《數(shù)字圖像處理》課堂教學(xué)大綱

《數(shù)字圖像處理》課堂教學(xué)大綱課程編碼：課程名稱：數(shù)字圖像處理課程英文名稱：DigitalImageProcessing先修課程：高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、程序設(shè)計語言、數(shù)字信號處理適用專業(yè)：電子信息工程、生物醫(yī)學(xué)工程、遙感科學(xué)技術(shù)、電子信息科學(xué)與技術(shù)總學(xué)時：54講課學(xué)時：44實驗學(xué)時：10上機(jī)學(xué)時：0總學(xué)分：3制訂單位信息與電氣工程學(xué)院制訂時間：2010.6一、課程的性質(zhì)和目的數(shù)字圖像處理是電子信息工程等專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科。學(xué)生通過數(shù)字圖像處理的學(xué)習(xí)，能掌握圖像處理的基本理論、概念、方法和技術(shù)，了解本領(lǐng)域最新的成果和發(fā)展動態(tài)；了解交叉學(xué)科的特點，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，啟迪創(chuàng)新思路和意識，通過實驗鍛煉動手實踐能力；通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生打下一個較堅實的基礎(chǔ)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)作好鋪墊，為以后從事本領(lǐng)域或相關(guān)領(lǐng)域工作、深造、研究作好準(zhǔn)備。二、課程的基本要求通過本課程的教學(xué)，要求學(xué)生掌握圖像處理的基本理論、概念、方法和技術(shù)，包括圖像的數(shù)學(xué)表征、變換、增強(qiáng)、復(fù)原、壓縮編碼、分割、描述等內(nèi)容。配合實驗，使學(xué)生能用高級語言以及基于圖像處理實驗箱，實現(xiàn)一些基本算法和思路的圖像處理，進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識；了解本領(lǐng)域最新的成果和發(fā)展動態(tài)，了解交叉學(xué)科的特點，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，啟迪創(chuàng)新思路和意識。三、課程內(nèi)容與要求第1章數(shù)字圖像處理的基本知識（4學(xué)時）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過本章學(xué)習(xí)，了解圖像處理及相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)；掌握一些基本概念、數(shù)字圖像及其表示，像素間的基本關(guān)系。2、課程內(nèi)容（1）圖像及圖像處理的概念；（2）數(shù)字圖像的存儲與讀寫；（3）數(shù)字圖像處理系統(tǒng)；（4）數(shù)字圖像處理應(yīng)用；（5）圖像技術(shù)及相關(guān)學(xué)科簡介3、考核知識點和考核要求（1）識記：相關(guān)基本概念、圖像處理的應(yīng)用；（2）了解：數(shù)字圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成；（3）掌握：數(shù)字圖像及其表示，像素間的基本關(guān)系第2章圖像處理中的常用數(shù)學(xué)變換（6學(xué)時）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過本章學(xué)習(xí)，掌握空域變換、傅里葉變換和性質(zhì)，學(xué)習(xí)快速傅里葉變換的原理和方法，離散Gabor變換，以及PCA變換的原理和方法；熟悉離散余弦變換及其快速算法，了解小波變換以及圖像變換的應(yīng)用。2、課程內(nèi)容（1）空域變換，包括代數(shù)運算和幾何運算；（2）傅里葉變換的概念和性質(zhì)、快速傅里葉變換；（3）離散Gabor變換的原理和方法；（4）小波變換的原理和方法；（5）PCA變換的原理和應(yīng)用；（6）離散余弦變換等其他幾種可分離變換，以及應(yīng)用3、考核知識點和考核要求（1）了解、識記：小波變換、其他的幾種可分離變換。（2）掌握：幾種典型變換的的原理和特點。（3）綜合應(yīng)用：FT及其性質(zhì)、PCA變換。第3章圖像增強(qiáng)（8學(xué)時）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過本章學(xué)習(xí)，掌握灰度增強(qiáng)、圖像平滑、圖像銳化等基本概念、原理和實現(xiàn)的方法；了解偽彩色增強(qiáng)技術(shù)。