《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(jì)語(yǔ)言、數(shù)字信號(hào)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(shí)：54講課學(xué)時(shí)：44實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：10上機(jī)學(xué)時(shí)：0總學(xué)分：3制訂單位信息與電氣工程學(xué)院制訂時(shí)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(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門(mén)多學(xué)科交叉的邊緣學(xué)科。學(xué)生通過(guò)數(shù)字圖像處理的學(xué)習(xí)，能掌握?qǐng)D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(dòng)態(tài)；了解交叉學(xué)科的特點(diǎn)，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(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)鍛煉動(dòng)手實(shí)踐能力；通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生打下一個(gè)較堅(jiān)實(shí)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(guò)本課程的教學(xué)，要求學(xué)生掌握?qǐng)D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(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能用高級(jí)語(yǔ)言以及基于圖像處理實(shí)驗(yàn)箱，實(shí)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(shí)；了解本領(lǐng)域最新的成果和發(fā)展動(dòng)態(tài)，了解交叉學(xué)科的特點(diǎn)，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(shí)。三、課程內(nèi)容與要求第1章數(shù)字圖像處理的基本知識(shí)（4學(xué)時(shí)）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過(guò)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(chǔ)與讀寫(xiě)；（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(jiǎn)介3、考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求（1）識(shí)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(shí)）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過(guò)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(yùn)算和幾何運(yùn)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(shí)點(diǎn)和考核要求（1）了解、識(shí)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(diǎn)。（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(shí)）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過(guò)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(shí)現(xiàn)的方法；了解偽彩色增強(qiáng)技術(shù)。2、課程內(nèi)容（1）點(diǎn)運(yùn)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(yùn)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(shí)點(diǎn)和考核要求（1）了解、識(shí)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(shí)）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過(guò)本章學(xué)習(xí)，使掌握?qǐng)D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(yùn)動(dòng)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(shí)。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(diǎn)是運(yùn)動(dòng)模糊和離焦模糊退化模型；（2）無(wú)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(shí)拓展3、考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求（1）識(shí)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(yùn)動(dòng)模糊圖像。第5章圖像壓縮編碼（6學(xué)時(shí)）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過(guò)本章學(xué)習(xí)，理解編碼實(shí)現(xiàn)圖像壓縮的原理；掌握幾種簡(jiǎn)單的編碼方法；了解相關(guān)的擴(kuò)展知識(shí)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(wú)誤差壓縮編碼；（4）有誤差壓縮編碼；（5）圖像壓縮知識(shí)拓展；（6）圖像壓縮的標(biāo)準(zhǔn)化。3、考核知識(shí)點(diǎn)和考核要求（1）了解、識(shí)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(cè)編碼等幾種編碼方法。第6章圖像分割(6學(xué)時(shí))1、學(xué)習(xí)目的和要求通過(guò)本章學(xué)習(xí)，掌握灰度閾值分割法、邊緣檢測(cè)分割法、哈夫變換的原理和應(yīng)用、熟悉區(qū)域生長(zhǎng)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(cè)分割法思想以及幾種常用的檢測(cè)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(zhǎng)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(shí)點(diǎn)和考核要求（1）了解、識(shí)記：模板匹配、分裂合并、區(qū)域生長(zhǎng)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(cè)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(cè)算子檢測(cè)邊緣實(shí)現(xiàn)分割。