← กลับรายวิชาข้อเสนอหลักสูตร · เอกสารฉบับร่าง

มคอ.3 รายละเอียดของกระบวนวิชา

Computer Vision for Structural Inspection
ชื่อภาษาไทย คอมพิวเตอร์วิทัศน์สำหรับการตรวจสอบโครงสร้าง
ชื่อภาษาอังกฤษ Computer Vision for Structural Inspection
รหัสกระบวนวิชา 2517XX (กำหนดภายหลัง)
หน่วยกิต 3(3-0-6)
ระดับ ปริญญาโท
กลุ่มวิชา Intelligent Structural Engineering
เวลาเรียน 3 ชั่วโมง/สัปดาห์ × 15 สัปดาห์
รวม Contact Hours 45 ชั่วโมง

1. ข้อมูลทั่วไปของกระบวนวิชา

วิชาบังคับก่อน

ไม่มี

พื้นฐานที่แนะนำ

2. คำอธิบายกระบวนวิชา

ภาษาไทย

หลักการคอมพิวเตอร์วิทัศน์สำหรับการตรวจสอบโครงสร้าง การได้มาของภาพและวิดีโอ คุณลักษณะของกล้อง แสง มุมมอง ความละเอียด และคุณภาพของภาพ การเตรียมและปรับปรุงภาพ การตรวจจับขอบ เส้น รูปร่าง และคุณลักษณะของภาพ การแบ่งส่วนภาพและการจำแนกวัตถุ หลักการโครงข่ายประสาทเทียมแบบคอนโวลูชัน การถ่ายทอดการเรียนรู้ การเพิ่มข้อมูล การตรวจจับวัตถุ การแบ่งส่วนเชิงความหมายและเชิงวัตถุ การสร้างและกำกับป้ายกำกับชุดข้อมูล การประเมินสมรรถนะของแบบจำลอง การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์วิทัศน์เพื่อการตรวจจับและประเมินรอยแตกร้าว การกะเทาะ การหลุดร่อน การกัดกร่อน สนิม และความเสียหายทางกายภาพอื่นของโครงสร้าง การประยุกต์ใช้ภาพจากอากาศยานไร้คนขับและการสำรวจระยะไกลเบื้องต้น การติดตามวัตถุและการเปลี่ยนแปลงตามเวลา การประเมินความไม่แน่นอนและข้อจำกัดของการตรวจสอบด้วยภาพ การออกแบบระบบตรวจสอบโครงสร้างด้วยคอมพิวเตอร์วิทัศน์ และกรณีศึกษาของอาคาร สะพาน และโครงสร้างพื้นฐาน

English

Principles of computer vision for structural inspection; image and video acquisition; camera characteristics, illumination, viewpoint, resolution, and image quality; image preparation and enhancement; detection of edges, lines, shapes, and image features; image segmentation and object classification; fundamentals of convolutional neural networks; transfer learning and data augmentation; object detection; semantic and instance segmentation; dataset development and annotation; model performance evaluation; applications to detection and assessment of cracks, spalling, delamination, corrosion, rust, and other physical structural damage; introductory applications of unmanned aerial vehicle imagery and remote inspection; object tracking and temporal change detection; uncertainty and limitations of image-based inspection; design of computer-vision-based structural inspection systems; and case studies of buildings, bridges, and civil infrastructure.

3. วัตถุประสงค์ของกระบวนวิชา

กระบวนวิชานี้มุ่งให้นักศึกษาสามารถออกแบบและประเมินระบบ Computer Vision สำหรับงานตรวจสอบโครงสร้างได้อย่างครบวงจร ตั้งแต่การกำหนดปัญหาการตรวจสอบ การวางแผนเก็บภาพ การสร้างชุดข้อมูล การพัฒนาแบบจำลอง การประเมินผล ไปจนถึงการตีความผลในบริบทของสภาพโครงสร้างจริง

Inspection objective → Image acquisition → Dataset → Preprocessing → Vision model → Validation → Defect/condition information → Engineering interpretation
คุณภาพของผล Computer Vision เริ่มต้นตั้งแต่การออกแบบการเก็บข้อมูล ไม่ใช่เริ่มที่การเลือก Neural Network

4. Course Learning Outcomes (CLOs)

CLOผลลัพธ์การเรียนรู้
CLO1Explain fundamental principles of image formation, image processing, computer vision, and deep-learning-based visual inspection for structural engineering applications.
CLO2Design appropriate image-acquisition and dataset-development workflows for structural inspection problems.
CLO3Develop and apply suitable image classification, object detection, and image segmentation methods to identify structural defects and damage.
CLO4Evaluate model performance, uncertainty, generalization, and failure modes using appropriate computer vision and engineering criteria.
CLO5Design and communicate an integrated computer-vision-based structural inspection system and interpret its outputs for engineering use.

