数字图像处理课程教学大纲.doc

数字图像处理教学大纲 Digital Image Processing课程编号： 0806110140202学 时： 48 学分： 3 适用对象： 计算机科学与技术专业、 软件工程先修课程： 线性代数、面向对象程序设计、数据结构一、课程的性质和任务数字图像处理是一门迅速发展的新兴学科，发展的历史并不长。由于图像是视觉的基础，而视觉又是人类重要的感知手段，故数字图像成为心理学、生理学、计算机科学等诸多方面学者研究视觉感知的有效工具。随着计算机的发展，以及应用领域的不断加深和扩展，数字图像处理技术已取得长足的进展，出现了许多有关的新理论、新方法、新算法、新手段和新设备，并在军事公安、航空、航天、遥感、医学、通信、自控、天气预报以及教育、娱乐、管理等方面得到广泛的应用。所以，数字图像处理是一门实用的学科，已成为计算机科学、电子信息及其相关专业的一个热门研究课题，同时是一门多学科交叉、理论性和实践性都很强的综合性课程。本课程是计算机科学与技术专业及软件工程专业本科生的一门选修课程。本课程着重研究数字图像处理的方法，训练学生运用所学基础知识解决实际问题的能力，同时要求拓宽专业知识面。二、教学目的和要求本课程通过介绍数字图像的基础理论和基本运算、图像空域变换和频域变换、图像增强、图像分割、特征提取、识别和解释、图像压缩、图像重建、基于互联网的数字图像处理等基本图像处理方法，使学生能熟练地掌握数字图像处理的基本理论和方法，并能应用这些基本方法开发数字图像处理系统。要求学生在学完本课程以后，具有阅读各类图像处理文献的能力和进行图像处理系统的开发能力，并为学习图像处理新方法奠定理论基础。三、教学内容第一章：绪论1.基本内容u 数字图像处理的概念u 数字图像处理的起源u 数字图像处理的应用实例u 数字图像处理的基本步骤u 图像处理系统的部件2.教学基本要求：要求了解数字图像处理的基本概念，发展历史，应用领域和研究内容。 3.教学重点难点：数字图像处理基本步骤和图像处理系统的各组成部分构成。4.教学建议：通过大量的实例讲解数字图像处理的应用领域。第二章：数字图像基础1.基本内容u 视觉感知要素u 光和电磁波谱u 图像感知和获取u 图像取样和量化u 像素间的一些基本关系u 线性和非线性操作2.教学基本要求：了解视觉感知要素和几种常用的图像获取方法；掌握图像的数字化过程及其图像分辨率之间的关系；掌握像素间的联系的概念。3.教学重点难点：要求重点掌握图像数字化过程及图像中像素的联系。4.教学建议：通过实例讲解数字图像间的算术逻辑运算。第三章：空间域图像增强 1.基本内容u 背景知识u 某些基本灰度变换u 直方图处理u 用算术/逻辑操作增强u 空间滤波基础u 平衡空间滤波器u 锐化空间滤波器u 混合空间增强法2.教学基本要求：了解空间域图像增强的概念、目的及主要技术，理解其中的直接灰度变换的各种方法原理，在理解直方图的定义、性质及用途的基础上，掌握直方图均衡化技术细节；理解直方图规定化处理方法的原理及作用；掌握图像的空间域的平滑和锐化技术方法。3.教学重点难点：要求重点掌握直方图均衡化技术及常用的图像的空间域的平滑和锐化技术方法。4.教学建议：通过实例讲解空间域的图像平滑和锐化技术方法。第四章：频率域图像增强 1.基本内容u 背景u 傅里叶变换和频率域的介绍u 平滑的频率域滤波器u 频率域锐化滤波器u 同态滤波器u 实现2.教学基本要求：了解傅里叶变换和频率域的概念，掌握常用的平滑、锐化和同态三种滤波器的概念和方法。3.教学重点难点：要求重点掌握图像的傅立叶变换及常用的图像的频率域的平滑和锐化技术方法。4.教学建议：通过实例讲解频率域的图像平滑和锐化技术方法。第五章：图像复原 1.基本内容u 图像退化/复原过程的模型u 噪声模型u 噪声存在下的唯一空间滤波复原u 频率滤波削减周期噪声u 线性、位置不变的退化u 估计退化函数u 逆滤波u 最小均方误差滤波(维纳滤波)u 约束最小二乘方滤波器u 几何均值滤波u 几何变换2.教学基本要求：掌握图像退化/复原过程的模型，掌握几种常用的滤波方法，掌握几何变换方法，特别是图像的平移、旋转、镜像、转置、缩放等的坐标变换和灰度插值。3.教学重点难点：要求重点掌握逆滤波、维纳滤波和均值滤波方法，掌握常用的几何变换方法。4.教学建议：课外自学。第六章：彩色图像处理 1.基本内容u 彩色基础u 彩色模型 u 伪彩色处理u 全彩色图像处理基础u 彩色变换u 平滑和尖锐化u 彩色分割u 彩色图像的噪声u 彩色图像压缩2.教学基本要求：了解彩色基础、RGB颜色模型以及HIS颜色模型，理解RGB颜色模型和HIS颜色模型的色度学基础和适用范围。3.教学重点难点：彩色基础和模型、伪彩色处理、全彩色处理基础及彩色变换；不同颜色空间的定义和选择。4.教学建议：介绍彩色图像处理方法的应用实例。第七章：小波变换和多分辨率处理 1.