐蝕,消除影像噪點與填補斷線孔洞。

    • 結合微型圖像二維陣列進行簡易特徵點 (Blob) 定位與邊界框 (Bounding Box) 繪製。