《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)大綱課程代碼：ABJD0619課程中文名稱:數(shù)字圖像處理課程英文名稱：DigitalImageProcessing課程性質(zhì)：選修課程學(xué)分?jǐn)?shù)：3學(xué)分課程學(xué)時(shí)數(shù)：48學(xué)時(shí)（32理論課時(shí)+16實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)）授課對(duì)象：電子信息工程本課程的前導(dǎo)課程：高等數(shù)學(xué)，概率論，線性代數(shù)，數(shù)字信號(hào)處理，信息論，程序設(shè)計(jì)等一、課程簡(jiǎn)介數(shù)字圖像處理是一門新興的跨學(xué)科的前沿高科技，在軍事、工業(yè)、科研、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，是國(guó)內(nèi)外高校和科研院所的研究生教育中一個(gè)重要的研究方向。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，同學(xué)們將掌握數(shù)字圖像處理的基本理論與方法，包括圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像分割、圖像恢復(fù)、圖像識(shí)別、圖像壓縮編碼、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)及應(yīng)用等內(nèi)容。二、教學(xué)基本內(nèi)容和要求（一）數(shù)字圖像處理方法概述 教學(xué)內(nèi)容：數(shù)字圖像處理的研究對(duì)象、基本應(yīng)用、研究?jī)?nèi)容等，數(shù)字圖像的基本概念、彩色圖像的調(diào)色板等概念。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：CDIB類與程序框架結(jié)構(gòu)介紹。難點(diǎn)：調(diào)色板的基本概念和應(yīng)用。教學(xué)要求：1）了解本課程研究的對(duì)象、內(nèi)容及其在培養(yǎng)軟件編程高級(jí)人才中的地位、作用和任務(wù)；2）了解數(shù)字圖像處理的應(yīng)用；3）理解數(shù)字圖像的基本概念、與設(shè)備相關(guān)的位圖(DDB)、與設(shè)備無(wú)關(guān)的位圖(DIB)；4）理解調(diào)色板的基本概念和應(yīng)用；5）了解CDIB類與程序框架結(jié)構(gòu)介紹；6）掌握位圖圖像處理技術(shù)。（二）圖像的幾何變換教學(xué)內(nèi)容：圖像的幾何變換種類以及概念，幾何變換的實(shí)現(xiàn)原理和實(shí)施方法課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：鏡像變換。難點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)。教學(xué)要求：理解圖像的縮放、平移、鏡像變換、轉(zhuǎn)置、旋轉(zhuǎn)。（三）圖像灰度變換教學(xué)內(nèi)容：直方圖的概念、灰度的點(diǎn)運(yùn)算（包含灰度信息的線性變化、指數(shù)變換等）、直方圖的均勻化和規(guī)定化課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：灰度直方圖。難點(diǎn)：灰度分布均衡化。教學(xué)要求：1）了解非0元素取1法、固定閾值法、雙固定閾值法的圖像灰度變換；2）掌握灰度的線性變換、窗口灰度變換處理、灰度拉伸、灰度直方圖、灰度分布均衡化。（四）圖像的平滑處理教學(xué)內(nèi)容：圖像的空域平滑運(yùn)算，圖像均值濾波，圖像中值濾波，圖像的濾波器模板設(shè)計(jì)，各類濾波器的應(yīng)用范圍與選擇課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：消除孤立黑像素點(diǎn)、中值濾波器。難點(diǎn)：有選擇的局部平均化。教學(xué)要求：1）掌握二值圖像的黑白點(diǎn)噪聲濾波、消除孤立黑像素點(diǎn)、3*3均值濾波、N*N均值濾波器、有選擇的局部平均化、N*N中值濾波器、十字型中值濾波器、N*N最大值濾波器、產(chǎn)生噪聲。（五）圖像銳化處理及邊緣檢測(cè)教學(xué)內(nèi)容：圖像空間域銳化的概念，圖像的梯度銳化法，圖像的邊緣檢測(cè)算子（其中包含Roberts,Prewitt,Sobel,Canny，高斯-拉普拉斯算子等）課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：Roberts邊緣檢測(cè)算子、高斯-拉普拉斯算子。