基本内容u 背景u 多分辨率展开u 一维小波变换u 快速小波变换u 二维小波变换u 小波包2.教学基本要求：了解小波变换的概念，掌握一维和二维小波变换。3.教学重点难点：快速小波变换。4.教学建议：课外自学。 第八章：图像压缩 1.基本内容u 基础u 图像压缩模型u 信息论要素u 无误差压缩u 有损压缩u 图像压缩标准2.教学基本要求：了解图像压缩理论及模型，无损压缩、有损压缩，图像编码常用方法，图像编码评价方法，图像编码的国际标准。3.教学重点难点：重点掌握无损预测编码，有损预测编码，变换编码系统。难点是变换选择，子图像尺寸选择，比特分配。4.教学建议：例题讲解。 第九章：形体学图像处理 1.基本内容u 序言u 膨胀和腐蚀u 开操作与闭操作u 击中或击不中变换u 一些基本的形态学算法u 灰度级图像扩展2.教学基本要求： 掌握二值形态学和灰度形态学的几种基本操作，了解形态学在图像处理中的应用。3.教学重点难点：重点掌握图像腐蚀、图像的膨胀、图像的细化。4.教学建议：例题讲解和自学。 第十章：图像分割 1.基本内容u 间断监测u 边缘连接和边界检测u 门限处理u 基于区域的分割u 基于形态学分水岭的分割u 分割中运动的应用2.教学基本要求： 掌握图像分割方法、边缘检测方法、门限处理、轮廓跟踪、区域分割等的基本原理。3.教学重点难点：重点掌握图像分割，轮廓跟踪。4.教学建议：例题讲解。 第十一章：表示和描述1.基本内容u 表示方法u 边界描绘子u 区域描绘子u 运用主分量进行描绘u 关系描绘2.教学基本要求：理解边界描绘子和区域描绘子，掌握图像的几何特征、形状特征、纹理特征与骨架提取以及其他特征。3.教学重点难点：重点掌握纹理描述。4.教学建议：例题讲解。 第十二章：对象识别1.基本内容u 模式和模式类u 基于决策理论方法的识别u 结构性方法2.教学基本要求：掌握模式和模式类的概念，理解常用的几种模式识别方法。3.教学重点难点：结构模式识别。4.教学建议：课外自学。 四、教学环节与学时分配序号教学内容总学时其 中课外辅导/课外实践备 注讲课实验上机其他1第1章 绪论222第2章 数字图像基础2223第3章 空间域图像增强8844第4章 频率域图像增强2225第5章 图像复原自学6第6章 彩色图像处理2227第7章 小波变换和多分辨率处理自学8第8章 图像压缩4429第9章 形态学图像处理22210第10章 图像分割66411第11章 表示与描述2212第12章 对象识别自学合计483018五、教学中应注意的问题考试课程，注意多种考核方式的运用。六、实验/实践内容：计算机图像处理实验课是理论课程中的重要一环，它是在掌握图像处理的理论基础上，通过软件编程来实现，由于图像处理是对大批数据的处理，对学生的软件编程有更高的要求。序号实验名称学时实验内容和要求备注1图像的显示2内容：在计算机屏幕上显示指定的图像。要求：掌握数字图像显示的编程实现。2图像的灰度变换及直方图均衡化2内容：以一幅256256象素的数字图像为实验对象，观察图像的二值化效果和直方图分布。对图像的直方图进行均衡化。要求：通过实验显示、观察图像二值化效果。了解图像的直方图概念，掌握图像的直方图均衡化方法。3图像的平衡和锐化处理2内容：以一幅256256象素的数字图像为对象采用中值滤波处理进行平滑处理和Soble算子图像锐化方法。要求：通过实验显示，观察图像平滑和锐化处理效果。4频率域图像处理2内容：对指定图像采用频率域上的低通滤波进行平滑处理。要求：通过实验显示，了解频率域低通滤波平滑处理方法。524位彩色图像处理2内容：对指定的24位彩色数字图像进行RGB向量空间分割。要求：通过实验显示，了解彩色图像处理方法。6图像的压缩编码2内容：对指定图像进行DFT压缩。 要求：学习利用DFT压缩方法。7图像膨胀、腐蚀和细化2内容：对指定图像进行腐蚀、膨胀和细化，把得到的结果图像都显示于屏幕上。要求：通过实验显示，掌握数学形态学处理方法。8图像分割与边缘检测4内容：对指定图像进行自适应门限值分割和边缘提取。要求： 通过实验显示，掌握分割和轮廓提取方法。合计18七、考核方式课程考评采用卷面（占60%）、实验报告（占30%）、平时考勤（占10%）相结合。本课程采用闭卷或开卷形式考试，试题题型可采用填空、判断、简答、程序设计等。主要考察学生对基本概念、基本方法的掌握及综合应用情况。八、教材及主要参考书1、冈萨雷斯著，阮秋琦译，数字图像处理（第二版），电子工业出版社。2005年。2、杨枝灵，王开等著，Visual C+数字图像获取、处理及实践应用。人民邮电出版社。2003年。3、阮秋琦，阮宇智等译，数字图像处理(第二版)，电子工业出版社，2004年。4、章毓晋，图象工程 (上册) 图象处理和分析，清华大学出版社, 北京，1999年。九、教改说明及其他（1）为突出教学重点，第五、七及十二章等相关章节由学生自主学习，但在卷面考试中会涉及相关内容,且采用开卷方式。（2）教学方式采