《數(shù)字圖像處理：Matlab算法設(shè)計(jì)與解譯》-教學(xué)大綱、授課計(jì)劃 李俊山

《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)大綱Digitalimageprocessing一、教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)要求數(shù)字圖像處理課程是智能科學(xué)與技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)、通信工程、光電信息科學(xué)與工程、遙感科學(xué)與技術(shù)、探測(cè)制導(dǎo)與控制技術(shù)等專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)必修課。主要目標(biāo)及要求是通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握數(shù)字圖像處理的基本概念、基本原理、基本技術(shù)和基本處理方法，了解數(shù)字圖像的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、顯示等方面的方法、技術(shù)及應(yīng)用，為學(xué)習(xí)相關(guān)的數(shù)字媒體、視頻媒體和機(jī)器視覺(jué)等課程，以及今后從事數(shù)字媒體、視頻媒體、圖像傳輸、圖像識(shí)別、圖像感知和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等領(lǐng)域的技術(shù)研究與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)打下堅(jiān)實(shí)的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。二、本課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)（一）課程教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容包括：圖像的表示，圖像基本運(yùn)算方法，圖像直方圖和直方圖均衡，基于均值與中值濾波的圖像平滑方法，基于空間銳化濾波的圖像增強(qiáng)方法，圖像的傅里葉頻譜及其特性分析，圖像編碼模型、霍夫曼編碼和變換編碼，基于圖像邊緣及閾值的圖像分割方法，圖像的邊緣特征及其檢測(cè)方法，彩色模型與彩色圖像變換，二值形態(tài)學(xué)圖像腐蝕運(yùn)算和膨脹運(yùn)算。（二）課程教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)包括：直方圖均衡，二維離散傅里葉變換的若干重要性質(zhì)、圖像的傅里葉頻譜及其特性分析，變換編碼，圖像的紋理特征及其描述和提取方法，圖像目標(biāo)描述，Matlab圖像處理算法編程。三、主要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)及要求本課程的實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐性環(huán)節(jié)要求使用Matlab軟件平臺(tái)，編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)相關(guān)的數(shù)字圖像處理算法及功能，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。課程實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐共10學(xué)時(shí)，分別為：實(shí)驗(yàn)一：圖像基本運(yùn)算實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）。實(shí)驗(yàn)二：圖像均值濾波去噪實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）。實(shí)驗(yàn)三：圖像中值濾波去噪實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）。實(shí)驗(yàn)四：圖像邊緣檢測(cè)實(shí)驗(yàn)（2學(xué)時(shí)）。相關(guān)圖像處理算法的課堂演示驗(yàn)證（2學(xué)時(shí)）。要求每個(gè)學(xué)生在總結(jié)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和收獲體會(huì)的基礎(chǔ)上，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。四、采用的教學(xué)手段和方法利用多媒體課件梳理課程內(nèi)容和講授思路，合理運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)方式激發(fā)學(xué)生的思考力，采用討論式教學(xué)方式增強(qiáng)教學(xué)過(guò)程的互動(dòng)效果，理論教授與應(yīng)用實(shí)例編程實(shí)踐相結(jié)合，提高學(xué)生的分析和解決問(wèn)題的能力。