《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)大綱

《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程中文名稱數(shù)字圖像處理課程英文名稱DigitalImageProcessing課程編號33152108課程模塊￡思想政治理論課￡通識教育課￡專業(yè)基礎(chǔ)課R專業(yè)課課程性質(zhì)￡必修￡限選￡專業(yè)任選R任選總學(xué)時32講授學(xué)時24實(shí)驗(yàn)（專題輔導(dǎo)）學(xué)時8總學(xué)分2開課單位電子與信息工程學(xué)院開課系（室）自動化授課對象大四本科生適用專業(yè)自動化先修課程C語言程序設(shè)計(jì)、Matlab語言及應(yīng)用二、課程簡介和教學(xué)目標(biāo)1．課程簡介數(shù)字圖像處理（DigitalImageProcessing）又稱為計(jì)算機(jī)圖像處理，它是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行處理的過程。數(shù)字圖像處理是一門迅速發(fā)展的新興學(xué)科，于圖像是視覺的基礎(chǔ)，而視覺又是人類重要的感知手段，故數(shù)字圖像成為心理學(xué)、生理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多方面學(xué)者研究視覺感知的有效工具。本課程側(cè)重于機(jī)器視覺中的預(yù)處理技術(shù)——數(shù)字圖像基本處理，主要包括圖像變換、編碼、增強(qiáng)、恢復(fù)、重建，并介紹圖像處理的前沿方向技術(shù)。本課程是是自動化專業(yè)任選課，著重介紹數(shù)字圖像處理的基本理論和方法，訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識解決實(shí)際問題的能力，拓寬學(xué)生的專業(yè)知識面，為在遙感圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺、模式識別等領(lǐng)域從事研究與開發(fā)打下扎實(shí)的理論基礎(chǔ)。最后能把圖像處理技術(shù)綜合應(yīng)用到智能、自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中去。2.教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)1：了解圖像處理技術(shù)整體概況和分類以及有關(guān)視覺和圖像模型，數(shù)字圖像采集、表達(dá)和像素關(guān)系；教學(xué)目標(biāo)2：掌握圖像的各種基本變換技術(shù)。教學(xué)目標(biāo)3：掌握圖像處理和圖像分析方面的基本技術(shù)，例如圖像增強(qiáng)、圖像壓縮編碼和圖像分割等基礎(chǔ)理論，技術(shù)和方法。3．教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐關(guān)系教學(xué)目標(biāo)支撐畢業(yè)要求對應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)15.1了解專業(yè)常用的現(xiàn)代儀器、信息技術(shù)工具、工程工具和模擬軟件的原理和使用方法，并理解其局限性。教學(xué)目標(biāo)25.2能夠選擇與使用恰當(dāng)?shù)膬x器、信息資源、工程工具和專業(yè)模擬軟件，對自動化相關(guān)領(lǐng)域的工程問題進(jìn)行分析、計(jì)算與設(shè)計(jì)；能夠針對具體的對象，開發(fā)或選用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，模擬和預(yù)測專業(yè)問題，并能夠分析其局限性。教學(xué)目標(biāo)31.2能針對具體的對象建立數(shù)學(xué)模型并求解，將相關(guān)知識和數(shù)學(xué)模型方法用于推演、分析自動化相關(guān)領(lǐng)域的工程問題，用于解決方案的比較與綜合。三、理論教學(xué)表1理論教學(xué)安排序號章節(jié)（學(xué)時）學(xué)習(xí)內(nèi)容（含重點(diǎn)、難點(diǎn)）教學(xué)方法、手段支撐教學(xué)目標(biāo)其他1