難點(diǎn)：梯度銳化。教學(xué)要求：1）理解梯度銳化、縱向微分運(yùn)算、橫向微分運(yùn)算、雙方向一次微分運(yùn)算、二次微分運(yùn)算、Roberts邊緣檢測(cè)算子、Sobel邊緣檢測(cè)算子、Krisch邊緣檢測(cè)、高斯-拉普拉斯算子。（六）圖像分割及測(cè)量教學(xué)內(nèi)容：圖像的閾值分割算法，圖像的閾值選擇，圖像的區(qū)域分割算法（包含區(qū)域生長(zhǎng)算法和分水嶺算法），目標(biāo)物件的輪廓提取、模板的匹配、圖像特征分析與測(cè)量（包含圖像的面積、周長(zhǎng)等）課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：輪廓提取、輪廓跟蹤。難點(diǎn)：圖像的測(cè)量。包括：圖像的區(qū)域標(biāo)記、圖像的面積測(cè)量及圖像的周長(zhǎng)測(cè)量。教學(xué)要求：1）理解圖像域值分割、輪廓提取、輪廓跟蹤、圖像的測(cè)量。（七）圖像紋理分析教學(xué)內(nèi)容：圖像的紋理概念，圖像的統(tǒng)計(jì)分析方法，自相關(guān)函數(shù)方法，圖像的投影分析方法，傅立葉頻域分析方法，灰度共生矩陣分析法，紋理的句法結(jié)構(gòu)分析法課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：圖像紋理分析。難點(diǎn)：圖像紋理分析。教學(xué)要求：了解圖像紋理分析、圖像投影分析。（八）圖像的形態(tài)學(xué)處理教學(xué)內(nèi)容：預(yù)備知識(shí)，腐蝕和膨脹，開操作與閉操作，擊中或擊不中變換，一些基本的形態(tài)學(xué)算法，灰度級(jí)形態(tài)學(xué)課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：圖像腐蝕、圖像的膨脹。難點(diǎn)：圖像的細(xì)化。教學(xué)要求：1）了解圖像腐蝕、圖像的膨脹、圖像開啟與閉合、圖像的細(xì)化、圖像的粗化、中軸變化。（九）彩色圖像處理教學(xué)內(nèi)容：彩色基礎(chǔ)，彩色模型，偽彩色圖像處理，全彩色圖像處理基礎(chǔ)，彩色變換，平滑和銳化，基于彩色的圖像分割，彩色圖像中的噪聲課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：圖像的增強(qiáng)處理。難點(diǎn)：彩色圖像的特效顯示。教學(xué)要求：1）了解基本的顏色處理理論、圖像的增強(qiáng)處理、彩色圖像的特效顯示（十）圖像的變換域處理教學(xué)內(nèi)容：變換域的概念，圖像的正交變換，圖像的頻域以及相應(yīng)的低、高通濾波，一維離散傅立葉變換，二維離散傅立葉變換，離散余弦變換，沃爾什變換和哈達(dá)瑪變換，霍特林變換，拉東變換課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：圖像的傅立葉變換。難點(diǎn)：圖像的傅立葉變換。教學(xué)要求：1）了解圖像的正交變換、頻域低通濾波、頻域高通濾波（十一）圖像的壓縮教學(xué)內(nèi)容：圖像壓縮的基本概念，圖像編碼的基本理論，無(wú)損壓縮編碼，限失真編碼，二值圖像編碼，小波變換及在圖像壓縮編碼中的應(yīng)用，圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：JPEG壓縮算法。難點(diǎn)：霍夫曼編碼。分章節(jié)詳細(xì)編寫本課程的主要教學(xué)內(nèi)容、課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)、課程教學(xué)要求。教學(xué)要求：1）了解圖像壓縮基本原理，著重介紹JPEG壓縮算法三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及基本要求本課程實(shí)驗(yàn)屬專業(yè)課實(shí)驗(yàn)，通過(guò)《數(shù)字圖像處理》實(shí)驗(yàn),使學(xué)生加深對(duì)數(shù)字圖像處理基本理論的理解，并在數(shù)字圖像處理的基本知識(shí)、基本方法和基本技能方面受到較系統(tǒng)的訓(xùn)練,為數(shù)字圖像處理的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，共分為四個(gè)實(shí)驗(yàn)，共8個(gè)學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)一1.