五、教材與主要參考文獻(xiàn)（一）教材[1]李俊山.數(shù)字圖像處理：Matlab算法設(shè)計(jì)與解譯，清華大學(xué)出版社，2023年5月。（二）主要參考文獻(xiàn)[1]李俊山.數(shù)字圖像處理（第4版），清華大學(xué)出版社，2021年8月。[2]岡薩雷斯著，阮秋琦譯.《數(shù)字圖像處理》（第三版），電子工業(yè)出版社，2013年六、考核形式與成績(jī)計(jì)算平時(shí)成績(jī)（上課考勤、課堂表現(xiàn)、課程作業(yè)）占20%，課程實(shí)驗(yàn)占20%，期末閉卷成績(jī)占60%。七、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配（一）第1章緒論（2學(xué)時(shí)）內(nèi)容要點(diǎn)：數(shù)字圖像與數(shù)字圖像處理；數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成；圖像處理技術(shù)研究的基本內(nèi)容；圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。教學(xué)要求：了解圖像處理技術(shù)研究的基本內(nèi)容；數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成；掌握數(shù)數(shù)字圖像與數(shù)字圖像處理的概念。教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，用實(shí)例說(shuō)明。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)內(nèi)容包括為數(shù)字圖像與數(shù)字圖像處理。無(wú)難點(diǎn)內(nèi)容。（二）第2章數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)（4學(xué)時(shí)）內(nèi)容要點(diǎn)：電磁波譜與可見(jiàn)光譜；人眼的亮度視覺(jué)特性；圖像的表示；空間分辨率和灰度級(jí)分辨率；像素間的關(guān)系；圖像的顯示；圖像文件格式。教學(xué)要求：了解電磁波譜與可見(jiàn)光譜和人眼的亮度視覺(jué)特性，理解圖像文件格式，掌握?qǐng)D像的表示、空間分辨率和灰度級(jí)分辨率、圖像顯示的相關(guān)概念和像素間的基本關(guān)系。教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，運(yùn)用啟發(fā)使教學(xué)，用實(shí)例演示相關(guān)內(nèi)容。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)內(nèi)容包括圖像的表示、圖像顯示的相關(guān)概念和像素間的基本關(guān)系。難點(diǎn)內(nèi)容為空間分辨率和灰度級(jí)分辨率和圖像文件格式。（三）第3章數(shù)字圖像的基本運(yùn)算（4學(xué)時(shí)）內(nèi)容要點(diǎn)：灰度反轉(zhuǎn)；對(duì)數(shù)變換；灰度直方圖；圖像的代數(shù)運(yùn)算；圖像的幾何運(yùn)算。教學(xué)要求：了解圖像的灰度反轉(zhuǎn)和對(duì)數(shù)變換，理解圖像的代數(shù)運(yùn)算和圖像的幾何運(yùn)算，掌握灰度圖像直方圖及其特性。教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，運(yùn)用啟發(fā)使教學(xué)，用Matlab編程實(shí)現(xiàn)的相關(guān)算法實(shí)例演示相關(guān)內(nèi)容。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)內(nèi)容為灰度圖像直方圖及其特性。難點(diǎn)內(nèi)容為圖像幾何運(yùn)算中的圖像縮放。（四）第4章空間域圖像增強(qiáng)（6學(xué)時(shí)）內(nèi)容要點(diǎn)：基于點(diǎn)運(yùn)算的圖像增強(qiáng)方法；基于直方圖的圖像增強(qiáng)方法；基于空間平滑濾波的圖像增強(qiáng)方法；基于空間銳化濾波的圖像增強(qiáng)方法。教學(xué)要求：理解基于點(diǎn)運(yùn)算的圖像增強(qiáng)方法，掌握基于直方圖均衡的圖像增強(qiáng)方法、基于空間平滑濾波的圖像增強(qiáng)方法，以及基于空間銳化濾波的圖像增強(qiáng)方法。教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，運(yùn)用啟發(fā)使教學(xué)，用Matlab編程實(shí)現(xiàn)的相關(guān)算法實(shí)例演示相關(guān)內(nèi)容。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)內(nèi)容為基于直方圖均衡的圖像增強(qiáng)方法、基于空間平滑濾波的圖像增強(qiáng)方法和基于空間銳化濾波的圖像增強(qiáng)方法。