《数字图像处理》课程教学大纲

数字图像处理（DigitImageProcessing）课程基本信息课程编号：04021534课程总学时：32实验学时：10学时课程性质：必修课程属性:专业类开设学期：第6学期适用专业：电子信息工程对先修的要求：高等数学、概率论、线性代数、科学计算与MATLAB语言对后续的支撑：机器视觉技术与应用、毕业设计一、课程的教学理念、性质、目标和任务本课程是一门多学科交叉、理论性和实践性都很强的综合性课程，是电子信息类专业学生的一门重要专业课程。通过对本课程的学习，使学生了解数字图像的基本概念、数字图像形成的原理，掌握数字图像处理的理论基础和技术方法，着重掌握数字图像的增强、压缩和分割等技术的基本理论和实现方法，熟悉图像处理在农业智能化处理、识别和检测等领域的应用，为将来从事相关领域工作和科学研究奠定基础。通过本课程的学习，要求学生能够掌握及熟练使用常用的图像处理方法，能够根据需要选择合理的数字图像处理技术和方法，为以后进一步学习和研究其它数字图像处理方法和提高数字图像处理能力奠定基础，并能从事和图像相关的智能化检测方面的研究开发工作。通过实验的实际操作，使学生加深对数字图像处理基本理论的理解，掌握图像处理技术的基本实现步骤，能独立写出严谨的、有理论分析的实事求是的文理通顺的实验报告，并在数字图像处理的基本知识、基本方法和基本技能方面受到较系统的训练，为数字图像处理的应用打下坚实的基础。二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑序号课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求1使学生掌握图像滤波、特征检测、模式识别、图像融合、目标跟踪等机器视觉的基本方法，培养解决机器视觉实际问题的能力。指标点2.122培养学生将文献转换为实际工程实现的能力，能够根据问题需求，设计解决方案。指标点4.14三、教学内容及进度安排（一）理论教学序号教学内容学生学习预期成果课内学时教学方式支撑课程目标1第1章绪论数字图像处理的基本概念与特点，数字图像处理硬件系统，数字图像处理的应用及发展趋势。掌握数字图象处理的一些基本概念，了解本书的讲述内容和图像处理的特点。2课堂PPT讲解。目标12第2章数字图像处理基础图像的采样与量化技术、图像数字化设备、数字图像的类型、常见图像文件格式、色度学基础与颜色模型。掌握数字图像及数字图像处理相关的内容2课堂PPT讲解+代码演示；典型应用案例分析。目标13第3章图像增强与平滑直方图的基本概念、图像增强方法换，图像的噪声，模板与卷积运算，图像平滑，图像锐化和图像的伪彩色处理。掌握图像增强和平滑技术，使学生熟悉相关知识并能熟练掌握和运用。6课堂PPT讲解+代码演示；典型应用案例分析。目标14第4章图像分割与边缘检测阈值分割技术、区域增长与聚合、边缘检测与微分运算、轮廓跟踪与提取、图像匹配、投影法与差影法。掌握图像分割与边缘检测的常用方法。4课堂PPT讲解+代码演示；典型应用案例分析。目标15第5章图像的几何变换齐次坐标、几何变换矩阵，图像的比例缩放、平移、镜像、旋转与复合变换。掌握平移、放大、缩小、旋转、镜像等相关知识，要求学生熟练掌握理论知识，并能在实际中应用。2课堂PPT讲解+代码演示；典型应用案例分析。目标16第6章数学形态学及其应用数学形态学的基本概念，二值形态学腐蚀、膨胀、开、闭运算，击中击不中变换，形态学滤波，骨架抽取，细化算法等知识。掌握形态学的处理方法，并能在实际应用中选择合适的处理方法。2课堂PPT讲解+代码演示；典型应用案例分析。目标17第8章图像编码图像编码的目的与意义，编码的基本原理、方法与评价，哈夫曼编码、香农范—范诺编码、行程长度编码、LZW编码、算术编码、JPEG编码。掌握图像编码和压缩技术。4课堂PPT讲解+代码演示；典型应用案例分析。目标1（二）实验教学序号实验名称学时实验教学内容学习要求支撑课程目标1实验一图像增强与平滑21.绘制、分析图像直方图；2.直方图均衡化处理；利用多种灰度变换法对图像进行增强；3.人为产生图像噪声并施加在图像中；4.利用多种平滑技术去除图像噪声。学会对图像直方图的分析；掌握各种灰度变换的图像增强方法，观察图像增强的效果，加深对灰度直方图的理解；掌握图像平滑的基本原理和实现方法。目标22实验二图像锐化及伪彩色处理21.分别用roberts、sobel、Prewitt、log四种算子编写MATLAB程序对图像及添加高斯噪声的图像进行锐化，提取边缘信息。