實(shí)驗(yàn)名稱：MATLAB數(shù)字圖像處理初步2.實(shí)驗(yàn)要求：熟悉及掌握在MATLAB中能夠處理哪些格式圖像；熟練掌握在MATLAB中如何讀取圖像；掌握如何利用MATLAB來(lái)獲取圖像的大小、顏色、高度、寬度等等相關(guān)信息；掌握如何在MATLAB中按照指定要求存儲(chǔ)一幅圖像的方法；圖像間如何轉(zhuǎn)化。3.實(shí)驗(yàn)儀器：高性能學(xué)生計(jì)算機(jī)，MATLAB7.0軟件一套4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（1）利用imread()函數(shù)讀取一幅圖像，存入一個(gè)數(shù)組中：（2）利用whos命令提取該讀入圖像flower.tif的基本信息：（3）利用imshow()函數(shù)來(lái)顯示這幅圖像；（4）利用imfinfo函數(shù)來(lái)獲取圖像文件的壓縮，顏色等等其他的詳細(xì)信息；（5）利用imwrite()函數(shù)來(lái)壓縮這幅圖象，將其保存為一幅壓縮了像素的jpg文件,設(shè)為flower.jpg；（6）同樣利用imwrite()函數(shù)將最初讀入的tif圖象另存為一幅bmp圖像，設(shè)為flower.bmp。（7）用imread()讀入圖像：Lenna.jpg和camera.jpg；（8）用imfinfo()獲取圖像Lenna.jpg和camema.jpg的大??；（9）用figure,imshow()分別將Lenna.jpg和camema.jpg顯示出來(lái)，觀察兩幅圖像的質(zhì)量；（10）用im2bw將一幅灰度圖像轉(zhuǎn)化為二值圖像，并且用imshow顯示出來(lái)觀察圖像的特征。5.實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)：MATLAB函數(shù)實(shí)現(xiàn)基本的圖像處理操作6.實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)7.應(yīng)達(dá)到的要求：學(xué)會(huì)基本的圖像處理的MATLAB函數(shù)語(yǔ)句實(shí)驗(yàn)二1.實(shí)驗(yàn)名稱：圖像基本運(yùn)算2.實(shí)驗(yàn)要求：了解圖像的算術(shù)運(yùn)算在數(shù)字圖像處理中的初步應(yīng)用；體會(huì)圖像算術(shù)運(yùn)算處理的過(guò)程和處理前后圖像的變化。3.實(shí)驗(yàn)儀器：高性能學(xué)生計(jì)算機(jī)，MATLAB7.0軟件一套4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（1）圖像的加法運(yùn)算在MATLAB中，如果要進(jìn)行兩幅圖像的加法，或者給一幅圖像加上一個(gè)常數(shù)，可以調(diào)用imadd函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。（2）圖像的減法運(yùn)算在MATLAB中，使用imsubtract函數(shù)可以將一幅圖像從另一幅圖像中減去，或者從一幅圖像中減去一個(gè)常數(shù)。imsubtract函數(shù)將一幅輸入圖像的像素值從另一幅輸入圖像相應(yīng)的像素值中減去，再將這個(gè)結(jié)果作為輸出圖像相應(yīng)的像素值。（3）圖像的乘法運(yùn)算在MATLAB中，使用immultiply函數(shù)實(shí)現(xiàn)兩幅圖像的乘法。immultiply函數(shù)將兩幅圖像相應(yīng)的像素值進(jìn)行元素對(duì)元素的乘法操作（MATLAB點(diǎn)乘），并將乘法的運(yùn)算結(jié)果作為輸出圖形相應(yīng)的像素值。（4）圖像的除法運(yùn)算在MATLAB中使用imdivide函數(shù)進(jìn)行兩幅圖像的除法。imdivide函數(shù)對(duì)兩幅輸入圖像的所有相應(yīng)像素執(zhí)行元素對(duì)元素的除法操作（點(diǎn)除），并將得到的結(jié)果作為輸出圖像的相應(yīng)像素值。5.實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)：MATLAB函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像基本的運(yùn)算6.實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)7.應(yīng)達(dá)到的要求：學(xué)會(huì)圖像處理基本運(yùn)算的MATLAB語(yǔ)句實(shí)驗(yàn)三1.