2、課程內(nèi)容（1）點運算，包括直方圖均衡化和直方圖規(guī)定化、灰度的線性和非線性變換；（2）鄰域運算，包括鄰域平均法、Gauss平滑、中值濾波、梯度算子法、拉普拉斯算子等；（3）頻域增強(qiáng)，包括低通濾波、高通濾波、同態(tài)濾波等；（4）彩色增強(qiáng)，包括顏色基礎(chǔ)、顏色空間、偽彩色增強(qiáng)、真彩色增強(qiáng)等。3、考核知識點和考核要求（1）了解、識記：灰度的線性和非線性變換，彩色增強(qiáng)技術(shù)；（2）掌握：直方圖均衡化、圖像平滑和銳化。（3）綜合應(yīng)用：直方圖增強(qiáng)、各種平滑和銳化算子。第4章圖像復(fù)原（4學(xué)時）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過本章學(xué)習(xí)，使掌握圖像退化的數(shù)學(xué)模型、維納濾波和有約束最小平方濾波；熟悉運動模糊和離焦模糊的復(fù)原方法；了解逆濾波、一些擴(kuò)展知識。2、課程內(nèi)容（1）圖像退化的數(shù)學(xué)模型，包括空域表達(dá)和頻域表達(dá)，重點是運動模糊和離焦模糊退化模型；（2）無約束恢復(fù)，逆濾波；（3）有約束恢復(fù)，包括維納濾波和有約束最小平方恢復(fù)；（4）圖像恢復(fù)知識拓展3、考核知識點和考核要求（1）識記：基本概念、退化的原因等（2）掌握：圖像退化的數(shù)學(xué)模型、維納濾波和有約束最小平方濾波；（3）綜合應(yīng)用：利用維納濾波和有約束最小平方恢復(fù)離焦和運動模糊圖像。第5章圖像壓縮編碼（6學(xué)時）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過本章學(xué)習(xí)，理解編碼實現(xiàn)圖像壓縮的原理；掌握幾種簡單的編碼方法；了解相關(guān)的擴(kuò)展知識以及編碼標(biāo)準(zhǔn)。2、課程內(nèi)容（1）圖像壓縮的基本原理；（2）幾種典型的編碼方法，包括哈夫曼編碼、算術(shù)編碼等；（3）無誤差壓縮編碼；（4）有誤差壓縮編碼；（5）圖像壓縮知識拓展；（6）圖像壓縮的標(biāo)準(zhǔn)化。3、考核知識點和考核要求（1）了解、識記：基本概念、壓縮標(biāo)準(zhǔn)；（2）掌握：圖像壓縮的原理、典型的壓縮編碼方法；（3）綜合應(yīng)用：哈夫曼編碼、變換編碼、預(yù)測編碼等幾種編碼方法。第6章圖像分割(6學(xué)時)1、學(xué)習(xí)目的和要求通過本章學(xué)習(xí)，掌握灰度閾值分割法、邊緣檢測分割法、哈夫變換的原理和應(yīng)用、熟悉區(qū)域生長法；了解分裂合并、模板匹配等方法。2、課程內(nèi)容（1）灰度閾值分割法原理以及幾種典型的選取閾值的方法；（2）邊緣檢測分割法思想以及幾種常用的檢測算子，如Log算子，Sobel算子，拉氏算子等；（3）基于區(qū)域的分割方法，如分裂合并、區(qū)域生長等；（4）Hough變換的原理和應(yīng)用；（5）基于形態(tài)學(xué)的分割。3、考核知識點和考核要求（1）了解、識記：模板匹配、分裂合并、區(qū)域生長等幾種分割方法，形態(tài)學(xué)分割方法；（2）掌握：灰度閾值分割法原理、邊緣檢測分割法思想以及哈夫變換的原理和應(yīng)用；（3）綜合應(yīng)用：雙峰閾值分割、最大方差閾值分割；用Log、Sobel等幾種邊緣檢測算子檢測邊緣實現(xiàn)分割。第7章圖像描述（4學(xué)時）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過本章學(xué)習(xí)，掌握鏈碼、骨架等幾種表達(dá)方法，掌握傅里葉描述子、矩的描述方法；熟悉簡單描述符、拓?fù)涿枋龇椒?；了解形態(tài)學(xué)方法。2、課程內(nèi)容（1）邊界描述，包括曲線擬合、傅里葉描述子、鏈碼等；（2）區(qū)域描述，包括骨架、矩紋理等；（3）形態(tài)學(xué)描述。3、考核知識點和考核要求（1）了解、識記：形態(tài)學(xué)方法，簡單描述符、拓?fù)涿枋龇椒ǎ唬?）掌握：鏈碼、傅里葉描述子、矩的描述方法等；（3）綜合應(yīng)用：鏈碼、骨架等幾種表達(dá)方法；傅里葉描述子、矩的描述方法。第8章數(shù)字圖像技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計（6學(xué)時）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過本章學(xué)習(xí)，了解學(xué)習(xí)圖像處理一些典型的應(yīng)用系統(tǒng)，以及一些前沿的技術(shù)，使學(xué)生較全面地把握圖像處理系統(tǒng)，使之具備初步的設(shè)計和應(yīng)用圖像處理系統(tǒng)的能力。2、課程內(nèi)容（1）數(shù)字圖像技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計；（2）工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)；（3）公共安全應(yīng)用系統(tǒng)；（4）醫(yī)學(xué)圖像應(yīng)用系統(tǒng)；（5）遙感圖像應(yīng)用系統(tǒng)。