《數(shù)字圖像處理》課程教學大綱

課程名稱數(shù)字圖像處理英文名稱DigitalImageProcessing課程代碼0660216課程類別《數(shù)字圖像處理》課程是計算機系本科教學計劃中的一門重要的專業(yè)課程，適應于計算機專業(yè)的本科學生。學分3總學時48開課學期第二學期修讀類別必修開課單位就算計與通信工程學院適用專業(yè)計算機科學與技術、信息與計算科學、信息安全和電子、通信工程等先修課程《數(shù)字圖像處理》先修課程有高等數(shù)學、面向對像程序設計、軟件基礎知識、數(shù)據結構等方面的知識為基礎，在懂得《高等數(shù)學》基礎知識之上能夠了解計算機圖像處理方面的原理。掌握了《軟件基礎知識》、《面向對像程序設計》、《數(shù)據結構》等方面的知識為基礎，可以講解圖像處理軟件編程實現(xiàn)技術。主講教師楊淑瑩、張樺、溫顯斌、王元全、徐海霞、趙源超考核方式及各環(huán)節(jié)所占比例為了全方位開展理論聯(lián)系實際教學活動，對學生的考核以實踐能力考核為中心，在以下三個方面考核。（1）專題項目開發(fā)，占30%；（2）實驗占20%，（驗證性實驗10%、綜合性實驗10%，）（3）筆試占50%。（實踐能力考核占筆試成績的50%。）課程概要《數(shù)字圖像處理》介紹了各種數(shù)字圖象處理的算法分析及編程實現(xiàn)技術。主要內容包括：位圖基礎、圖象的顯示、圖像的幾何變換、圖象灰度變換、圖像的平滑處理、圖像銳化處理及邊緣檢測、圖像分割及測量、圖像紋理分析、圖像的形態(tài)學處理、圖像的變換域處理及應用、圖像的合成、24位彩色圖像處理、圖像壓縮、小波變換等。教學目的及要求（能力培養(yǎng)）《數(shù)字圖像處理》課程是計算機系本科教學計劃中的一門重要的專業(yè)課程，適應于計算機專業(yè)的本科學生。目的使學生了解和掌握計算機圖像處理的基本原理、基本知識及其相關的概念，提高學生圖像處理的編程能力。學生可以從理論和實用的編程技巧兩方面掌握圖像處理的技術，提高動手實踐能力，使學生認識更加具體、生動，加深理解、牢固掌握所學知識，達到理論與實踐相結合的教學目標。同時這門課程也是對以前所學課程的綜合應用本課程不是枯燥地單純介紹圖像處理的原理，而是將這些原理與編程實現(xiàn)技術相結合，與具體實例相結合，講解VC++編程步驟，著重圖象處理的編程實現(xiàn)方法，使學生很快就能掌握理論編寫圖象處理的程序。教材及主要參考書[1]《VC++圖像處理程序設計》（第二版）楊淑瑩2005-1-1清華大學出版社[2]《數(shù)字圖像處理技術與應用》崔屹主編.電子工業(yè)出版社.[3]《數(shù)字圖像處理學》郎銳2002-12-1北京希望電子出版社.[4]《VisualC++數(shù)字圖像處理》何斌2001-4-1人民郵電出版社二、課程章節(jié)主要內容及學時分配第一章、數(shù)字圖像處理方法概述 講課3課時了解本課程研究的對象、內容及其在培養(yǎng)軟件編程高級人才中的地位、作用和任務；了解數(shù)字圖像處理的應用；了解數(shù)字圖像的基本概念、與設備相關的位圖(DDB)、與設備無關的位圖(DIB)；了解調色板的基本概念和應用；了解CDIB類與程序框架結構介紹；了解位圖圖像處理技術。重點：CDIB類與程序框架結構介紹。難點：調色板的基本概念和應用。第二章、圖像的特效顯示講課3課時、實驗2學時了解掃描、移動、百葉窗、柵條、馬賽克、漸顯與漸隱、浮雕化特效顯示。重點：漸顯與漸隱。難點：馬賽克。第三章、圖像的幾何變換講課2課時了解圖像的縮放、平移、鏡像變換、轉置、旋轉。重點：鏡像變換。難點：旋轉。第四章、圖像灰度變換講課3課時、實驗2學時了解非0元素取1法、固定閾值法、雙固定閾值法的圖像灰度變換；了解灰度的線性變換、窗口灰度變換處理、灰度拉伸、灰度直方圖、灰度分布均衡化。重點：灰度直方圖。難點：灰度分布均衡化。第五章、圖像的平滑處理講課3課時了解二值圖像的黑白點噪聲濾波、消除孤立黑像素點、3*3均值濾波、N*N均值濾波器、有選擇的局部平均化、N*N中值濾波器、十字型中值濾波器、N*N最大值濾波器、產生噪聲。重點：消除孤立黑像素點、中值濾波器。難點：有選擇的局部平均化。