一、數(shù)字圖像處理概述（2學(xué)時）1.1圖像處理的基本內(nèi)容：數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成，數(shù)字圖像處理術(shù)語。1.2數(shù)字圖像處理的方法和內(nèi)容：空間域方法和變換域方法，圖像信息獲取、存儲、處理，圖像描述，圖像識別，圖像理解。（）1.3數(shù)字圖像處理的應(yīng)用：工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，交通領(lǐng)域的應(yīng)用，軍事、公安領(lǐng)域的應(yīng)用，生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，機(jī)器視覺，通信工程方面的應(yīng)用。（）講授式、討論式、案例式與啟發(fā)式相結(jié)合。1課后任務(wù)：1.收集資料調(diào)研數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用案例。2二、數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)（4學(xué)時）2.1圖像數(shù)字化；2.2數(shù)字圖像的顯示；2.3色度學(xué)基礎(chǔ)與顏色模型：分辨率，三色原理，顏色的三個屬性，顏色模型，RGB模型、HSI模型、CMYK模型、其他表色系統(tǒng)，顏色模型的相互轉(zhuǎn)換。（）2.4灰度直方圖；2.5圖像文件格式；2.6圖像的基本運(yùn)算；（）2.7MATLAB圖像運(yùn)算算法實(shí)現(xiàn)。（）講授式、討論式、案例式與啟發(fā)式相結(jié)合。1討論：為什么紅色光和紫色光的波長差別很大，但是看起來卻比較接近？三、圖像變換（4學(xué)時）3.1傅里葉變換：連續(xù)傅里葉變換，一維離散傅里葉變換，二維離散傅里葉變換。3.2離散余弦變換：一維離散余弦變換，二維離散余弦變換，離散余弦變換的矩陣表示。3.3卡-洛變換：卡-洛變換的定義。3.4小波變換：連續(xù)小波變換，一維離散小波變換，二維離散小波變換。（）3.5基于MATLAB的圖像變換的實(shí)現(xiàn)：圖像的離散傅里葉變換、離散余弦變換、離散小波變換的MATLAB語句。（）講授式、討論式、案例式與啟發(fā)式相結(jié)合。2討論：1.圖像減法運(yùn)算在什么場合上發(fā)揮優(yōu)勢？2.二維傅里葉變換的分離性有什么實(shí)際意義？3四、圖像編碼與壓縮（6學(xué)時）4.1冗余的概念；4.2圖像保真度準(zhǔn)則；4.3無損壓縮技術(shù)：行程編碼，LZW編碼，哈夫曼編碼，香農(nóng)編碼。（）4.4無損預(yù)測編碼：無損預(yù)測編碼系統(tǒng)，一維線性預(yù)測編碼。（）4.5有損預(yù)測編碼：有損預(yù)測編碼的系統(tǒng)組成。（）4.6圖像變換編碼基本原理；（）4.7視頻圖像編碼簡介：JPEG標(biāo)準(zhǔn)，MPEG標(biāo)準(zhǔn)，H.261標(biāo)準(zhǔn)。講授式、討論式、案例式與啟發(fā)式相結(jié)合。3討論：如何衡量圖像編碼壓縮方法的性能？五、圖像改善（6學(xué)時）圖像退化與復(fù)原：圖像降質(zhì)數(shù)學(xué)模型，圖像復(fù)原的方法，估計(jì)退化函數(shù)，逆濾波，維納濾波，中值濾波。（）5.2圖像增強(qiáng)：空間域圖像增強(qiáng)，灰度變換，直方圖修正，空間域平滑；頻率域增強(qiáng)，低通濾波，高通濾波。（）5.3彩色增強(qiáng)技術(shù)：偽彩色增強(qiáng)，假彩色增強(qiáng)。（）講授式、討論式、案例式與啟發(fā)式相結(jié)合。3討論：同態(tài)濾波技術(shù)在圖象處理中的作用是什么？給出其處理流程圖。六、圖像邊緣提取與分割（2學(xué)時）6.1圖像分割的基本方法：直方圖分割與圖像二值化；使用閾值進(jìn)行圖像分割。6.2邊緣圖像及分類：邊緣檢測算子，邊緣檢測算子的對比。（）6.3霍夫變換：霍夫變換原理和性質(zhì)，霍夫變換應(yīng)用。6.4紋理分析方法：基于鄰域特征統(tǒng)計(jì)的方法，傅里葉頻譜方法提取紋理特征。（）講授式、討論式、案例式與啟發(fā)式相結(jié)合。3什么是閾值分割技術(shù)？該技術(shù)適用于什么場景下的圖像分割？四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)表2實(shí)驗(yàn)教學(xué)安排序號實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱（學(xué)時）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)類型支撐教學(xué)目標(biāo)其他1實(shí)驗(yàn)1：圖像對比度拉伸（2學(xué)時）根據(jù)給定的線性映射圖和原始圖像，編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的對比度拉伸。驗(yàn)證性12

實(shí)驗(yàn)2：圖像平滑濾波（2學(xué)時）分別采用均值、中值、最大值、最小值濾波器對給定加噪圖像進(jìn)行平滑處理，輸出處理結(jié)果并進(jìn)行比較。設(shè)計(jì)性1、23實(shí)驗(yàn)3：圖像高頻提升增強(qiáng)（2學(xué)時）根據(jù)給定的參數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像的高頻增強(qiáng)。設(shè)計(jì)性1、2、34實(shí)驗(yàn)4：圖像閾值分割（2學(xué)時）對給定的指紋圖像進(jìn)行全局閾值分割，實(shí)現(xiàn)去除背景的效果設(shè)計(jì)性1、2、3五、考核與成績評定方法表3課程考核及評價細(xì)則成績組成考核/評價環(huán)節(jié)分值考核/評價細(xì)則支撐教學(xué)目標(biāo)平時成績（40%）作業(yè)10主要考核學(xué)生對每章節(jié)知識點(diǎn)的理解和掌握程度，并通過IDE軟件編寫與驗(yàn)證代碼；取各次成績的平均值作為書面作業(yè)成績，滿分100分，按10%計(jì)入總成績。1、2、3實(shí)驗(yàn)30依據(jù)實(shí)驗(yàn)課堂提問驗(yàn)收成績（80分），以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量評分（20分），滿分100分，按30%計(jì)入總成績。1、2、3期末成績（60%）大作業(yè)60布置設(shè)計(jì)任務(wù)：1.選題介紹；2.指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行需求分析、查閱文獻(xiàn)資料；3.對于要解決的實(shí)際問題，設(shè)計(jì)解決方案與開發(fā)流程，并上機(jī)完成程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試。4.按照要求撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告和答辯PPT。5.整理源程序及其注釋，形成格式和風(fēng)格良好的源程序清單和結(jié)果。6.該項(xiàng)滿分為100分，按60%計(jì)入總成績。1、2、3六、建議教材及相關(guān)教學(xué)資源[1]陳天華.數(shù)字圖像處理及應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2018.[2]楊帆.數(shù)字圖像處理與分析[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2019.[3]官云蘭.MATLAB遙感數(shù)字圖像處理實(shí)踐教程[M].上海：上海HYPERLINK"/?key3=%CD%AC%BC%C3%B4%F3%D1%A7