《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)分數(shù)：3學(xué)分課程學(xué)時數(shù)：48學(xué)時（32理論課時+16實驗學(xué)時）授課對象：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)字信號處理，信息論，程序設(shè)計等一、課程簡介數(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，是國內(nèi)外高校和科研院所的研究生教育中一個重要的研究方向。通過本課程的學(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、圖像分割、圖像恢復(fù)、圖像識別、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象、基本應(yīng)用、研究內(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、難點：重點：CDIB類與程序框架結(jié)構(gòu)介紹。難點：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象、內(nèi)容及其在培養(yǎng)軟件編程高級人才中的地位、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，幾何變換的實現(xiàn)原理和實施方法課程的重點、難點：重點：鏡像變換。難點：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、灰度的點運算（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、難點：重點：灰度直方圖。難點：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：圖像的空域平滑運算，圖像均值濾波，圖像中值濾波，圖像的濾波器模板設(shè)計，各類濾波器的應(yīng)用范圍與選擇課程的重點、難點：重點：消除孤立黑像素點、中值濾波器。難點：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噪聲濾波、消除孤立黑像素點、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，圖像的邊緣檢測算子（其中包含Roberts,Prewitt,Sobel,Canny，高斯-拉普拉斯算子等）課程的重點、難點：重點：Roberts邊緣檢測算子、高斯-拉普拉斯算子。難點：梯度銳化。教學(xué)要求：1）理解梯度銳化、縱向微分運算、橫向微分運算、雙方向一次微分運算、二次微分運算、Roberts邊緣檢測算子、Sobel邊緣檢測算子、Krisch邊緣檢測、高斯-拉普拉斯算子。（六）圖像分割及測量教學(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)域生長算法和分水嶺算法），目標物件的輪廓提取、模板的匹配、圖像特征分析與測量（包含圖像的面積、周長等）課程的重點、難點：重點：輪廓提取、輪廓跟蹤。難點：圖像的測量。包括：圖像的區(qū)域標記、圖像的面積測量及圖像的周長測量。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、難點：重點：圖像紋理分析。難點：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，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，灰度級形態(tài)學(xué)課程的重點、難點：重點：圖像腐蝕、圖像的膨脹。難點：圖像的細化。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、難點：重點：圖像的增強處理。難點：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，沃爾什變換和哈達瑪變換，霍特林變換，拉東變換課程的重點、難點：重點：圖像的傅立葉變換。難點：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，圖像壓縮國際標準簡介課程的重點、難點：重點：JPEG壓縮算法。難點：霍夫曼編碼。分章節(jié)詳細編寫本課程的主要教學(xué)內(nèi)容、課程的重點、難點、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、實驗教學(xué)內(nèi)容及基本要求本課程實驗屬專業(yè)課實驗，通過《數(shù)字圖像處理》實驗,使學(xué)生加深對數(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、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)用打下堅實的基礎(chǔ)，共分為四個實驗，共8個學(xué)時。實驗一1.實驗名稱：MATLAB數(shù)字圖像處理初步2.實驗要求：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一幅圖像的方法；圖像間如何轉(zhuǎn)化。