第7章圖像描述（4學(xué)時(shí)）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過(guò)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(jiǎn)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(shí)點(diǎn)和考核要求（1）了解、識(shí)記：形態(tài)學(xué)方法，簡(jiǎn)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(jì)（6學(xué)時(shí)）1、學(xué)習(xí)目的和要求通過(guò)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?qǐng)D像處理系統(tǒng)，使之具備初步的設(shè)計(jì)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(jì)；（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(shí)點(diǎn)和考核要求（1）了解、識(shí)記：圖像處理系統(tǒng)的應(yīng)用和相關(guān)的知識(shí)；（2）掌握：圖像處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和思路；（3）綜合應(yīng)用：能夠初步設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)某一種具體的應(yīng)用系統(tǒng)。四、理論教學(xué)學(xué)時(shí)分配章講課內(nèi)容學(xué)時(shí)1數(shù)字圖像處理的基本知識(shí)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(jì)6總計(jì)=SUM(ABOVE)44《數(shù)字圖像處理》實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱課程編號(hào)課程名稱數(shù)字圖像處理課程名稱（英文）DigitalImageProcessing實(shí)驗(yàn)性質(zhì)非獨(dú)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(jì)語(yǔ)言、數(shù)字信號(hào)處理總學(xué)時(shí)54實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)10總學(xué)分3制定單位信息與電氣工程學(xué)院制定時(shí)間2010.6一、實(shí)驗(yàn)（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(shí)驗(yàn)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(cè)、科研、國(guó)防、醫(yī)學(xué)、工農(nóng)業(yè)、日常生活的各個(gè)方面。學(xué)生通過(guò)數(shù)字圖像處理的學(xué)習(xí)，能學(xué)習(xí)掌握?qǐng)D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(dòng)態(tài)；了解交叉學(xué)科的特點(diǎn)，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(shí)。本課程配備的實(shí)驗(yàn)緊扣教學(xué)內(nèi)容，是對(duì)課堂內(nèi)容的鞏固和加強(qiáng)，鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，特別是對(duì)高級(jí)語(yǔ)言的學(xué)習(xí)和使用將進(jìn)一步加深和拓展。通過(guò)本課程和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生打下一個(gè)較堅(jiān)實(shí)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(shí)驗(yàn)（課程）的基本內(nèi)容與要求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分必做項(xiàng)目和選做項(xiàng)目，其中必做項(xiàng)目10學(xué)時(shí)，包括驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)，綜合性實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)。具體安排如下。序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)容與要求實(shí)驗(yàn)屬性1圖像基本操作和點(diǎn)運(yùn)算2掌握位圖文件的結(jié)構(gòu)及讀寫(xiě)步驟，理解圖像灰度變換和直方圖的概念，初步掌握?qǐng)D像處理的編程方法驗(yàn)證2空域圖像處理2鞏固對(duì)圖像增強(qiáng)的認(rèn)識(shí)，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(yùn)算的實(shí)現(xiàn)方法驗(yàn)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?yàn)V波實(shí)現(xiàn)圖像平滑和銳化的原理；了解頻域?yàn)V波器的設(shè)計(jì)方法驗(yàn)證4閾值分割與邊緣檢測(cè)2了解圖像分割的基本方法，明確閾值分割與邊緣檢測(cè)的區(qū)別；掌握最大類間方差閾值的原理及實(shí)現(xiàn)方法；掌握常用的邊緣檢測(cè)算子，理解邊緣檢測(cè)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?qǐng)D像特效的原理是實(shí)現(xiàn)方法；綜合利用學(xué)過(guò)的圖像處理方法實(shí)現(xiàn)若干圖像特效綜合 *選做項(xiàng)目拓展覆蓋面，強(qiáng)化應(yīng)用性，學(xué)生利用課余時(shí)間自由選做。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目見(jiàn)下表。序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)容與要求實(shí)驗(yàn)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(duì)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(yùn)算消除圖像中的光照不均勻；對(duì)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?qǐng)D像退化模型；對(duì)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(cè)量物體的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)、創(chuàng)新4車(chē)牌定位與提取2對(duì)給定包含車(chē)牌的圖像進(jìn)行各種處理，提取出輪廓。要求在車(chē)牌照?qǐng)D像上提取目標(biāo)物體，對(duì)該目標(biāo)物體進(jìn)行銳化處理及邊緣檢測(cè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新三、主要儀器設(shè)備計(jì)算機(jī)，Windows操作系統(tǒng)，VC編程語(yǔ)言、Matlab。四、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.對(duì)學(xué)生進(jìn)行考勤；2.按實(shí)驗(yàn)室管理規(guī)定要求管理學(xué)生；3.要求學(xué)生提交試驗(yàn)報(bào)告，教師按五分制給出成績(jī)。五、