《數字圖像處理》課程教學大綱

《數字圖像處理》教學大綱課程名稱：數字圖像處理課程編號：2301英文名稱：DigitalImageProcessing學時：48學時 學分：3學分開課學期：第6學期適用專業(yè)：數據科學與大數據技術課程類別：理論+實踐課課程性質：專業(yè)核心課先修課程：Python程序設計、線性代數、高等數學一、課程的性質及任務本課程著重研究數字圖像處理的方法，訓練學生運用所學基礎知識解決實際問題的能力，同時要求拓寬專業(yè)知識面。目的是使學生掌握數字圖像處理的基本概念、原理和處理方法，掌握數字圖像的時域、頻域處理方法，掌握圖像恢復和壓縮的方法，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）的基本內容、性質與應用，為從事圖像通信應用系統(tǒng)的研究、設計和維護工作打下基礎。通過對該課程的學習，要求熟悉圖像通信系統(tǒng)的構成，掌握靜止圖像和序列圖像編碼的基本原理、算法，并能應用到實際圖像通信系統(tǒng)的研究和設計中。依據河北工程大學數據科學與大數據專業(yè)培養(yǎng)計劃，本課程需要培養(yǎng)學生的能力是：能認識到解決問題有多種方案可選擇，會通過文獻研究尋求可替代的解決方案。（畢業(yè)要求指標2.3）能運用數據科學與大數據技術的基本原理，借助文獻研究，分析過程的影響因素，獲得有效結論。（畢業(yè)要求指標2.4）在大數據系統(tǒng)設計和開發(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3.4）二、課程目標與要求2.1課程目標1、了解數字圖像處理相關基礎知識，熟悉數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化為相應的數學模型的能力。2、熟練掌握從多個視角分析數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，并能夠對不同的解決方案進行比較與綜合。3、熟練掌握數字圖像處理課程中涉及的基本概念，能夠就數字圖像處理課程中所涉及的工程問題，分析影響數字圖像處理效果的主要因素，通過理論分析與實際操作，獲得有效結論。4、熟練掌握常用的數字圖像處理辦法和科學依據，熟悉數字圖像處理領域最新參考文獻查詢方法。通過閱讀最新參考文獻，并結合數字圖像處理的基本概念和科學原理，快速獲取數字圖像處理領域的新技術和新方法。

數字圖像處理課程教學大綱PAGE16PAGE3272.2課程目標與畢業(yè)要求對應關系課程目標畢業(yè)要求二級指標畢業(yè)要求1234●●2-3能認識到解決問題有多種方案可選擇，會通過文獻研究尋求可替代的解決方案。2.問題分析能力：掌握統(tǒng)計與機器學習的基本方法，能夠綜合運用數學、自然科學和數據科學的基本原理，對復雜的工程系統(tǒng)，識別問題、描述問題并通過文獻研究分析與大數據相關的工程問題，以獲得有效結論?！瘛?-4能運用數據科學與大數據技術的基本原理，借助文獻研究，分析過程的影響因素，獲得有效結論。2.問題分析能力：掌握統(tǒng)計與機器學習的基本方法，能夠綜合運用數學、自然科學和數據科學的基本原理，對復雜的工程系統(tǒng)，識別問題、描述問題并通過文獻研究分析與大數據相關的工程問題，以獲得有效結論?！瘛?-4在大數據系統(tǒng)設計和開發(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.設計/開發(fā)解決方案能力：能夠設計出大數據應用領域的復雜工程問題的解決方案，具有數據采集、處理、分析、挖掘的能力，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等多維度協同發(fā)展因素。2.3課程目標與培養(yǎng)環(huán)節(jié)對應矩陣序號課程目標理論教學課內實驗課后作業(yè)1了解數字圖像處理相關基礎知識，熟悉數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化為相應的數學模型的能力。HL2熟練掌握從多個視角分析數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，并能夠對不同的解決方案進行比較與綜合。HL3熟練掌握數字圖像處理課程中涉及的基本概念，能夠就數字圖像處理課程中所涉及的工程問題，分析影響數字圖像處理效果的主要因素，通過理論分析與實際操作，獲得有效結論。ML4熟練掌握常用的數字圖像處理辦法和科學依據，熟悉數字圖像處理領域最新參考文獻查詢方法。通過閱讀最新參考文獻，并結合數字圖像處理的基本概念和科學原理，快速獲取數字圖像處理領域的新技術和新方法。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。測控電路課程教學大綱PAGE2PAGE3352.4目標達成度的評價1、課程目標1、2主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(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、原理性題目進行考核。目標達成綜合以上內容進行評價。2、課程目標3主要通過理論教學環(huán)節(jié)、課后作業(yè)進行培養(yǎng)，在課內實驗有應用要求。目標達成綜合以上內容進行評價。3、課程目標4主要通過理論教學環(huán)節(jié)進行培養(yǎng)。目標達成綜合以上內容進行評價。三、教學方法及手段理論教學以課堂講授為主，面向基礎知識的準確、扎實掌握，突出對原理的分析、對方法的總結以及理論體系的完整建立；課程強調學生的自主學習，強調通過自學的方式消化、吸收課程的龐大知識量，并在此基礎上舉一反三。四、課程的基本內容與教學要求第一章數字圖像處理的基本知識[本章教學內容]：1)圖象的基本概念2)數字圖像的表示3)數字圖象處理的發(fā)展史及應用4)數字圖象處理系統(tǒng)的組成及工作原理[本章教學重點]：數字圖像處理所涉及的基本概念連續(xù)圖像到數字圖像的轉化過程[本章教學難點]：數字圖像處理所涉及的基本概念連續(xù)圖像到數字圖像的轉化過程[本章教學目的]：1、掌握光度學和色度學簡介。