《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)大綱

《數(shù)字圖像處理》教學(xué)大綱課程名稱：數(shù)字圖像處理課程編號：2301英文名稱：DigitalImageProcessing學(xué)時：48學(xué)時 學(xué)分：3學(xué)分開課學(xué)期：第6學(xué)期適用專業(yè)：數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)課程類別：理論+實踐課課程性質(zhì)：專業(yè)核心課先修課程：Python程序設(shè)計、線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)一、課程的性質(zhì)及任務(wù)本課程著重研究數(shù)字圖像處理的方法，訓(xùn)練學(xué)生運用所學(xué)基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力，同時要求拓寬專業(yè)知識面。目的是使學(xué)生掌握數(shù)字圖像處理的基本概念、原理和處理方法，掌握數(shù)字圖像的時域、頻域處理方法，掌握圖像恢復(fù)和壓縮的方法，理解圖像各種變換（傅里葉變換、余弦變換、哈爾變換、K-L變換）的基本內(nèi)容、性質(zhì)與應(yīng)用，為從事圖像通信應(yīng)用系統(tǒng)的研究、設(shè)計和維護(hù)工作打下基礎(chǔ)。通過對該課程的學(xué)習(xí)，要求熟悉圖像通信系統(tǒng)的構(gòu)成，掌握靜止圖像和序列圖像編碼的基本原理、算法，并能應(yīng)用到實際圖像通信系統(tǒng)的研究和設(shè)計中。依據(jù)河北工程大學(xué)數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)專業(yè)培養(yǎng)計劃，本課程需要培養(yǎng)學(xué)生的能力是：能認(rèn)識到解決問題有多種方案可選擇，會通過文獻(xiàn)研究尋求可替代的解決方案。（畢業(yè)要求指標(biāo)2.3）能運用數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的基本原理，借助文獻(xiàn)研究，分析過程的影響因素，獲得有效結(jié)論。（畢業(yè)要求指標(biāo)2.4）在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)中能夠綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化及環(huán)境等制約因素。（畢業(yè)要求指標(biāo)3.4）二、課程目標(biāo)與要求2.1課程目標(biāo)1、了解數(shù)字圖像處理相關(guān)基礎(chǔ)知識，熟悉數(shù)字圖像處理課程中所涉及的工程問題，并掌握將工程問題轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型的能力。2、熟練掌握從多個視角分析數(shù)字圖像處理課程中所涉及到的工程問題，提出不同的解決方案，并能夠?qū)Σ煌慕鉀Q方案進(jìn)行比較與綜合。3、熟練掌握數(shù)字圖像處理課程中涉及的基本概念，能夠就數(shù)字圖像處理課程中所涉及的工程問題，分析影響數(shù)字圖像處理效果的主要因素，通過理論分析與實際操作，獲得有效結(jié)論。4、熟練掌握常用的數(shù)字圖像處理辦法和科學(xué)依據(jù)，熟悉數(shù)字圖像處理領(lǐng)域最新參考文獻(xiàn)查詢方法。通過閱讀最新參考文獻(xiàn)，并結(jié)合數(shù)字圖像處理的基本概念和科學(xué)原理，快速獲取數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的新技術(shù)和新方法。

數(shù)字圖像處理課程教學(xué)大綱PAGE16PAGE3272.2課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)畢業(yè)要求二級指標(biāo)畢業(yè)要求1234●●2-3能認(rèn)識到解決問題有多種方案可選擇，會通過文獻(xiàn)研究尋求可替代的解決方案。2.問題分析能力：掌握統(tǒng)計與機(jī)器學(xué)習(xí)的基本方法，能夠綜合運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)的基本原理，對復(fù)雜的工程系統(tǒng)，識別問題、描述問題并通過文獻(xiàn)研究分析與大數(shù)據(jù)相關(guān)的工程問題，以獲得有效結(jié)論?！瘛?