3.實驗儀器：高性能學(xué)生計算機，MATLAB7.0軟件一套4.實驗內(nèi)容：（1）利用imread()函數(shù)讀取一幅圖像，存入一個數(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)來顯示這幅圖像；（4）利用imfinfo函數(shù)來獲取圖像文件的壓縮，顏色等等其他的詳細信息；（5）利用imwrite()函數(shù)來壓縮這幅圖象，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的大小；（9）用figure,imshow()分別將Lenna.jpg和camema.jpg顯示出來，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顯示出來觀察圖像的特征。5.實驗重點：MATLAB函數(shù)實現(xiàn)基本的圖像處理操作6.實驗學(xué)時：2學(xué)時7.應(yīng)達到的要求：學(xué)會基本的圖像處理的MATLAB函數(shù)語句實驗二1.實驗名稱：圖像基本運算2.實驗要求：了解圖像的算術(shù)運算在數(shù)字圖像處理中的初步應(yīng)用；體會圖像算術(shù)運算處理的過程和處理前后圖像的變化。3.實驗儀器：高性能學(xué)生計算機，MATLAB7.0軟件一套4.實驗內(nèi)容（1）圖像的加法運算在MATLAB中，如果要進行兩幅圖像的加法，或者給一幅圖像加上一個常數(shù)，可以調(diào)用imadd函數(shù)來實現(xiàn)。（2）圖像的減法運算在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，再將這個結(jié)果作為輸出圖像相應(yīng)的像素值。（3）圖像的乘法運算在MATLAB中，使用immultiply函數(shù)實現(xiàn)兩幅圖像的乘法。immultiply函數(shù)將兩幅圖像相應(yīng)的像素值進行元素對元素的乘法操作（MATLAB點乘），并將乘法的運算結(jié)果作為輸出圖形相應(yīng)的像素值。（4）圖像的除法運算在MATLAB中使用imdivide函數(shù)進行兩幅圖像的除法。imdivide函數(shù)對兩幅輸入圖像的所有相應(yīng)像素執(zhí)行元素對元素的除法操作（點除），并將得到的結(jié)果作為輸出圖像的相應(yīng)像素值。5.實驗重點：MATLAB函數(shù)實現(xiàn)圖像基本的運算6.實驗學(xué)時：2學(xué)時7.應(yīng)達到的要求：學(xué)會圖像處理基本運算的MATLAB語句實驗三1.實驗名稱：圖像增強—空域濾波2.實驗要求：進一步了解MatLab軟件/語言，學(xué)會使用MatLab對圖像作濾波處理，使學(xué)生有機會掌握濾波算法，體會濾波效果；了解幾種不同濾波方式的使用和使用的場合，培養(yǎng)處理實際圖像的能力，并為課堂教學(xué)提供配套的實踐機會。3.實驗儀器：高性能學(xué)生計算機，MATLAB7.0軟件一套4.實驗內(nèi)容(1)完成對于給定圖像+噪聲，使用平均濾波器、中值濾波器對不同強度的高斯噪聲和椒鹽噪聲，進行濾波處理；能夠正確地評價處理的結(jié)果；能夠從理論上作出合理的解釋。(2)利用MATLAB軟件實現(xiàn)空域濾波的程序5.實驗重點：MATLAB函數(shù)實現(xiàn)圖像基本的運算6.實驗學(xué)時：2學(xué)時7.應(yīng)達到的要求：學(xué)會圖像處理基本運算的MATLAB語句實驗四1.實驗名稱：圖像分割2.實驗要求：使用MatLab軟件進行圖像的分割。使學(xué)生通過實驗體會一些主要的分割算子對圖像處理的效果，以及各種因素對分割效果的影響。3.實驗儀器：高性能學(xué)生計算機，MATLAB7.0軟件一套4.實驗內(nèi)容(1)使用Roberts算子的圖像分割實驗調(diào)入并顯示圖像cameraman.tif中圖像；使用Roberts算子對圖像進行邊緣檢測處理；(2)使用Prewitt算子的圖像分割實驗使用Prewitt算子進行內(nèi)容(1)中的全部步驟。(3)使用Sobel算子的圖像分割實驗使用Sobel算子進行內(nèi)容(1)中的全部步驟。(4)使用LoG(拉普拉斯-高斯)算子的圖像分割實驗使用LoG(拉普拉斯-高斯)算子進行內(nèi)容(1)中的全部步驟5.實驗重點：MATLAB函數(shù)實現(xiàn)圖像基本的運算6.實驗學(xué)時：2學(xué)時7.應(yīng)達到的要求：學(xué)會圖像處理基本運算的MATLAB語句四、教學(xué)方法與手段板書+ppt+上機實踐五、教學(xué)學(xué)時分配章節(jié)與內(nèi)容課時作業(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4圖像分割及測量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32六、考核方式與成績評定標準1、考試課程：平時成績占20％，其中成績報告：30%，期末考試成績占50％。2、考查課程：平時成績占20％，期中成績報告：40%，測試成績占40％。（參照執(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