5. ความสัมพันธ์ระหว่าง CLO และ PLO

CLOPLO1PLO2PLO3PLO4
CLO1✓✓
CLO2✓✓✓
CLO3✓✓
CLO4✓✓✓
CLO5✓✓✓✓
ข้อเสนอสำหรับ Curriculum Mapping: ให้รายวิชานี้รับผิดชอบ PLO1 และ PLO2 เป็นหลัก และใช้ PLO3–PLO4 เป็นผลลัพธ์สนับสนุนผ่านการออกแบบระบบ การสื่อสารผล และการตระหนักถึงข้อจำกัดของระบบตรวจสอบอัตโนมัติ

6. แนวทางการจัดการเรียนการสอน

แม้กำหนดเป็น 3(3-0-6) แต่รูปแบบการเรียนควรผสมผสานการบรรยาย การสาธิต การวิเคราะห์ภาพ การเขียนโปรแกรม และ mini-workshop ในชั้นเรียน

Structural defect → Image evidence → Vision method → Model output → Validation → Engineering interpretation

7. แผนการสอนรายสัปดาห์ 15 สัปดาห์

สัปดาห์หัวข้อเนื้อหา/กิจกรรมสำคัญชม.
1Introduction to Computer Vision for Structural InspectionVisual inspection workflow; manual vs automated inspection; defect taxonomy; inspection objectives; classification vs detection vs segmentation vs measurement; applications to buildings, bridges, and infrastructure3
2Image Acquisition for Structural InspectionCamera fundamentals; focal length; field of view; resolution; scale; illumination; viewpoint; motion blur; occlusion; image quality; planning a field image survey3
3Digital Images and Image PreprocessingPixels, color spaces, grayscale conversion, normalization, denoising, contrast enhancement, histogram methods, geometric transformations; OpenCV/Python exercises3
4Classical Computer Vision and Feature ExtractionThresholding; edge detection; line and contour detection; morphology; connected components; shape and texture features; simple crack extraction3
5Image Segmentation and Quantification of DefectsBinary and multi-class segmentation; contour analysis; crack length/width concepts; area measurement; pixel-to-physical scaling; sources of measurement error3
6Introduction to Deep Learning for ImagesNeural networks for images; convolution; feature maps; pooling; CNN architecture concepts; training, validation, loss functions; comparison with classical methods3
7Image Classification and Transfer LearningStructural defect classification; pretrained networks; transfer learning; fine-tuning; data augmentation; class imbalance; practical model development3
8Midterm Assessment + Computer Vision WorkshopMidterm assessment; integrated image classification/segmentation exercise; discussion of model errors, mislabeled data, and engineering consequences3
9Object Detection for Structural DefectsBounding boxes; object detection workflow; one-stage/two-stage concepts; IoU; precision-recall; mAP; detection of cracks, spalling, rust, or exposed reinforcement3
10Semantic and Instance SegmentationPixel-level damage localization; semantic vs instance segmentation; encoder-decoder concepts; U-Net/Mask-based approaches; defect area and geometry extraction3
11Dataset Development, Annotation and Data QualitySampling strategy; annotation protocols; inter-annotator consistency; train/validation/test separation; data leakage; imbalanced datasets; domain shift; dataset documentation3
12Model Evaluation, Generalization and UncertaintyConfusion matrix, precision, recall, F1, IoU, Dice, mAP; threshold selection; false positives/false negatives; calibration concepts; uncertainty; failure analysis; robustness to lighting and viewpoint3
13Remote and Large-Scale Structural InspectionUAV/drone imagery; image mosaics and georeferencing concepts; perspective effects; repeated inspection; temporal comparison/change detection; introduction to 3D reconstruction/photogrammetric concepts3
14Design of an Integrated Computer Vision Inspection SystemInspection objective; acquisition plan; dataset; annotation; model selection; inference workflow; defect reporting; human-in-the-loop verification; deployment and project workshop3
15Project Presentation and Future DirectionsStudent project presentations; critique of field readiness; integration with SHM, AI/Data Analytics, Digital Twin, and Asset Management; future autonomous inspection systems3
รวม45