-4能運用數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的基本原理，借助文獻(xiàn)研究，分析過程的影響因素，獲得有效結(jié)論。2.問題分析能力：掌握統(tǒng)計與機(jī)器學(xué)習(xí)的基本方法，能夠綜合運用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和數(shù)據(jù)科學(xué)的基本原理，對復(fù)雜的工程系統(tǒng)，識別問題、描述問題并通過文獻(xiàn)研究分析與大數(shù)據(jù)相關(guān)的工程問題，以獲得有效結(jié)論?！瘛?-4在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)中能夠綜合考慮社會、健康、安全、法律、文化及環(huán)境等制約因素。3.設(shè)計/開發(fā)解決方案能力：能夠設(shè)計出大數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題的解決方案，具有數(shù)據(jù)采集、處理、分析、挖掘的能力，并能夠在設(shè)計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等多維度協(xié)同發(fā)展因素。2.3課程目標(biāo)與培養(yǎng)環(huán)節(jié)對應(yīng)矩陣序號課程目標(biāo)理論教學(xué)課內(nèi)實驗課后作業(yè)1了解數(shù)字圖像處理相關(guān)基礎(chǔ)知識，熟悉數(shù)字圖像處理課程中所涉及的工程問題，并掌握將工程問題轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型的能力。HL2熟練掌握從多個視角分析數(shù)字圖像處理課程中所涉及到的工程問題，提出不同的解決方案，并能夠?qū)Σ煌慕鉀Q方案進(jìn)行比較與綜合。HL3熟練掌握數(shù)字圖像處理課程中涉及的基本概念，能夠就數(shù)字圖像處理課程中所涉及的工程問題，分析影響數(shù)字圖像處理效果的主要因素，通過理論分析與實際操作，獲得有效結(jié)論。ML4熟練掌握常用的數(shù)字圖像處理辦法和科學(xué)依據(jù)，熟悉數(shù)字圖像處理領(lǐng)域最新參考文獻(xiàn)查詢方法。通過閱讀最新參考文獻(xiàn)，并結(jié)合數(shù)字圖像處理的基本概念和科學(xué)原理，快速獲取數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的新技術(shù)和新方法。ML注：H表示該能力的在此環(huán)節(jié)重點培養(yǎng)；M表示該能力在此環(huán)節(jié)有應(yīng)用要求；L表示該能力在此環(huán)節(jié)有所涉及。測控電路課程教學(xué)大綱PAGE2PAGE3352.4目標(biāo)達(dá)成度的評價1、課程目標(biāo)1、2主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行培養(yǎng)，在課后作業(yè)中有所涉及。主要通過課堂測試、課后作業(yè)和期末考試中概念性、原理性題目進(jìn)行考核。目標(biāo)達(dá)成綜合以上內(nèi)容進(jìn)行評價。2、課程目標(biāo)3主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)、課后作業(yè)進(jìn)行培養(yǎng)，在課內(nèi)實驗有應(yīng)用要求。目標(biāo)達(dá)成綜合以上內(nèi)容進(jìn)行評價。3、課程目標(biāo)4主要通過理論教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行培養(yǎng)。目標(biāo)達(dá)成綜合以上內(nèi)容進(jìn)行評價。三、教學(xué)方法及手段理論教學(xué)以課堂講授為主，面向基礎(chǔ)知識的準(zhǔn)確、扎實掌握，突出對原理的分析、對方法的總結(jié)以及理論體系的完整建立；課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)通過自學(xué)的方式消化、吸收課程的龐大知識量，并在此基礎(chǔ)上舉一反三。四、課程的基本內(nèi)容與教學(xué)要求第一章數(shù)字圖像處理的基本知識[本章教學(xué)內(nèi)容]：1)圖象的基本概念2)數(shù)字圖像的表示3)數(shù)字圖象處理的發(fā)展史及應(yīng)用4)數(shù)字圖象處理系統(tǒng)的組成及工作原理[本章教學(xué)重點]：數(shù)字圖像處理所涉及的基本概念連續(xù)圖像到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)化過程[本章教學(xué)難點]：數(shù)字圖像處理所涉及的基本概念連續(xù)圖像到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)化過程[本章教學(xué)目的]：1、掌握光度學(xué)和色度學(xué)簡介。