難點(diǎn)內(nèi)容為基于直方圖均衡的圖像增強(qiáng)方法。（五）第5章頻率域圖像處理（3學(xué)時(shí)）內(nèi)容要點(diǎn)：二維離散傅里葉變換；頻率域圖像處理的基本實(shí)現(xiàn)思路；基于頻率域的圖像噪聲消除（頻率域低通濾波）；基于頻率域的圖像增強(qiáng)（頻率域高通濾波）；帶阻濾波和帶通濾波。教學(xué)要求：了解帶阻濾波和帶通濾波，理解基于頻率域的圖像噪聲消除（頻率域低通濾波）、基于頻率域的圖像增強(qiáng)（頻率域高通濾波）、二維離散傅里葉變換及其重要性質(zhì)，掌握?qǐng)D像傅里葉變換的頻譜特性和圖像傅里葉變換的意義。教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，運(yùn)用啟發(fā)使教學(xué)，用相關(guān)算法實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明展示。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)內(nèi)容為二維離散傅里葉變換、傅里葉變換的頻譜特性和圖像傅里葉變換的意義。難點(diǎn)內(nèi)容為二維離散傅里葉變換和傅里葉變換的頻譜特性。（六）第6章圖像恢復(fù)（3學(xué)時(shí)）內(nèi)容要點(diǎn)：圖像的退化模型；圖像噪聲與被噪聲污染圖像的恢復(fù)；幾何失真的校正。教學(xué)要求：了解常見(jiàn)退化現(xiàn)象的物理模型和圖像退化模型的表示，理解圖像噪聲與被噪聲污染圖像的恢復(fù)、圖像幾何失真的校正。教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，運(yùn)用啟發(fā)使教學(xué)，用相關(guān)算法實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明展示。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)內(nèi)容為常見(jiàn)退化現(xiàn)象的物理模型、圖像退化模型的表示和圖像幾何失真的校正。難點(diǎn)內(nèi)容為圖像幾何失真的校正。（七）第7章圖像壓縮編碼（7學(xué)時(shí)）內(nèi)容要點(diǎn)：DCT變換；數(shù)字圖像壓縮編碼基礎(chǔ)；幾種最基本的變長(zhǎng)編碼方法；位平面編碼；游程編碼；變換編碼；圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)。教學(xué)要求：了解位平面編碼和游程編碼方法，理解DCT變換方法，掌握數(shù)字圖像壓縮編碼基礎(chǔ)知識(shí)（圖像壓縮概念、客觀保真度準(zhǔn)則和圖像編碼模型）、霍夫曼編碼方法、變換編碼方法。教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，運(yùn)用啟發(fā)使教學(xué)，用相關(guān)算法實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明展示。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)內(nèi)容為DCT變換、數(shù)字圖像壓縮編碼基礎(chǔ)、霍夫曼編碼方法、位平面編碼和變換編碼。難點(diǎn)內(nèi)容為DCT變換和變換編碼。（八）第8章圖像分割（3學(xué)時(shí)）內(nèi)容要點(diǎn)：圖像分割的概念；基于邊緣檢測(cè)的圖像分割；基于閾值的圖像分割；基于跟蹤的圖像分割；基于區(qū)域的圖像分割。教學(xué)要求：了解圖像分割概念和基于邊緣檢測(cè)的圖像分割方法，理解基于閾值的圖像分割方法，掌握基于跟蹤的圖像分割方法和基于區(qū)域的圖像分割方法。教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，運(yùn)用啟發(fā)使教學(xué)，用相關(guān)算法實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明展示。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)內(nèi)容為基于跟蹤的圖像分割方法和基于區(qū)域的圖像分割方法。難點(diǎn)內(nèi)容為基于雙峰形直方圖的閾值選取。（九）第9章圖像特征提取（6學(xué)時(shí)）內(nèi)容要點(diǎn)：圖像的邊緣特征及其檢測(cè)方法；圖像的點(diǎn)與角點(diǎn)特征及其檢測(cè)方法；圖像的紋理特征及其描述和提取方法；圖像的形狀特征；圖像的統(tǒng)計(jì)特征。教學(xué)要求：了解SUSAN角點(diǎn)檢測(cè)算法、圖像的紋理特征及其描述和提取方法（基于灰度直方圖統(tǒng)計(jì)矩的紋理特征描述與提取方法、基于結(jié)構(gòu)方法的紋理描述、基于頻譜方法的紋理描述）、圖像的形狀特征和圖像的統(tǒng)計(jì)特征，理解基于灰度共生矩陣的紋理特征提取方法，掌握?qǐng)D像的邊緣特征及其檢測(cè)方法（圖像邊緣的特征、梯度邊緣檢測(cè)、二階微分邊緣檢測(cè)）、圖像的點(diǎn)與角點(diǎn)特征及其檢測(cè)方法（圖像點(diǎn)特征及其檢測(cè)方法）、圖像的紋理特征及其描述和提取方法（圖像紋理的概念和分類(lèi)、圖像紋理的主要特性及描述方法）。