實(shí)驗(yàn)名稱：圖像增強(qiáng)—空域?yàn)V波2.實(shí)驗(yàn)要求：進(jìn)一步了解MatLab軟件/語(yǔ)言，學(xué)會(huì)使用MatLab對(duì)圖像作濾波處理，使學(xué)生有機(jī)會(huì)掌握濾波算法，體會(huì)濾波效果；了解幾種不同濾波方式的使用和使用的場(chǎng)合，培養(yǎng)處理實(shí)際圖像的能力，并為課堂教學(xué)提供配套的實(shí)踐機(jī)會(huì)。3.實(shí)驗(yàn)儀器：高性能學(xué)生計(jì)算機(jī)，MATLAB7.0軟件一套4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)完成對(duì)于給定圖像+噪聲，使用平均濾波器、中值濾波器對(duì)不同強(qiáng)度的高斯噪聲和椒鹽噪聲，進(jìn)行濾波處理；能夠正確地評(píng)價(jià)處理的結(jié)果；能夠從理論上作出合理的解釋。(2)利用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)空域?yàn)V波的程序5.實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)：MATLAB函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像基本的運(yùn)算6.實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)7.應(yīng)達(dá)到的要求：學(xué)會(huì)圖像處理基本運(yùn)算的MATLAB語(yǔ)句實(shí)驗(yàn)四1.實(shí)驗(yàn)名稱：圖像分割2.實(shí)驗(yàn)要求：使用MatLab軟件進(jìn)行圖像的分割。使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)體會(huì)一些主要的分割算子對(duì)圖像處理的效果，以及各種因素對(duì)分割效果的影響。3.實(shí)驗(yàn)儀器：高性能學(xué)生計(jì)算機(jī)，MATLAB7.0軟件一套4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)使用Roberts算子的圖像分割實(shí)驗(yàn)調(diào)入并顯示圖像cameraman.tif中圖像；使用Roberts算子對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)處理；(2)使用Prewitt算子的圖像分割實(shí)驗(yàn)使用Prewitt算子進(jìn)行內(nèi)容(1)中的全部步驟。(3)使用Sobel算子的圖像分割實(shí)驗(yàn)使用Sobel算子進(jìn)行內(nèi)容(1)中的全部步驟。(4)使用LoG(拉普拉斯-高斯)算子的圖像分割實(shí)驗(yàn)使用LoG(拉普拉斯-高斯)算子進(jìn)行內(nèi)容(1)中的全部步驟5.實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)：MATLAB函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖像基本的運(yùn)算6.實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：2學(xué)時(shí)7.應(yīng)達(dá)到的要求：學(xué)會(huì)圖像處理基本運(yùn)算的MATLAB語(yǔ)句四、教學(xué)方法與手段板書+ppt+上機(jī)實(shí)踐五、教學(xué)學(xué)時(shí)分配章節(jié)與內(nèi)容課時(shí)作業(yè)量備注數(shù)字圖像處理方法概述2圖像的幾何變換2圖像灰度變換4圖像的平滑處理2圖像銳化處理及邊緣檢測(cè)4圖像分割及測(cè)量4圖像紋理分析4圖像的形態(tài)學(xué)處理2彩色圖像處理2圖像的變換域處理4圖像的壓縮2合計(jì)32六、考核方式與成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)1、考試課程：平時(shí)成績(jī)占20％，其中成績(jī)報(bào)告：30%，期末考試成績(jī)占50％。2、考查課程：平時(shí)成績(jī)占20％，期中成績(jī)報(bào)告：40%，測(cè)試成績(jī)占40％。（參照?qǐng)?zhí)行）七、教學(xué)參考資源1、參考書目：[1]主編：RafaelC.Gonzalez,RichardE.Woods，《DigitalImageProcessing,SecondEdition》，出