2、掌握連續(xù)圖像和數(shù)字圖像的表達(dá)式及連續(xù)圖像到數(shù)字圖像的轉(zhuǎn)化過程。3、了解數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成。第二章圖像處理中常用的數(shù)學(xué)變換[本章教學(xué)內(nèi)容]：1)圖像空域變換2)二維離散傅立葉變換,圖象的頻譜二維離散傅立葉變換的性質(zhì)3)離散Gabor變換4)小波變換5)K-L變換[本章教學(xué)重點]：圖像的空域變換，傅里葉變換，K－L變換[本章教學(xué)難點]：圖像頻域變換的編程實現(xiàn)[本章教學(xué)目的]：1、掌握圖像空域變換2、掌握圖像的傅立葉正反變換。3、掌握K－L變換及其在圖像處理中的應(yīng)用。第三章圖像增強(qiáng)[本章教學(xué)內(nèi)容]：1)平滑頻域濾波器2)銳化頻域濾波器3)同態(tài)濾波器4)彩色增強(qiáng)：偽彩色增強(qiáng)和假彩色增強(qiáng)[本章教學(xué)重點]：圖像的空域處理，頻域處理，點運算[本章教學(xué)難點]：圖像處理涉及的編程[本章教學(xué)目的]：1、掌握圖像的點運算處理（包括灰度拉伸、亮度和對比度增強(qiáng)、直方圖均衡和規(guī)定）。掌握圖像空間域處理（包括空間域的線性、非線性平滑和銳化）。2、掌握圖像的頻域處理（包括頻域低通濾波和高通濾波）。3、掌握圖像的偽彩色增強(qiáng)和圖像增強(qiáng)在實際中的應(yīng)用。第四章圖像復(fù)原[本章教學(xué)內(nèi)容]：1)退化模型2)復(fù)原函數(shù)的估計3)逆濾波4)維納濾波5)約束最小平方濾波6)運動模糊與離焦模糊恢復(fù)[本章教學(xué)重點]：建立圖像退化模型，圖像復(fù)原的幾種方法[本章教學(xué)難點]：圖像復(fù)原的代數(shù)方法[本章教學(xué)目的]：1、掌握圖像退化模型的建立。2、掌握圖像恢復(fù)的代數(shù)方法（包括無約束和有約束恢復(fù)）。3、掌握圖像恢復(fù)的頻域方法（包括逆濾波、Winner濾波、約束最小平方濾波）。第五章圖像編碼[本章教學(xué)內(nèi)容]：1）圖象壓縮的基本概念，數(shù)據(jù)冗余，壓縮比，保真度準(zhǔn)則2)Huffman編碼，截斷Huffman編碼，平移Huffman編碼3)算術(shù)編碼4)位平面編碼：位平面分解，常數(shù)區(qū)域編碼，行程編碼5)預(yù)測編碼6)變換編碼7)圖象壓縮標(biāo)準(zhǔn)[本章教學(xué)重點]：預(yù)測編碼，變換編碼，壓縮技術(shù)[本章教學(xué)難點]：預(yù)測編碼，變換編碼[本章教學(xué)目的]：1、掌握圖像編碼的基礎(chǔ)理論。2、掌握一些簡單的壓縮技術(shù)。3、掌握預(yù)測編碼方法（對應(yīng)空域方法）。4、掌握變換編碼方法（對應(yīng)變換域方法）。5、了解國際編碼標(biāo)準(zhǔn)。第六章圖像分割[本章教學(xué)內(nèi)容]：1）閾值分割、區(qū)域分割2)邊緣檢測3)直線檢測[本章教學(xué)重點]：閾值分割的原理和方法、區(qū)域分割的兩種方法[本章教學(xué)難點]：閾值分割的原理[本章教學(xué)目的]：1、掌握閾值分割的原理和方法。2、掌握區(qū)域分割的兩種方法。3、掌握邊緣檢測法。4、了解直線檢測。第七章圖像描述[本章教學(xué)內(nèi)容]：1）邊緣描述2)區(qū)域描述3)形態(tài)學(xué)描述[本章教學(xué)重點]：曲線擬合、鏈碼描述子、中軸變換、矩描述、腐蝕、膨脹[本章教學(xué)難點]：鏈碼描述子、腐蝕膨脹[本章教學(xué)目的]：1、掌握邊緣描述中曲線擬合、鏈碼描述子。2、掌握區(qū)域描述中的中軸變換、矩描述。3、掌握腐蝕、膨脹。第八章數(shù)字圖像技術(shù)應(yīng)用舉例[本章教學(xué)內(nèi)容]：1）在線玻璃口缺陷檢測系統(tǒng)2)指紋識別系統(tǒng)3)無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)[本章教學(xué)重點]：系統(tǒng)組成[本章教學(xué)難點]：系統(tǒng)應(yīng)用[本章教學(xué)目的]：1、掌握數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的基本組成。2、通過實例掌握基本應(yīng)用。