教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，運(yùn)用啟發(fā)使教學(xué)，用相關(guān)算法實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明展示。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)內(nèi)容為圖像的邊緣特征及其檢測(cè)方法和基于灰度共生矩陣的紋理特征提取方法。難點(diǎn)內(nèi)容為SUSAN角點(diǎn)檢測(cè)算法和基于灰度共生矩陣的紋理特征提取方法。（十）第10章彩色圖像處理（4學(xué)時(shí)）內(nèi)容要點(diǎn)：彩色視覺(jué)；彩色模型；彩色變換；彩色圖像增強(qiáng)；彩色圖像的平滑；彩色圖像的銳化。教學(xué)要求：理解彩色模型、彩色圖像平滑和彩色圖像銳化方法，掌握彩色視覺(jué)、彩色變換和彩色圖像增強(qiáng)方法。教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，運(yùn)用啟發(fā)使教學(xué)，用相關(guān)算法實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明展示。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)內(nèi)容為彩色變換和彩色圖像增強(qiáng)方法。難點(diǎn)內(nèi)容為彩色模型。（十一）第11章形態(tài)學(xué)圖像處理（2學(xué)時(shí)）內(nèi)容要點(diǎn)：集合論基礎(chǔ)；二值形態(tài)學(xué)的基本運(yùn)算。教學(xué)要求：理解形態(tài)學(xué)中的集合運(yùn)算方法、開(kāi)運(yùn)算和閉運(yùn)算方法，掌握腐蝕和膨脹兩種二值形態(tài)學(xué)基本運(yùn)算方法。教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，運(yùn)用啟發(fā)使教學(xué)，用相關(guān)算法實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明展示。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)內(nèi)容為二值形態(tài)學(xué)的腐蝕和膨脹運(yùn)算方法。難點(diǎn)內(nèi)容為開(kāi)運(yùn)算、閉運(yùn)算。（十二）第12章目標(biāo)表示與描述（2學(xué)時(shí)）內(nèi)容要點(diǎn)：邊界表示；邊界描述（簡(jiǎn)單的邊界描述子、形狀數(shù)）；區(qū)域表示（區(qū)域標(biāo)示、四叉樹(shù)表示）；區(qū)域描述（幾種簡(jiǎn)單的區(qū)域描述子、拓?fù)涿枋鲎樱?；關(guān)系描述（串描述子）。教學(xué)要求：了解邊界表示中的多邊形近似、邊界分段、標(biāo)記圖方法；邊界描述中的簡(jiǎn)單的邊界描述子、傅里葉描述子、統(tǒng)計(jì)矩方法；區(qū)域表示中的區(qū)域標(biāo)示、四叉樹(shù)表示方法；區(qū)域描述中的幾種簡(jiǎn)單的區(qū)域描述子、拓?fù)涿枋鲎臃椒?；關(guān)系描述中的串描述子方法。理解邊界表示中的多邊形近似方法；邊界描述中的形狀數(shù)方法。掌握邊界表示中的鏈碼方法。教學(xué)方法與手段：以課堂講授為主，運(yùn)用啟發(fā)使教學(xué)，用相關(guān)算法實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明展示。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)內(nèi)容為邊界表示中的鏈碼和多邊形方法，以及邊界描述中的形狀數(shù)方法。難點(diǎn)內(nèi)容為邊界描述中的形狀數(shù)方法。（十三）課程內(nèi)容總復(fù)習(xí)（2學(xué)時(shí)）XXXX大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院全日制本科教學(xué)日歷202X～202X年第X學(xué)期課程名稱(chēng)數(shù)字圖像處理課程性質(zhì)必修課學(xué)時(shí)48學(xué)時(shí)學(xué)分3學(xué)分適用專(zhuān)業(yè)（方向）學(xué)生年級(jí)、人數(shù)開(kāi)課單位授課教師姓名、職稱(chēng)二0二一年九月填寫(xiě)說(shuō)明一、本表格填寫(xiě)時(shí)，統(tǒng)一用宋體、5號(hào)字。表格可視需要放大或縮小，頁(yè)面不夠可以另外加頁(yè)，但不能改變基本格式。課程教學(xué)不涉及表中相關(guān)欄目的，可不填寫(xiě)。