图像处理实验教案难点.doc

专业课程设计I教案（一）课次第 1 天理论讲解2学时课题第1讲 视频图像处理概念及编程工具介绍教学目标1、 掌握：图像的表示显示方法；图像的存储与格式。2、 熟悉：数字图像处理的三个层次；图像处理的主要应用领域；图像的类型。 3、 了解：图像处理的基本工具与特点。教学重点图像的表示与存储方式 教学难点开发环境的安装、配置与应用编程方法教学方法讲授法+实例分析 （多媒体+上机实践）教学过程设计一、课程导入：数字图像处理是一门新兴的、跨学科的、前沿的课程；是国内、外高校与科研院所的研究生培养中的一重要研究方向；在军事、工业、科研、医学等已得到广泛应用；研究新的图像处理算法与理论，具有重要的应用价值。试想：在工作与生活中，哪些地方会用到图像？（让学生回答）本学期，咱们将学习“图像处理技术”。在后续课堂上，我们将详细学习图像处理相关方法。二、内容提要1.1 图像及应用（1）图像的概念；（2）不同波段的图像（展示实图进行讲授）；（3）图像类型（展示实图进行讲授）；（3）图像应用领域（列举实例）；1.2 图像工程概述（1）图像工程的三个层次（实例分析与讲授）；（2）图像工程与其他学科的联系与区别；1.3 图像的表示与显示（1）图像与像素（采用实例讲授）；（2）图像矩阵表示；（3）图像的显示技术（二种）。1.4 Matlab与VS2010安装与配置对本书各章的主要内容进行简介。三、实验内容与要求1、安装Matlab开发环境，打开与显示图像；2、安装与配置VS2010+OpenCV开发环境，打开与显示图像； （具体详见实验手册）专业课程设计I教案（二）课次第 2 天理论讲解2学时课题第2讲 图像变换及应用教学目标1、掌握：傅立叶与离散余弦变换的基本原理与性质；2、熟悉：傅立叶与离散余弦变换的Matlab编程与频谱分析方法。 3、了解：高通与低通滤波原理及应用。教学重点傅立叶与离散余弦变换的基本原理。教学难点傅立叶与离散余弦变换的频谱分析。教学方法讲授法+实例分析 （多媒体+上机实践）教学过程设计一、课程导入：在“数字信号处理”课程中，信号可以在时域处理，也可以在频域处理。提问：常用的变换方法有哪些？（让学生回答）这些变换能用到图像处理中吗？本节课，将学习相关内容。二、内容提要1 傅立叶变换（1）1D傅立叶变换；（2）2D傅立叶变换；（3）频谱的图像显示；（4）频率域的性质（采用举例的方法进行讲授）2 离散余弦变换（1）1D离散余弦变换；（2）2D离散余弦变换；（3）离散余弦变换的Matlab实现（采用举例的方法进行讲授）3 低通滤波（1）引言：频域增强原理；（2）理想低通滤波及应用；（3）巴特沃斯低通滤波及应用；（4）梯形低通滤波及应用。（在讲授上述滤波器时，均采用图示与实例相结合的方法来讲授）4 高通滤波（1）高通滤波基本思想；（2）理想高通滤波及应用；（3）巴特沃斯高通滤波及应用；（4）梯形高通滤波及应用。三、实验内容与要求1、在Matlab环境中用DFT对图像做频谱分析；2、在Matlab环境中编程实现低通与高通滤波器，对图像进行平滑或边缘增强处理；3、尝试在VS2010中实现上述算法。（具体详见实验手册）专业课程设计I教案（三）课次第 3 天理论讲解2学时课题第3讲 空域图像增强算法原理与编程（一）教学目标1、掌握：灰度变换算法原理与编程步骤。2、熟悉：直方图均衡化原理与编程步骤。 3、了解：图像增强概念与应用背景。教学重点直方图均衡化原理与编程 教学难点程序编写与调试教学方法讲授法+实例分析 （多媒体+上机实践）教学过程设计一、课程导入：图像在获取时，有时会出现质量问题（展示不同类型的噪声图像）试想：怎样将图像的视觉效果改善一下？（让学生回答）本节课，将讲授二种基本的图像增强方法。 二、内容提要1、前言（1）为什么要进行图像增强处理（列出一些图像实例）； （2）图像增强的目的； （3）图像增强的方法分类。2、灰度线性变换（1）基本原理； （2）算法步骤与流程图； （3）DSP程序与分析3、灰度分段线性变换（1）基本原理； （2）算法步骤与流程图； （3）DSP程序与分析4、直方图统计的原理（1）统计方法； （2）算法步骤与流程图； （3）DSP程序与分析三、实验内容与要求1、在Matlab环境中编程实现灰度变换算法，比对观察实验结果；2、在Matlab环境中编程实现直方图均衡化算法法，比对观察实验结果；3、尝试在VS2010中实现上述算法。