《數(shù)字圖像處理》課程教學大綱

《數(shù)字圖像處理》教學大綱一、課程基本信息課程名稱數(shù)字圖像處理DigitalImageProcessing課程編碼SCC322421030開課院部理學院課程團隊數(shù)據(jù)科學團隊學分3.0課內(nèi)學時56講授32實驗0上機24實踐0課外學時56適用專業(yè)數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)授課語言中文先修課程程序設(shè)計（C）、數(shù)學分析（A）I、高等代數(shù)與幾何（2-1）、數(shù)學分析（A）II、高等代數(shù)與幾何（2-2）、Python語言與實訓課程簡介（限選）《數(shù)字圖像處理》課程是數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術(shù)專業(yè)的專業(yè)選修課。本課程著重于培養(yǎng)學生掌握圖像數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)的分析和處理的原理和方法，為在計算機視覺、模式識別等領(lǐng)域從事研究與開發(fā)打下堅實的理論基礎(chǔ)。主要任務(wù)是學習數(shù)字圖像處理的基本概念、基本原理、實現(xiàn)方法和實用技術(shù)，并能應用這些基本方法開發(fā)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，為學習圖像處理新方法奠定理論基礎(chǔ)。培養(yǎng)學生的動手實踐操作能力，能夠在本課程的學習過程中掌握數(shù)字圖像處理常用技術(shù)，并且能進一步學習數(shù)字圖像解譯的前沿方法和技術(shù)，以及具備設(shè)計數(shù)字圖像處理應用系統(tǒng)的能力。本課程的主要內(nèi)容包括：小波變換、圖像分割、特征表述、目標識別等。通過對本課程中基本方法的操作研究，培養(yǎng)研究生解決智能化檢測與控制中應用問題的初步能力，為在計算機視覺、模式識別等領(lǐng)域從事研究與開發(fā)打下堅實的理論基礎(chǔ)。本課程的主要要求是學習數(shù)字圖像處理的基本概念、基本原理、實現(xiàn)方法和實用技術(shù)，并能應用這些方法開發(fā)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)中，為學習數(shù)字圖像處理新方法奠定理論基礎(chǔ)。《digitalimageprocessing》isaprofessionalelectivecoursefordatascienceandbigdatatechnologymajors.Thiscoursefocusesontrainingstudentstomastertheprinciplesandmethodsofanalysisandprocessingofimagedataandvideodata,layingasolidtheoreticalfoundationforresearchanddevelopmentincomputervision,patternrecognitionandotherfields.Themaintaskistolearnthebasicconcepts,basicprinciples,implementationmethodsandpracticaltechnologiesofdigitalimageprocessing,andcanapplythesebasicmethodstodevelopdigitalimageprocessingsystems,itlaysatheoreticalfoundationforlearningnewmethodsofimageprocessing.Cultivatestudents'hands-onpracticaloperationability,beabletomastercommontechniquesofdigitalimageprocessinginthelearningprocessofthiscourse,andfurtherlearnadvancedmethodsandtechniquesofdigitalimageinterpretation,andhavetheabilitytodesigndigitalimageprocessingapplicationsystems.Themaincontentsofthiscourseinclude:wavelettransform,imagesegmentation,featureexpression,targetrecognition,etc.Throughtheoperationresearchofthebasicmethodsinthiscourse,thepreliminaryabilityofgraduatestudentstosolvetheapplicationproblemsinintelligentdetectionandcontroliscultivated,whichisusedincomputervision,patternrecognitionandotherfieldsareengagedinresearchanddevelopmenttolayasolidtheoreticalfoundation.Themainrequirementofthiscourseistolearnthebasicconcepts,basicprinciples,implementationmethodsandpracticaltechnologiesofdigitalimageprocessing,andtoapplythesemethodstodevelopdigitalimageprocessingsystems,itlaysatheoreticalfoundationforlearningnewmethodsofdigitalimageprocessing.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務(wù)自選1M1目標1：了解數(shù)字圖像處理的發(fā)展和應用以及當前國際國內(nèi)研究的熱點和重要成果及其工程應用前景。是4.3,5.14.3,5.12M2目標2：能理解時域、頻域信號處理與分析方法是4.3,5.14.3,5.13M3目標3：掌握數(shù)字圖像處理中的各種概念、原理和方法是4.3,5.14.3,5.14M4目標4：認識和發(fā)現(xiàn)問題的能力，解決工程和工業(yè)中有關(guān)圖像視頻數(shù)據(jù)處理問題的能力是4.1,5.14.1,5.15M5目標5：能保障課程正常秩序（政治層面、課堂保障層面，非學生能力層面）否三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標課內(nèi)學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)1第一章第一章 緒論重點難點：數(shù)字圖像處理基本步驟和圖像處理系統(tǒng)的各組成部分構(gòu)成。M1////21.1什么是數(shù)字圖像處理1.2數(shù)字圖像處理的起源1.3數(shù)字圖像處理的實例1.4數(shù)字圖像處理的基本步驟1.5圖像處理系統(tǒng)組成M1,M32講授2作業(yè)3第二章第二章數(shù)字圖像基礎(chǔ)重點難點：要求重點掌握圖像數(shù)字化過程及圖像中像素的聯(lián)系////自學42.1視覺感知要素2.2光和電磁波2.3圖像感知和獲取2.4圖像取樣和量化2.5像素間的一些基本關(guān)系2.6數(shù)字圖像處理所用數(shù)學工具介紹M1,M42講授2作業(yè)5上機1上機1數(shù)字圖像的基本操作熟悉python和matlab的運行環(huán)境，編程實現(xiàn)數(shù)字圖像的讀取和存儲以及顯示基本操作，并布置大作業(yè)的選題工作M1,M3,M42上機2作業(yè)6第三章第三章灰度變換與空間濾波重點難點：要求重點掌握直方圖均衡化技術(shù)及常用的圖像的空間域的平滑和銳化技術(shù)方法/////7(Err)(Err)3.1背景知識3.2一些基本的灰度變換函數(shù)3.3直方圖處理3.4空間濾波基礎(chǔ)3.5平滑空間濾波器3.6銳化空間濾波器3.7混合空間增強法3.8使用模糊技術(shù)進行灰度變換和空間濾波M1,M3,M44講授3自學/作業(yè)8上機2上機2圖像的二值化效果和直方圖分布觀察圖像的二值化效果和直方圖分布。對圖像的直方圖進行均衡化。要求：通過實驗顯示、觀察圖像二值化效果。了解圖像的直方圖概念，掌握圖像的直方圖均衡化方法。M1,M2,M32上機2作業(yè)9第四章第四章頻率域濾波重點難點：要求重點掌握圖像的傅立葉變換及常用的圖像的頻率域的平滑和銳化技術(shù)方法/////104.1背景4.2基本概念4.3取樣和取樣函數(shù)的傅里葉變換4.4單變量的離散傅里葉變換4.5兩個變量函數(shù)的擴展4.6二維離散傅里葉變換的一些性質(zhì)4.7頻率域濾波基礎(chǔ)4.8圖像復原域重M1,M2,M3,M44講授4自學/作業(yè)11上機3上機3圖像平滑處理和銳化以一幅256×256象素的數(shù)字圖像為對象采用中值濾波處理進行平滑處理和Soble算子圖像銳化方法。