2.运行下列采用8个灰度级密度分割的伪彩色变换程序，观察结果，并分别采用2、16、32个灰度级进行伪彩色处理，编程后运行，观察并比较结果。3、采用灰度级彩色变换的方法，编写程序实现图像的灰度级彩色变换。掌握图像锐化、伪彩色处理的基本原理和基本方法目标23实验三图像的几何变换21.编程实现对256×256图像的二倍放大变为512×512。2.编程实现对图像的1/2倍缩小变为128×128。3.编程实现对黑白方格图像的300旋转，并用最近邻域插值变换法对旋转图像的空洞进行填补。4.编程分别实现对图像的水平镜像和垂直镜像。掌握图像放大、缩小、旋转的基本原理和基本方法；会分析图像处理结果。目标24实验四图像分割21.采用人工选择阈值法编写程序，把图像blood.bmp分割为二值图像。尝试不同阈值来分割图像，比较分割效果，选出最满意的阈值。2.采用迭代式阈值选择方法对图像blood.bmp进行二值化处理，并和(一)中处理的结果比较。3.图像的标记和轮廓跟踪。4.图像的减法5.图像的平均。6.编程实现车牌图像的水平投影和垂直投影。7.图像的逻辑“与”运算。8.图像的逻辑“或”运算。掌握图像分割的基本原理和基本方法；能够用所学方法实现图像分割；掌握象素间算术运算的和逻辑运算的方法；学会比较图像处理结果并分析原因。目标25实验五图像形态学处理2图像腐蚀、图像膨胀、开启、闭合、细化。了解图像腐蚀、膨胀、开启、闭合及细化的目的及意义；能够编程实现图像的各种形态学处理；观察并比较图像处理结果。目标2四、课程思政本课程融合课程思政内容，将德育内容融入课程体系。随着信息化时代的来临，图像及视觉在生活中的应用越来越多，课程讲授时结合实际信息或图像处理案例讲解，激发学生学习兴趣；教学过程中探讨学科前沿动态，引导学生探索新知识及培养创新思维和综合能力；将实践教学与理论教学相结合，用完美的实验结果验证理论知识，加深印象并提高学生对此课程的兴趣。主要从以下几个方面开展课程思政教学：（1）展示工程项目图像处理效果对比，介绍数字图像处理技术的前沿应用,激发学生学习本课程的兴趣，认识到本课程学习的重要性，同时增强民族自信、科技自信,激发创新热情。（2）直方图教学，分别展示真彩色图像和索引图像直方图的绘制原理,对比与灰度图像直方图的异同，引导学生的思考，培养学生的举一反三、独立思考的能力。（3）疫情防控期间利用伪彩色处理技术对高体温人体进行自动识别和标注的案例，增强社会责任。（4）将图像技术应用到农产品检测、农业机器人领域，树立为农业农村现代化建设服务的思想。（5）实验数据的客观记录与分析，培养学生的实事求是科学态度。五、教材及参考资料1.选用教材：（1）理论课教材：数字图像处理（第三版），何东健，西安电子科技大学出版社，2018年。（2）实验课教材：自编。2.参考书：（1）DigitalImageProcessing,ThirdEdition，Rafael，C.，Gonzalez，电子工业出版社，2017。（2）数字图像处理（第四版），拉斐尔・C.冈萨雷斯）著，阮秋琦译，电子工业出版社，2020。（3）数字图像处理系列教程，高飞，刘盛，卢书芳著，清华大学出版社，2022。3.推荐网站（线上资源）：（1）西安电子科技大学《数字图像处理》精品课程网站：/course/dip/www/jsdw.htm（2）哈尔滨工程大学《数字图像处理》精品课程网站：/shuishengxueyuan/ShowArticle.asp?ArticleID=117185

六、教学条件计算机、MATLAB软件等。七、课程考核、考核方式及成绩评定序号课程目标（支撑毕业要求指标点）考核内容评价依据及成绩比例(%)成绩比例(%)课堂表现作业实验期末考试1目标1：（支撑毕业要求指标点2.1）数字图像的基本概念、理论基础和技术方法715240642目标2：（支撑毕业要求指标点4.1）能够根据问题需求，设计解决方案。3582036合计10201060100（1）课堂表现考核内容及评分标准课程目标考核内容评分标准90-100分80-89分70-79分60-69分<60分课程目标1（7%）考核学生预习、复习、课堂参与情况。遵守课堂纪律，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%；或能回答老师提出的问题，准确率大于90%遵守课堂纪律，认真参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于80%；或能回答老师提出的问题，准确率大于80%。