第六章、圖像銳化處理及邊緣檢測講課3課時、實驗2學時了解梯度銳化、縱向微分運算、橫向微分運算、雙方向一次微分運算、二次微分運算、Roberts邊緣檢測算子、Sobel邊緣檢測算子、Krisch邊緣檢測、高斯-拉普拉斯算子。重點：Roberts邊緣檢測算子、高斯-拉普拉斯算子。難點：梯度銳化。第七章、圖像分割及測量講課4課時了解圖像域值分割、輪廓提取、輪廓跟蹤、圖像的測量。重點：輪廓提取、輪廓跟蹤。難點：圖像的測量。包括：圖像的區(qū)域標記、圖像的面積測量及圖像的周長測量。第八章、圖像的形態(tài)學處理講課3課時了解圖像腐蝕、圖像的膨脹、圖像開啟與閉合、圖像的細化、圖像的粗化、中軸變化。重點：圖像腐蝕、圖像的膨脹。難點：圖像的細化第九章、圖像的變換域處理講課2課時了解圖像的正交變換、頻域低通濾波、頻域高通濾波重點：圖像的傅立葉變換。難點：圖像的傅立葉變換。第十章、圖像的合成講課1課時了解圖像的合成的含義，各種實現(xiàn)算法。重點：兩幅圖的加運算與減運算。難點：兩幅圖的文件處理第十一章、24位彩色圖像處理講課3課時、實驗2學時了解基本的顏色處理理論、圖像的增強處理、彩色圖像的特效顯示重點：圖像的增強處理。難點：彩色圖像的特效顯示。第十二章、圖像的小波變換處理講課2課時了解小波變換的基本概念重點：連續(xù)小波變換和離散小波變換難點：低通濾波和高通濾波。第十三章、圖像的壓縮講課2課時了解圖像壓縮基本原理，著重介紹JPEG壓縮算法重點：JPEG壓縮算法。難點：霍夫曼編碼。第十四章、案例分析6學時三、課程教學的基本要求教學環(huán)節(jié)包括：課堂講授、專題研討、多媒體演示、實驗考查、圖像編程作業(yè)等。1、課堂講授(1).教學方法本課程以講授計算機圖像處理的概念、基礎理論及VC++軟件編程實現(xiàn)為主，在講授過程中，先講圖像處理理論基礎，再介紹軟件編程的思路及軟件編程的代碼演示。使學生在教學過程中能夠避免枯燥的接收理論，能夠生動地看到圖像處理的演示。能夠在教學過程中激發(fā)學生的學習興趣。(2).教學手段在教學中采用幻燈片等手段，并演示VC++軟件編程的處理結果、學生作業(yè)等手段進行教學。(3).計算機應用本課程完全依靠計算就進行教學，并啟發(fā)學生自己用VC++軟件編程實現(xiàn)圖像處理的各種算法。(4).對外語要求在講授課程中，給出各章節(jié)主要外語詞匯。2、教學輔助材料多媒體技術幻燈片、工具軟件等3、實驗環(huán)節(jié)(1).實驗要求計算機圖像處理實驗課是理論課程中的重要一環(huán)，它是在掌握圖像處理的理論基礎上，通過軟件編程來實現(xiàn)，由于圖像處理是對大批數(shù)據的處理，對學生的軟件編程有更高的要求。(2).課內實驗內容根據教學計劃安排，計算機圖處理開設4個實驗,8學時：圖像的特效顯示(2學時)圖像的灰度變換(2學時)目標物體的輪廓提取(2學時)24位彩色圖像處理(2學時)4、習題課、課外作業(yè)、答疑和質疑本課程要求理論與實際編程的綜合應用，課外作業(yè)：教師指定專題，學生成立興趣小組；專題項目：汽車牌照識別、人臉識別、指紋識別、視頻監(jiān)控、文字識別等。學生課下查閱、整理材料；課上講解自己所感興趣的專題項目在圖像預處理方面的應用情況。要求學生對數(shù)字圖像處理某一應用領域的開發(fā)過程有一個全面的認識。本課程要求學生運用圖像處理的理論基礎，通過VC++軟件編程實現(xiàn)圖像綜合處理作為課外作業(yè)，主要目的是讓學生通過課堂上的講解，課下進行練習，增強編程能力，加深對圖像處理的算法理解。(4)答疑和質疑：對本課程的答疑和質疑在課堂上、實驗室上進行。5.考試環(huán)節(jié)為了全方位開展理論聯(lián)系實際教學活動，對學生的考核以實踐能力考核為中心，在以下三個方面考核。（1）專題項目開發(fā)，占30%；（2）實驗占20%，（驗證性實驗10%、綜合性實驗10%）（3）筆試占50%。（實踐能力考核占筆試成績的50%。）四、實驗大綱1、實驗的地位、作用和目的及學生能力標準《數(shù)字圖像處理》是一門實踐性很強的課程，通過實驗，可彌補課堂理論教學中的不足，增加學生的感性知識；掌握一些常用的圖像處理方法；深化理論知識，使理論與實際結合起來；培養(yǎng)學生具有一定的創(chuàng)新能力和編程能力、利用課程講述的思想、算法及部分代碼以獲得實驗結果的能力、提高圖像處理能力等。