五、課程學(xué)時分配講次授課章節(jié)內(nèi)容學(xué)時分配講課實驗上機(jī)設(shè)計其他1第一章數(shù)字圖像處理的基本知識422第二章圖像處理中常用的數(shù)學(xué)變換423第三章圖像增強(qiáng)424第四章圖像復(fù)原425第五章圖像編碼426第六章圖像分割427第七章圖像描述428第八章數(shù)字圖像技術(shù)應(yīng)用舉例42注：實驗課由實驗教師負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)安排時間，原則上安排在課堂教學(xué)結(jié)束后、考試之前一周以上完成。七、課程考核與成績評定7.1考核方式考核環(huán)節(jié)包括課程學(xué)習(xí)過程考核和期末考試，其中課程過程考核占總成績的40%，分別由課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、實驗情況進(jìn)行評定；期末考試成績占總成績的60%。各環(huán)節(jié)的比重如下?？己谁h(huán)節(jié)比重合計過程考核（平時成績）課堂表現(xiàn)20%40%作業(yè)20%期末成績期末測試60%60%總計100%100%7.2考核內(nèi)容及要求本課程為考試課?？己藘?nèi)容及分值分配如下?？己朔绞娇己藘?nèi)容分值課程目標(biāo)總分值期末考核70%對數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)概念的理解5～15目標(biāo)1100分對圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)概念的理解5～15目標(biāo)2對數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)概念的運用10～20目標(biāo)1對圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)概念的運用10～20目標(biāo)3個人表現(xiàn)5～15目標(biāo)4過程考核30%課堂表現(xiàn)課堂測試、出勤情況20目標(biāo)1、2、3、4課后作業(yè)作業(yè)完成情況20目標(biāo)2、3、47.3成績評定1.課堂表現(xiàn)課堂表現(xiàn)總分20分，由課堂測試與課堂出勤情況評定。其中，課堂測試滿分10分，以客觀題（填空、選擇、判斷）為主，每學(xué)期隨堂測試15~20次，每次測試1~2道題目，每答錯一道題目扣0.5分（直到扣滿10分為止）；課堂出勤滿分10分，缺勤一次扣1分，遲到或請假扣0.5分。2.課后作業(yè)課后作業(yè)總分20分，由作業(yè)完成情況評定。每學(xué)期布置作業(yè)5次，每次作業(yè)占4分，評分標(biāo)準(zhǔn)如下；評分標(biāo)準(zhǔn)分值標(biāo)準(zhǔn)描述課后作業(yè)4能夠按時認(rèn)真完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度認(rèn)真、書寫清楚、分析計算正確。3能夠按時完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度較好、書寫較清楚、分析計算基本正確1能夠按時完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度一般、書寫不清楚、分析計算錯誤較多0不交作業(yè)或作業(yè)態(tài)度不認(rèn)真、抄襲他人作業(yè)3.期末考試采用閉卷考試形式進(jìn)行，期末成績?yōu)榘俜种?，計入總成績時乘以60%，由教務(wù)處安排考試流程，考試內(nèi)容須覆蓋支撐全部畢業(yè)要求指標(biāo)的授課內(nèi)容，考試完成后在綜合教務(wù)系統(tǒng)中按照設(shè)定的占比系數(shù)錄入成績。八、課程評價與持續(xù)改進(jìn)8.1課程評價課程評價周期定為每1年評價一次。設(shè)置達(dá)成情況目標(biāo)值，采用成績分析法進(jìn)行評價。課程達(dá)成評價根據(jù)專業(yè)課程達(dá)成評價方法進(jìn)行計算，評價結(jié)果用于持續(xù)改進(jìn)。負(fù)責(zé)人組織教師實施課程評價，制定持續(xù)改進(jìn)措施，監(jiān)督持續(xù)改進(jìn)過程。課程負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)撰寫課程考核總結(jié)報告，實施課程評價持續(xù)改進(jìn)。8.2持續(xù)改進(jìn)1）日常教學(xué)：根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，教師采取座談會、與學(xué)生單獨交流，及時調(diào)整教學(xué)方法、進(jìn)度，做出