遵守课堂纪律，上课状态一般，能回答老师提出的问题，准确率大于70%。遵守课堂纪律，上课状态一般，能回答老师提出的问题，准确率大于60%。遵守课堂纪律，但不能正常参与课堂教学活动，不能回答老师提出的问题。课程目标2（3%）考核学生预习、复习、课堂参与情况。遵守课堂纪律，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%；或能回答老师提出的问题，准确率大于90%遵守课堂纪律，认真参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于80%；或能回答老师提出的问题，准确率大于80%。遵守课堂纪律，上课状态一般，能回答老师提出的问题，准确率大于70%。遵守课堂纪律，上课状态一般，能回答老师提出的问题，准确率大于60%。遵守课堂纪律，但不能正常参与课堂教学活动，不能回答老师提出的问题。（2）作业评分标准成绩课程目标优秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）课程目标1（15%）按时上交，书写规范工整；运用所学理论知识和公式正确，计算步骤完整，计算结果正确。按时上交，书写工整；运用所学理论知识和公式正确，计算步骤较完整，计算结果正确。按时上交，书写较工整；运用所学理论知识和公式正确，计算步骤较完整，计算结果基本正确。按时上交，书写潦草；运用所学理论知识和公式基本正确，计算步骤基本完整，计算结果基本正确。不按时上交书写潦草；运用所学理论知识和公式不正确，计算步骤不全，计算结果不正确。课程目标2（5%）按时上交，书写规范工整；运用所学理论知识和公式正确，计算步骤完整，计算结果正确。按时上交，书写工整；运用所学理论知识和公式正确，计算步骤较完整，计算结果正确。按时上交，书写较工整；运用所学理论知识和公式正确，计算步骤较完整，计算结果基本正确。按时上交，书写潦草；运用所学理论知识和公式基本正确，计算步骤基本完整，计算结果基本正确。不按时上交书写潦草；运用所学理论知识和公式不正确，计算步骤不全，计算结果不正确。每次作业按百分制评分，以所有作业的平均成绩计入总成绩。（3）实验环节评分标准成绩课程目标优秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）课程目标1（2%）实验态度端正；实验操作规范、实验结果正确；考核中能准确地回答全部问题；实验报告撰写规范、整洁、全面。实验态度端正；实验操作规范、实验结果正确；考核中能基本准确地回答全部问题；实验报告撰写规范整洁。实验态度端正；实验操作基本规范，实验结果正确；考核中能准确地回答主要问题；实验报告撰写基本规范。实验态度较端正；实验操作基本规范，实验结果基本正确；考核中能准确地回答部分问题；实验报告撰写基本规范。实验态度不端正；无法独立完成实验操作，实验结果不正确；考核中不能准确地回答主要问题；实验报告书写不规范。课程目标2（8%）实验态度端正；实验操作规范、实验结果正确；考核中能准确地回答全部问题；实验报告撰写规范、整洁、全面。实验态度端正；实验操作规范、实验结果正确；考核中能基本准确地回答全部问题；实验报告撰写规范整洁。实验态度端正；实验操作基本规范，实验结果正确；考核中能准确地回答主要问题；实验报告撰写基本规范。实验态度较端正；实验操作基本规范，实验结果基本正确；考核中能准确地回答部分问题；实验报告撰写基本规范。实验态度不端正；无法独立完成实验操作，实验结果不正确；考核中不能准确地回答主要问题；实验报告书写不规范。（4）期末考核内容及评分标准课程目标考核内容评分标准90-100分80-89分70-79分60-69分<60分课程目标1（40%）数字图像的基本概念、理论基础和技术方法。熟练掌握数字图像的基本概念、理论基础和技术方法。掌握数据数字图像的基本概念、理论基础和技术方法。基本掌握数字图像的基本概念、理论基础和技术方法。了解数字图像的基本概念、理论基础和技术方法。不了解数字图像的基本概念、理论基础和技术方法。课程目标2（20%）能够根据问题需求，设计解决方案。具有很强的应用数字图像处理基本原理，对相关工程问题提出解决方案，并能得到有效结果。具有较强的应用数字图像处理基本原理，对相关工程问题提出解决方案，