8. โครงสร้างความรู้ของกระบวนวิชา

I
Weeks 1–3
Inspection & Image Fundamentals
II
Weeks 4–5
Classical Vision & Quantification
III
Weeks 6–10
Deep Learning Vision
IV
Weeks 11–13
Trustworthy Field Inspection
V
Weeks 14–15
System Integration

9. การประเมินผล

วิธีการประเมินน้ำหนักCLO
Image processing / computer vision assignments20%CLO1–4
Dataset development and model exercises20%CLO2–4
Midterm examination20%CLO1–4
Computer Vision Structural Inspection Project30%CLO2–5
Project presentation10%CLO5
รวม100%
ไม่มี Final Examination แยกต่างหาก โดยใช้ Computer Vision Structural Inspection Project เป็น summative assessment หลัก เพื่อประเมินความสามารถในการพัฒนาระบบตั้งแต่ acquisition ถึง engineering interpretation

10. Term Project

Develop and Validate a Computer Vision System for Structural Inspection

ตัวอย่างปัญหา: crack detection/segmentation, crack width or length estimation, spalling, rust/corrosion, exposed reinforcement, surface-defect classification, bridge-component defect detection, post-earthquake visual screening และ repeated-image change detection

Inspection objective → Image acquisition → Dataset → Annotation → Preprocessing → Baseline → CV/DL model → Validation → Defect quantification → Engineering interpretation

ตัวอย่างโจทย์

Develop and validate a computer vision system for detecting and quantifying concrete surface cracks from field images.

องค์ประกอบขั้นต่ำของโครงการ:

  1. Structural inspection objective
  2. Defect definition and engineering relevance
  3. Image acquisition protocol
  4. Dataset description and quality assessment
  5. Annotation protocol
  6. Baseline image-processing method
  7. Computer vision/deep-learning model
  8. Training and validation strategy
  9. Appropriate performance metrics
  10. Error and failure-mode analysis
  11. Defect localization or quantification
  12. Engineering interpretation and limitations
  13. Proposed human verification or decision workflow

11. Software และเครื่องมือที่เหมาะสม

ประเภทตัวเลือก
ProgrammingPython
Image processingOpenCV, scikit-image
Numerical/DataNumPy, Pandas
VisualizationMatplotlib / Plotly
Machine Learningscikit-learn
Deep LearningPyTorch หรือ TensorFlow/Keras
AnnotationCVAT, Label Studio, Roboflow หรือเครื่องมือเทียบเท่า
Experiment environmentJupyter Notebook / JupyterLab
Image sourcesField images, public structural-defect datasets, UAV images, laboratory images
กิจกรรมต่อเนื่องที่แนะนำ: ใช้ชุดภาพหลักชุดเดียวต่อเนื่องหลายสัปดาห์ เพื่อเดินจาก Raw images → Preprocessing → Classical segmentation → Dataset annotation → CNN → Detection/Segmentation → Validation → Engineering interpretation

12. ขอบเขตของกระบวนวิชา

กระบวนวิชานี้เน้น visual data และ image/video-based structural inspection โดยหัวข้อเฉพาะด้านอื่นเชื่อมโยงไปยังรายวิชาอื่นของ Intelligent Structural Engineering

Can the visual system reliably detect, localize, and quantify evidence of structural deterioration under realistic field conditions?
Visual evidence of damage is not automatically equivalent to structural safety assessment. การตัดสินความปลอดภัยยังต้องอาศัยการตีความโดยวิศวกร ข้อมูลโครงสร้างเพิ่มเติม และวิธีประเมินที่เหมาะสม

13. ตำแหน่งของกระบวนวิชาใน Intelligent Structural Engineering

Structural Engineering Fundamentals
↓
Structural Health Monitoring and Smart Sensing
↓
AI and Data Analytics for Structural Engineering
↓
Computer Vision for Structural Inspection
↓
Digital Twin for Structures and Infrastructure
↓
Structural Asset Management and Decision Support

กระบวนวิชานี้ทำหน้าที่เป็นแกนด้าน visual intelligence for structural condition assessment โดยแปลงข้อมูลภาพให้เป็นข้อมูลความเสียหายที่มีโครงสร้างและสามารถส่งต่อไปยัง Digital Twin หรือ Asset Management ได้