（具体详见实验手册）专业课程设计I教案（四）课次第 4 天理论讲解2学时课题第4讲 空域图像增强算法原理与编程（二）教学目标1、掌握：图像平滑与锐化的算法原理。2、熟悉：图像平滑与锐化的算法的Matlab编程方法。 3、了解：图像平滑与锐化的算法的性质、特点与应用。教学重点图像平滑与锐化原理教学难点编程与实现方法教学方法讲授法+实例分析 （多媒体+上机实践）教学过程设计一、课程导入：图像在获取时，不可避免会存在噪声（展示不同类型的噪声图像）试想：怎样将图像中的噪声去掉？（让学生回答）本节课，将讲授二种基本的图像平滑与锐化方法。 二、内容提要1、前言（1）噪声来源； （2）噪声的分类； （3）图像平滑的方法。2、邻域平均法图像平滑（1）基本原理； （2）算法步骤与流程图； （3）DSP程序与分析3、加权平均法图像平滑（1）基本原理； （2）算法步骤与流程图； （3）DSP程序与分析4、梯度锐化（1）基本原理； （2）算法步骤与流程图； （3）DSP程序与分析5、拉普拉斯锐化（1）基本原理； （2）算法步骤与流程图； （3）DSP程序与分析三、实验内容与要求1、在Matlab环境中编程实现二种图像平滑算法，比对观察实验结果；2、在Matlab环境中编程实现二种图像锐化算法，比对观察实验结果；3、尝试在VS2010中实现上述算法。（具体详见实验手册）专业课程设计I教案（五）课次第 5 天理论讲解2学时课题第5讲 频域图像增强算法原理及编程教学目标1、 掌握：带通带阻滤波与同态滤波器的基本原理。2、 熟悉：带通带阻滤波与同态滤波器的编程方法。 了解：带通带阻滤波与同态滤波器的优缺点及适用范围。教学重点带通带阻滤波与同态滤波器的原理与编程实现。教学难点带通带阻滤波与同态滤波器的理解与灵活运用。教学方法讲授法+实例分析 （多媒体+上机实践）教学过程设计一、课程导入：复习提问：上节学过哪些图像滤波方法？各有什么特点？（让学生回答）本节课，将学习其他二种滤波器与图像增强处理。 二、内容提要1 带通带阻滤波器（1）带阻滤波器；（2）带通滤波器；（3）陷波滤波器；（4）交互式消除图像噪声。（在讲授上述滤波器时，均采用图示与实例相结合的方法来讲授）2 同态滤波器（1）同态滤波基本思想；（2）同态滤波的流程；（3）同态滤波函数；（4）同态滤波的编程与应用（光照不匀校正）。（在讲授上述滤波器时，均采用图示与实例相结合的方法来讲授）三、实验内容与要求1、在Matlab环境中编程实现带能、带阻与陷波滤波器，对图像进行不同的处理；2、在Matlab环境中编程实现同态滤波器，对图像进行平滑或边缘增强处理；3、尝试在VS2010中实现上述算法。（具体详见实验手册）专业课程设计I教案（六）课次第 6 天理论讲解2学时课题第6讲 边缘检测算子的原理及编程教学目标3、 掌握：多种边缘检测算子的基本原理。4、 熟悉：多钟边缘检测算子的编程方法。 了解：不同边缘检测算子的优缺点及适用范围。教学重点边缘检测算子的原理与编程实现。教学难点边缘检测算子的理解与灵活运用。教学方法讲授法+实例分析 （多媒体+上机实践）教学过程设计一、课程导入：提问：图像的边缘如何用数学语言或者数学滤波方法？（学生回答）本节课，将学习Robert、Sobel、Prewitt三种梯度算子，Laplacian算子，Canny算子，Log算子，及各种算子的边缘检测效果实验与分析。 二、内容提要1 梯度算子（1）Robert算子；（2）Robel算子；（3）Prewitt算子；（在讲授上述滤波器时，均采用图示与实例相结合的方法来讲授，重点讲述各算子的模板及其原理分析）2 Laplacian算子（1）二阶导数算子的基本思想。（在讲授上述滤波器时，均采用图示与实例相结合的方法来讲授）3 Canny算子（1）Canny算子的基本思想及计算步骤。（在讲授上述滤波器时，均采用图示与实例相结合的方法来讲授）三、实验内容与要求1、在Matlab环境中编程实现梯度算子对于图像边界的检测；2、在Matlab环境中编程实现Laplacian算子及Canny算子的边缘检测效果；3、尝试在VS2010中实现上述算法。