3、考核知識點和考核要求（1）了解、識記：圖像處理系統(tǒng)的應(yīng)用和相關(guān)的知識；（2）掌握：圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計方法和思路；（3）綜合應(yīng)用：能夠初步設(shè)計和實現(xiàn)某一種具體的應(yīng)用系統(tǒng)。四、理論教學(xué)學(xué)時分配章講課內(nèi)容學(xué)時1數(shù)字圖像處理的基本知識42圖像處理中的常用數(shù)學(xué)變換63圖像增強(qiáng)84圖像復(fù)原45圖像壓縮編碼66圖像分割67圖像描述48數(shù)字圖像技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計6總計=SUM(ABOVE)44《數(shù)字圖像處理》實驗教學(xué)大綱課程編號課程名稱數(shù)字圖像處理課程名稱（英文）DigitalImageProcessing實驗性質(zhì)非獨立設(shè)課課程屬性專業(yè)適用專業(yè)電子信息工程先修課程程序設(shè)計語言、數(shù)字信號處理總學(xué)時54實驗學(xué)時10總學(xué)分3制定單位信息與電氣工程學(xué)院制定時間2010.6一、實驗（課程）的性質(zhì)、目的和任務(wù)數(shù)字圖像處理是電子信息工程專業(yè)的專業(yè)必修課，本實驗是課程教學(xué)的組成部分。圖像處理理論與技術(shù)已滲透到宇宙探測、科研、國防、醫(yī)學(xué)、工農(nóng)業(yè)、日常生活的各個方面。學(xué)生通過數(shù)字圖像處理的學(xué)習(xí)，能學(xué)習(xí)掌握圖像處理的基本理論、概念、方法和技術(shù)，了解本領(lǐng)域最新的成果和發(fā)展動態(tài)；了解交叉學(xué)科的特點，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，啟迪創(chuàng)新思路和意識。本課程配備的實驗緊扣教學(xué)內(nèi)容，是對課堂內(nèi)容的鞏固和加強(qiáng)，鍛煉學(xué)生分析問題和解決問題的能力，特別是對高級語言的學(xué)習(xí)和使用將進(jìn)一步加深和拓展。通過本課程和相關(guān)的實驗，使學(xué)生打下一個較堅實的基礎(chǔ)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)作好鋪墊，為以后從事本領(lǐng)域或相關(guān)領(lǐng)域工作、深造、研究作好準(zhǔn)備。二、實驗（課程）的基本內(nèi)容與要求實驗內(nèi)容分必做項目和選做項目，其中必做項目10學(xué)時，包括驗證性實驗6學(xué)時，綜合性實驗4學(xué)時。具體安排如下。序號實驗項目學(xué)時數(shù)內(nèi)容與要求實驗屬性1圖像基本操作和點運算2掌握位圖文件的結(jié)構(gòu)及讀寫步驟，理解圖像灰度變換和直方圖的概念，初步掌握圖像處理的編程方法驗證2空域圖像處理2鞏固對圖像增強(qiáng)的認(rèn)識，明確圖像空域處理的類型；理解圖像平滑與圖像銳化的概念；掌握模板卷積運算的實現(xiàn)方法驗證3頻域圖像處理2理解傅立葉頻譜的物理含義；掌握頻域濾波實現(xiàn)圖像平滑和銳化的原理；了解頻域濾波器的設(shè)計方法驗證4閾值分割與邊緣檢測2了解圖像分割的基本方法，明確閾值分割與邊緣檢測的區(qū)別；掌握最大類間方差閾值的原理及實現(xiàn)方法；掌握常用的邊緣檢測算子，理解邊緣檢測與圖像銳化的關(guān)系綜合5圖像特效處理2復(fù)習(xí)鞏固圖像處理方法；掌握圖像特效的原理是實現(xiàn)方法；綜合利用學(xué)過的圖像處理方法實現(xiàn)若干圖像特效綜合 *選做項目拓展覆蓋面，強(qiáng)化應(yīng)用性，學(xué)生利用課余時間自由選做。實驗項目見下表。序號實驗項目學(xué)時數(shù)內(nèi)容與要求實驗屬性1消除光照不均勻及物體標(biāo)記2理解成像模型和機(jī)理；對圖像用大尺度的低通濾波器濾波以提取光照背景信息；圖像減影運算消除圖像中的光照不均勻；對圖像做增強(qiáng)處理；圖像二值化；濾波消噪；物體標(biāo)記綜合2模糊圖像恢復(fù)2掌握圖像退化模型；對一幅原始圖像，采用給定的退化函數(shù)，仿真產(chǎn)生模糊圖像；用維納濾波法，選用不同的參數(shù)恢復(fù)圖像，并進(jìn)行分析比較，得出最理想的恢復(fù)圖像綜合3測量物體的運動軌跡2拍攝多幅圖像，預(yù)處理并提取目標(biāo)物體，根據(jù)拍照間隔和目標(biāo)位置確定物體的運動軌跡設(shè)計、創(chuàng)新4車牌定位與提取2對給定包含車牌的圖像進(jìn)行各種處理，提取出輪廓。要求在車牌照圖像上提取目標(biāo)物體，對該目標(biāo)物體進(jìn)行銳化處理及邊緣檢測設(shè)計、創(chuàng)新三、主要儀器設(shè)備計算機(jī)，Windows操作系統(tǒng)，VC編程語言、Matlab。四、考核與成績評定1.對學(xué)生進(jìn)行考勤；2.按實驗室管理規(guī)定要求管理學(xué)生；3.要求學(xué)生提交試驗報告，教師按五分制給出成績。五、