只有理論與實踐相結合才能真正掌握圖像處理的內容、方法和思想。所以實驗是教學環(huán)節(jié)的重要組成部分，必須給予高度的重視。一方面，課堂上講授圖像處理方法、實例，只有通過實驗才能驗證理論指導意義，從而加深對理論知識的理解；另一方面，通過實驗，同學可以提高分析問題和解決問題的能力，積累程序調試經驗，增強程序設計能力。2、實驗方式與基本要求由主講教師安排實驗內容，要求同學實驗前預習并仔細閱讀實驗指導書，編制好上機調試的程序；實驗中遇到問題，輔導教師隨時解答；希望同學勤思考，多動手又動腦，實驗要求每人一組按要求完成實驗題目。1）．驗證性實驗實驗名稱：圖像的特效顯示預習要求：了解圖像的特效顯示算法，及算法功能，提前初步編好實驗程序。實驗方式：學生通過實際動手編程，實現(xiàn)圖像的特效顯示，實際調試程序。實驗要求：學生應利用VisualC++6.0軟件開發(fā)工具編寫程序，執(zhí)行結果應正確。實驗設備：PC機實驗分組：1人/組2）．綜合性實驗實驗名稱：圖像灰度變換處理預習要求：了解圖像的灰度變換處理算法，提前初步編好實驗程序。實驗方式：學生通過實際動手編程，實現(xiàn)圖像的灰度變換，調試程序。實驗要求：學生應利用VisualC++6.0軟件開發(fā)工具編寫程序，執(zhí)行結果應正確。實驗設備：PC機實驗分組：1人/組3）．綜合性實驗在一幅帶有復雜背景的位圖上提取目標物體，對該目標物體進行銳化處理及輪廓提取，這是一個利用前面各章內容的驗證性實驗。實驗名稱：目標物體的輪廓提??；預習要求：復習圖像灰度變換、圖像的平滑處理、圖像銳化處理及邊緣檢測、圖像分割及測量等編程方法。學習VisualC++6.0圖像處理編程技巧，按照教師提示的方法和實驗任務要求，學生制定實驗方案、程序框圖，初步編好實驗程序。實驗方式：學生應利用VisualC++6.0軟件開發(fā)工具編寫程序。實驗設備：PC機實驗要求：按實驗任務要求調試程序，程序執(zhí)行結果應正確。實驗分組：1人/組4）．綜合性+課外設計性實驗實驗名稱：24位彩色圖像處理預習要求：總結8位圖像各種處理的編程方法，將其綜合應用到24位彩色圖像處理中。實驗方式：學生應利用VisualC++6.0軟件開發(fā)工具編寫程序。實驗設備：PC機實驗要求：學習VisualC++6.0圖像處理編程技巧，初步設計好編程步驟，編好實驗程序。按實驗任務要求調試程序，程序執(zhí)行結果應正確。實驗分組：1人/組5）．其它①在實驗室進行實驗前，學生應熟悉實驗目的、內容，編程實現(xiàn)步驟；②指導教師用10分鐘左右時間提問問題，并講解疑難問題，注意事項等；③將程序調好后，將程序結果記錄，并由實驗教師檢查后簽字；在一周內完成實驗報告。3、考核方式與實驗報告要求學生進入實驗室后簽到，實驗結束后，指導教師逐個檢查并提問，根據學生操作、實驗結果、及實驗紀律及作風等方面給出學生成績，再綜合實驗報告情況給出最后的成績。4、實驗項目序號實驗名稱內容提要所用主要設備實驗時數(shù)實驗要求實驗類型設備套數(shù)每組人數(shù)實驗者類別開設實驗室1圖像的特效顯示實現(xiàn)圖像特效顯示，并理解其變化的原理。PC機2必做驗證一人一機1本科生計算機科學與技術實驗室2圖像灰度變換處理實現(xiàn)圖像的灰度變換，并理解其變換的原理。PC機2必做綜合一人一機1本科生3目標物體的輪廓提取在一幅帶有復雜背景的位圖上提取目標物體，對該目標物體進行銳化處理及輪廓提取。PC機2必做綜合一人一機1本科生424位彩色圖像處理總結8位圖像各種處理的編程方法，將其綜合應用到24位彩色圖像處理中。PC機2必做綜合+設計一人一機1本科生計算機科學與技術實驗室5、實驗考核實驗占總成績20%，其中驗證性實驗10%、綜合性實驗10%。五、實訓大綱建立以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識、實踐能力和創(chuàng)業(yè)精神為目標的創(chuàng)新人才培養(yǎng)框架。建立科學的實踐教學體系，提高學生的實踐能力。構建多層次的實踐教學體系，提高學生的實踐能力。多層次的實踐教學體系