（具体详见实验手册）专业课程设计I教案（七）课次第 7 天理论讲解2学时课题第7讲 图像分割算法原理与编程教学目标1、掌握：迭代阈值分割算法原理与编程步骤。2、熟悉：Otsu分割算法原理与编程步骤。 3、了解：图像分割概念与应用背景。教学重点图像分割原理与编程 教学难点程序编写与调试教学方法讲授法+实例分析 （多媒体+上机实践）教学过程设计一、课程导入：图像分割是把图像划分为有意义的若干区域的图像处理技术，分割技术在辅助医学诊断及运动分析、结构分析等领域都有着重要的研究价值和广泛的应用发展前景。本节课，将讲授二种基本的图像分割方法。 二、内容提要1、前言（1）图像分割的意义、应用场景（列出一些实例）； （2）图像分割的方法分类。2、迭代阈值分割算法（1）基本原理； （2）算法步骤与流程图； （3）DSP程序与分析3、Otsu分割算法（1）基本原理； （2）算法步骤与流程图； （3）DSP程序与分析三、实验内容与要求1、在Matlab环境中编程实现迭代阈值分割算法，比对观察实验结果；2、在Matlab环境中编程实现Otsu分割算法，比对观察实验结果；3、尝试在VS2010中实现上述算法。（具体详见实验手册）专业课程设计I教案（八）课次第 8 天理论讲解2学时课题第8讲 图像压缩编码的概述与哈夫曼编码教学目标1、掌握：图像压缩编码的理论知识和哈夫曼编码的原理与编程步骤。2、熟悉：哈夫曼编码原理与编程步骤。3、了解：JPEG图像编码原理。教学重点压缩的质量评价指标的公式与编程；哈夫曼编码原理与编程 教学难点程序编写与调试教学方法讲授法+实例分析 （多媒体+上机实践）教学过程设计一、课程导入：在当前这个信息化社会中，新信息技术革命使人类被日益增多的多媒体信息所包围。多媒体信息主要是由图像、文本和声音三大元素组成。图像作为其主要元素之一，发挥着越来越重要的作用。而传输和存储图像需要占用大量的数据空间，这严重影响了传输速率和实时处理量,极大地制约了图像通信的发展。试想：怎样将图像或者视频压缩，并且不影响视觉效果？（让学生回答）本节课，将重点讲授哈夫曼编码原理与编程。 二、内容提要1、前言（1）为什么要进行图像压缩处理（列出一些应用实例）； （2）图像压缩的目的； （3）图像压缩的方法分类。2、图像压缩的评价指标（1）信噪比； （2）峰值信噪比； （3）均方误差； （4）压缩比3、哈夫曼编码（1）基本原理； （2）算法步骤与流程图； （3）DSP程序与分析三、实验内容与要求1、在Matlab环境中编程实现图像压缩的评价指标；2、在Matlab环境中编程实现哈夫曼编码算法，比对观察实验结果；3、尝试在VS2010中实现上述算法。（具体详见实验手册）专业课程设计I教案（九）课次第 9 天理论讲解2学时课题第9讲 变换编码原理与编程（一）教学目标1、掌握：变换编码算法原理与编程步骤。2、熟悉：FFT编码和DCT编码原理与编程步骤。 3、了解：Jpeg编码原理与代码实现。教学重点FFT与DCT压缩编码原理与编程 教学难点程序编写与调试教学方法讲授法+实例分析 （多媒体+上机实践）教学过程设计一、课程导入：JPEG图像的编码原理大家知道吗？（让学生回答）本节课，将讲授二种基本的变换编码原理与方法。 二、内容提要1、前言（1）变换编码的优势； （2）变换编码方法介绍。2、FFT压缩编码（1）基本原理； （2）算法步骤与流程图； （3）DSP程序与分析3、DCT压缩编码（1）基本原理； （2）算法步骤与流程图； （3）DSP程序与分析三、实验内容与要求1、在Matlab环境中编程实现FFT压缩编码算法，比对观察实验结果；2、在Matlab环境中编程实现DCT压缩编码算法，比对观察实验结果；3、尝试在VS2010中实现上述算法。（具体详见实验手册）专业课程设计I教案（十）课次第 10 天理论讲解2学时课题第10讲 基于小波的变换编码原理与编程实现教学目标1、掌握：小波变换算法原理与编程步骤。2、熟悉：小波变换的优势与特点。 3、了解：小波在图像处理中的应用。教学重点小波变换原理与编程 教学难点程序编写与调试教学方法讲授法+实例分析 （多媒体+上机实践）教学过程设计一、课程导入：小波变换是利用一组垂直与水平滤波器将图像分解成具有不同分辨率、不同方向特性的子带，并使能量集中在某些子带里。这种能量