要求：通過實驗顯示，觀察圖像平滑和銳化處理效果M1,M2,M3,M42上機2作業(yè)12第五章第五章圖像復原與重建重點難點：要求重點掌握圖像的傅立葉變換及常用的圖像的頻率域的平滑和銳化技術(shù)方法/////135.1圖像退化/復原過程的模型5.2噪聲模型5.3只存在噪聲的復原——空間濾波5.4用頻率域濾波消除周期噪聲5.5線性、位置不變的退化5.6估計退化函數(shù)5.7逆濾波5.8最小均方誤差(維納)濾波5.9約束最小二乘方濾波5.10幾何均值濾波5.11由投影重建圖像M1,M32講授2作業(yè)14上機4上機4低通濾波平滑處理對指定圖像采用頻率域上的低通濾波進行平滑處理。要求：通過實驗顯示，了解頻率域低通濾波平滑處理方法M1,M2,M3,M42上機2作業(yè)15第六章第六章彩色圖像處理重點難點：彩色基礎(chǔ)和模型、偽彩色處理、全彩色處理基礎(chǔ)及彩色變換；不同顏色空間的定義和選擇/////166.1彩色基礎(chǔ)6.2彩色模型6.3偽彩色圖像處理6.4全彩色圖像處理基礎(chǔ)6.5彩色變換6.6平滑和銳化6.7基于彩色的圖像分割6.8彩色圖像中的噪聲6.9彩色圖像壓縮M1,M3,M42講授2作業(yè)17上機5上機5向量空間分割內(nèi)容：對指定的24位彩色數(shù)字圖像進行RGB向量空間分割。要求：通過實驗顯示，了解彩色圖像處理方M1,M3,M42上機2作業(yè)18第七章第七章小波和多分辨率處理重點難點：快速小波變換/////197.1背景7.2多分辨率展開7.3一維小波變換7.4快速小波變換7.5二維小波變換7.6小波包M2,M3,M42講授2自學/作業(yè)20上機6上機6圖像處理與分析的多分辨內(nèi)容：圖像處理與分析的多分辨，應用在圖像壓縮、邊緣提取和噪聲去除實驗M2,M3,M42上機2作業(yè)21第八章第八章圖像壓縮重點難點：重點掌握無損預測編碼，有損預測編碼，變換編碼系統(tǒng)。難點是變換選擇，子圖像尺寸選擇，比特分配/////228.1基礎(chǔ)知識8.2一些基本方法8.3數(shù)字圖像水印M1,M3,M42講授2自學/作業(yè)23上機7上機7DFT壓縮內(nèi)容：對指定圖像進行DFT壓縮。要求：學習利用DFT壓縮方法M3,M42上機2作業(yè)24第九章第九章形態(tài)學圖像處理重點難點：重點掌握圖像腐蝕、圖像的膨脹、圖像的細化/////259.1預備知識9.2腐蝕和膨脹9.3開操作與閉操作9.4擊中或擊不中變換9.5一些基本的形態(tài)學算法9.6灰度級形態(tài)學M3,M42講授2自學/作業(yè)26上機8上機8腐蝕、膨脹和細化內(nèi)容：對指定圖像進行腐蝕、膨脹和細化，把得到的結(jié)果圖像都顯示于屏幕上。要求：通過實驗顯示，掌握數(shù)學形態(tài)學處理方M3,M42上機2作業(yè)27第十章第十章圖形分割重點難點：重點掌握圖像分割，輪廓跟蹤/////2810.1基礎(chǔ)知識10.2點、線和邊緣檢測10.3閾值處理10.4基于區(qū)域的分割10.5用形態(tài)學分水嶺的分割10..6分割中運動的應用M1,M3,M42講授2作業(yè)29上機9上機9自適應門限值分割和邊緣提取內(nèi)容：對指定圖像進行自適應門限值分割和邊緣提取。要求：通過實驗顯示，掌握分割和輪廓提取方法M3,M42上機2作業(yè)30第十一章第十一章表示和描述重點難點：重點掌握紋理描述/////3111.1表示11.2邊界描繪子11.3區(qū)域描繪子11.4使用主分量進行描繪11.5關(guān)系描繪子M3,M44講授4自學/作業(yè)32上機10上機10圖像邊界和區(qū)域的表示和統(tǒng)計描述圖像邊界和區(qū)域的表示和統(tǒng)計描述M1,M32上機2作業(yè)33第十二章第十二章目標識別重點難點：結(jié)構(gòu)模式識別M1,M3,M4////3412.1模式和模式類12.2基于決策理論方法的識別12.3結(jié)構(gòu)方法M1,M3,M42講授2自學/作業(yè)35上機11上機11圖像基于像素的結(jié)構(gòu)模式識別內(nèi)容：圖像基于像素的結(jié)構(gòu)模式識別M3,M42上機2作業(yè)36第十三章第十三章視頻圖像處理基礎(chǔ)重點難點：視頻運動目標檢測和識別以及視頻壓縮技術(shù)M1,M3,M4////3713.1視頻圖像處理概念13.2基于視頻圖像的運動目標檢測與識別13.2.1幀差法13.2.2背景減法13.2.3光流場分析法13.3視頻編碼技術(shù)13.3.1視頻壓縮編碼的機理13.3.2視頻編碼技術(shù)及編碼標準13.3.3混合視頻編碼框架13.3.4面向混合視頻編碼框架的編碼技術(shù)M1,M3,M42講授2自學/作業(yè)38上機12上機12視頻運動目標識別和檢測以及視頻壓縮內(nèi)容：視頻運動目標識別和檢測以及視頻壓縮M2,M3,M42上機2作業(yè)四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.