2、掌握連續(xù)圖像和數字圖像的表達式及連續(xù)圖像到數字圖像的轉化過程。3、了解數字圖像處理系統(tǒng)的組成。第二章圖像處理中常用的數學變換[本章教學內容]：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3)離散Gabor變換4)小波變換5)K-L變換[本章教學重點]：圖像的空域變換，傅里葉變換，K－L變換[本章教學難點]：圖像頻域變換的編程實現[本章教學目的]：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用。第三章圖像增強[本章教學內容]：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：偽彩色增強和假彩色增強[本章教學重點]：圖像的空域處理，頻域處理，點運算[本章教學難點]：圖像處理涉及的編程[本章教學目的]：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、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和圖像增強在實際中的應用。第四章圖像復原[本章教學內容]：1)退化模型2)復原函數的估計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[本章教學重點]：建立圖像退化模型，圖像復原的幾種方法[本章教學難點]：圖像復原的代數方法[本章教學目的]：1、掌握圖像退化模型的建立。2、掌握圖像恢復的代數方法（包括無約束和有約束恢復）。3、掌握圖像恢復的頻域方法（包括逆濾波、Winner濾波、約束最小平方濾波）。第五章圖像編碼[本章教學內容]：1）圖象壓縮的基本概念，數據冗余，壓縮比，保真度準則2)Huffman編碼，截斷Huffman編碼，平移Huffman編碼3)算術編碼4)位平面編碼：位平面分解，常數區(qū)域編碼，行程編碼5)預測編碼6)變換編碼7)圖象壓縮標準[本章教學重點]：預測編碼，變換編碼，壓縮技術[本章教學難點]：預測編碼，變換編碼[本章教學目的]：1、掌握圖像編碼的基礎理論。2、掌握一些簡單的壓縮技術。3、掌握預測編碼方法（對應空域方法）。4、掌握變換編碼方法（對應變換域方法）。5、了解國際編碼標準。第六章圖像分割[本章教學內容]：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[本章教學難點]：閾值分割的原理[本章教學目的]：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[本章教學內容]：1）邊緣描述2)區(qū)域描述3)形態(tài)學描述[本章教學重點]：曲線擬合、鏈碼描述子、中軸變換、矩描述、腐蝕、膨脹[本章教學難點]：鏈碼描述子、腐蝕膨脹[本章教學目的]：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。第八章數字圖像技術應用舉例[本章教學內容]：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)[本章教學重點]：系統(tǒng)組成[本章教學難點]：系統(tǒng)應用[本章教學目的]：1、掌握數字圖像處理系統(tǒng)的基本組成。2、通過實例掌握基本應用。五、課程學時分配講次授課章節(jié)內容學時分配講課實驗上機設計其他1第一章數字圖像處理的基本知識422第二章圖像處理中常用的數學變換423第三章圖像增強424第四章圖像復原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第八章數字圖像技術應用舉例42注：實驗課由實驗教師負責協調安排時間，原則上安排在課堂教學結束后、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)包括課程學習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、課后作業(yè)、實驗情況進行評定；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考核內容及要求本課程為考試課?？己藘热菁胺种捣峙淙缦??？己朔绞娇己藘热莘种嫡n程目標總分值期末考核70%對數字圖像處理基礎概念的理解5～15目標1100分對圖像處理技術基礎概念的理解5～15目標2對數字圖像處理基礎概念的運用10～20目標1對圖像處理技術基礎概念的運用10～20目標3個人表現5～15目標4過程考核30%課堂表現課堂測試、出勤情況20目標1、2、3、4課后作業(yè)作業(yè)完成情況20目標2、3、47.3成績評定1.課堂表現課堂表現總分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。每學期布置作業(yè)5次，每次作業(yè)占4分，評分標準如下；評分標準分值標準描述課后作業(yè)4能夠按時認真完成作業(yè)、作業(yè)態(tài)度認真、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)度不認真、抄襲他人作業(yè)3.期末考試采用閉卷考試形式進行，期末成績?yōu)榘俜种?，計入總成績時乘以60%，由教務處安排考試流程，考試內容須覆蓋支撐全部畢業(yè)要求指標的授課內容，考試完成后在綜合教務系統(tǒng)中按照設定的占比系數錄入成績。八、課程評價與持續(xù)改進8.1課程評價課程評價周期定為每1年評價一次。設置達成情況目標值，采用成績分析法進行評價。課程達成評價根據專業(yè)課程達成評價方法進行計算，評價結果用于持續(xù)改進。負責人組織教師實施課程評價，制定持續(xù)改進措施，監(jiān)督持續(xù)改進過程。課程負責人負責撰寫課程考核總結報告，實施課程評價持續(xù)改進。8.2持續(xù)改進1）日常教學：根據學生學習情況，教師采取座談會、與學生單獨交流，及時調整教學方法、進度，做出