二、“開(kāi)課單位”填寫(xiě)授課教師所在系（部）或任職單位名稱(chēng)。“學(xué)時(shí)分配”欄中，各種類(lèi)別所占學(xué)時(shí)的總和應(yīng)等于總學(xué)時(shí)。三、“考試（考核）”方式填寫(xiě)開(kāi)卷考試、閉卷考試、實(shí)驗(yàn)操作、操行評(píng)定、撰寫(xiě)論文、其他等。采用多種考試（考核）方式的，可以填寫(xiě)其中兩種主要形式。四、某一門(mén)課程由多名教師共同講授，應(yīng)在封面“授課教師”欄目中列出所有授課教師姓名，并在第1頁(yè)“教學(xué)任務(wù)安排”相關(guān)欄目中填寫(xiě)教學(xué)分工情況。各教師填寫(xiě)“課程教學(xué)進(jìn)程”表格后集中裝訂。一人講授一門(mén)課程的，應(yīng)填寫(xiě)“教學(xué)任務(wù)安排”中與本課程相關(guān)的欄目，“教學(xué)的主要內(nèi)容（章節(jié)）”欄目不填寫(xiě)。五、“執(zhí)行情況”由開(kāi)課單位所在學(xué)系依照教師調(diào)課、停課、換課記錄，以及教師調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、開(kāi)課時(shí)間的實(shí)際情況填寫(xiě)。學(xué)時(shí)分配課堂講授專(zhuān)題討論實(shí)驗(yàn)、社會(huì)實(shí)踐、見(jiàn)習(xí)或?qū)嵙?xí)自學(xué)指導(dǎo)其他3810使用教材名稱(chēng)出版社版次與出版時(shí)間教材類(lèi)別數(shù)字圖像處理：Matlab算法設(shè)計(jì)與解譯清華大學(xué)出版社2023年5月21世紀(jì)高等學(xué)校計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)核心課程系列教材授課語(yǔ)言全中文雙語(yǔ)（注明語(yǔ)種）全外語(yǔ)（注明語(yǔ)種）普通話(huà)考試（考核）方式閉卷考試期末考試成績(jī)約占60％；課程實(shí)驗(yàn)20%；平時(shí)成績(jī)占20％平時(shí)成績(jī)包括課堂考勤、課堂表現(xiàn)、課程作業(yè)時(shí)間地點(diǎn)從第1周至第16周授課時(shí)間：授課地點(diǎn)：教學(xué)任務(wù)安排授課教師姓名職稱(chēng)理論課學(xué)時(shí)討論學(xué)時(shí)答疑學(xué)時(shí)其他方式學(xué)時(shí)教學(xué)的主要內(nèi)容（章節(jié)）38學(xué)時(shí)課外作業(yè)批改答疑實(shí)驗(yàn)實(shí)踐10學(xué)時(shí)第一章～第十二章

課程教學(xué)進(jìn)程周序課次學(xué)時(shí)數(shù)教學(xué)主要內(nèi)容授課教師執(zhí)行情況理論實(shí)驗(yàn)實(shí)踐1|212第1章緒論：數(shù)字圖像與數(shù)字圖像處理，數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成，圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，MATLAB及其應(yīng)用基礎(chǔ)，基于MATLAB的圖像處理程序設(shè)計(jì)與解譯。Marlab環(huán)境使用實(shí)踐。12第2章圖像的表示：電磁波譜與可見(jiàn)光譜，人眼的亮度視覺(jué)特性，圖像的表示，空間分辨率和灰度級(jí)分辨率。21.50.5第2章圖像的表示：像素間的關(guān)系，圖像的顯示。3|411.50.5第3章數(shù)字圖像的基本運(yùn)算:灰度反轉(zhuǎn)，對(duì)數(shù)變換，灰度直方圖，圖像的代數(shù)運(yùn)算，圖像的幾何運(yùn)算（圖像平移變換，圖像旋轉(zhuǎn)變換）11.50.5第3章數(shù)字圖像的基本運(yùn)算:圖像的幾何運(yùn)算（圖像鏡像變換，圖像轉(zhuǎn)置變換，圖像縮小與放大。22第4章空間域圖像增強(qiáng)：點(diǎn)運(yùn)算增強(qiáng)方法，基于直方圖均衡的圖像增強(qiáng)（直方圖均衡）。5|611.50.5第4章空間域圖像增強(qiáng)：基于直方圖均衡的圖像增強(qiáng)（直方圖規(guī)定化），基于空間平滑濾波的圖像增強(qiáng)，基于空間銳化濾波的圖像增強(qiáng)（基于一階微分算子的圖像增強(qiáng)方法）。102實(shí)驗(yàn)二：圖像線(xiàn)性平滑濾波去噪實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)三：圖像非線(xiàn)性中值濾波去噪實(shí)驗(yàn)?；叶葓D像直方圖均衡化實(shí)驗(yàn)。21.50.5第4章空間域圖像增強(qiáng)：基于空間銳化濾波的圖像增強(qiáng)（基于二階微分算子的圖像增強(qiáng)方法）。第5章頻率域圖像處理：二維離散傅里葉變換。7|811.50.5第5章頻率域圖像處理：頻率域圖像處理的基本實(shí)現(xiàn)思路，基于頻率域的圖像噪聲消除（頻率域低通濾波）。