每周布置2-3道題目，平均每次課1道題以上。2.成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3.考核學生對數(shù)字圖像處理基本知識的理解和掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力題型主要有簡單和計算題。15%2實驗1.本課程24個學時實驗，共12次實驗。2.成績采用百分制，根據(jù)實驗完成情況評分。3.考核學生對數(shù)字圖像處理基本操作的應用能力。20%3大作業(yè)1.本課程要求利用Matlab等現(xiàn)代仿真工具分析實際應用模型，設(shè)計出解決問題的實驗方案。2.根據(jù)模型建立情況和實驗方案的準確性評分。15%4考勤隨機點名、刷卡點名等5%5課堂表現(xiàn)隨機檢查學生上課精神狀態(tài)、回答問題情況5%6期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學生對數(shù)字圖像處理基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題、分析題、計算題等。40%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)20% A-按時提交作業(yè)識存在少量錯誤B-按時提交作業(yè)，基本知識點理解存在少量錯誤；C-不按時交作業(yè)，有少量錯誤或基本上沒錯誤；D-不交作業(yè)或嚴重錯誤的延后作業(yè)2M1實驗20%A-按時提交實驗報告，數(shù)據(jù)分析符合規(guī)范，結(jié)論無誤。B-按時提交實驗報告，數(shù)據(jù)分析基本規(guī)范，結(jié)論基本正確。C-數(shù)據(jù)分析過程存在問題。D-發(fā)生安全事故3M1大作業(yè)40%（見大作業(yè)評分標準）4M1期末考試20%（見試卷評分標準）5M2平時作業(yè)15%A-按時提交作業(yè)識存在少量錯誤B-按時提交作業(yè)，基本知識點理解存在少量錯誤；C-不按時交作業(yè)，有少量錯誤或基本上沒錯誤；D-不交作業(yè)或嚴重錯誤的延后作業(yè)6M2實驗20%A-按時提交實驗報告，數(shù)據(jù)分析符合規(guī)范，結(jié)論無誤。B-按時提交實驗報告，數(shù)據(jù)分析基本規(guī)范，結(jié)論基本正確。C-數(shù)據(jù)分析過程存在問題。D-發(fā)生安全事故7M2大作業(yè)25%（見大作業(yè)評分標準）8M2課堂表現(xiàn)10%D不參與課堂互動，不能保障課堂正常秩序C較少參與課堂互動，不能保障課堂正常秩序B精神狀態(tài)良好，問題回答較好，能夠保障課堂正常秩序A積極回答問題，精神狀態(tài)飽滿，能夠保障課堂正常秩序9M2期末考試30%（見試卷評分標準）10M3平時作業(yè)15%A-按時提交作業(yè)識存在少量錯誤B-按時提交作業(yè)，基本知識點理解存在少量錯誤；C-不按時交作業(yè)，有少量錯誤或基本上沒錯誤；D-不交作業(yè)或嚴重錯誤的延后作業(yè)B-按時提交作業(yè)，鋼鐵冶金、粉末冶金、熱處理原理、常用金屬材料等基本知識點理解存在少量錯誤。11M3實驗20%A-按時提交實驗報告，數(shù)據(jù)分析符合規(guī)范，結(jié)論無誤。B-按時提交實驗報告，數(shù)據(jù)分析基本規(guī)范，結(jié)論基本正確。C-數(shù)據(jù)分析過程存在問題。D-發(fā)生安全事故12M3大作業(yè)30%（見大作業(yè)評分標準）13M3課堂表現(xiàn)10%D不參與課堂互動，不能保障課堂正常秩序C較少參與課堂互動，不能保障課堂正常秩序B精神狀態(tài)良好，問題回答較好，能夠保障課堂正常秩序A積極回答問題，精神狀態(tài)飽滿，能夠保障課堂正常秩序14M3期末考試25%（見試卷評分標準）15M4平時作業(yè)15%A-按時提交作業(yè)識存在少量錯誤B-按時提交作業(yè)，基本知識點理解存在少量錯誤；C-不按時交作業(yè)，有少量錯誤或基本上沒錯誤