1)課堂達到理論與實踐并舉的教學內容

采用“理論分析、理論驗證、流程設計、編程實現(xiàn)”四環(huán)節(jié)的教學模式與相應的教學內容，突破傳統(tǒng)的理論灌輸為主的教學方式，提高學生的理解力，通過課下模仿，縮短了學生探索圖像處理技術所需的時間，提高學生的實踐能力。

2)成立專題項目興趣小組，增加專題項目研究的課外作業(yè)

成立興趣小組，組織學生課下自主學習，提出設計方案，習題課上進行分組匯報和討論。教師指導學生遇到的問題。

專題項目研討

將專題項目轉化為實驗題目，開放性實驗，按照專題進行研究，如

[1]人臉識別

[2]指紋識別

[3]汽車牌照識別

[4]視頻監(jiān)控

[5]文字識別

3)將基礎性實驗和專題項目開發(fā)實踐結合起來

開設基本實驗、綜合設計性實驗和開放性實驗，構成多層次的實驗教學體系?；緦嶒?、綜合設計性實驗占用實驗學時，由課下完成，課上考核。

本課程實踐性教學的創(chuàng)新點主要在于將基礎性實驗、綜合性實驗和專題項目開發(fā)實踐結合起來，使學生的基本知識與技能在基礎性實驗中逐步積累，使學生的綜合性設計與開發(fā)能力