《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)大綱

數(shù)字圖像處理（DigitImageProcessing）課程基本信息課程編號：04021534課程總學(xué)時：32實驗學(xué)時：10學(xué)時課程性質(zhì)：必修課程屬性:專業(yè)類開設(shè)學(xué)期：第6學(xué)期適用專業(yè)：電子信息工程對先修的要求：高等數(shù)學(xué)、概率論、線性代數(shù)、科學(xué)計算與MATLAB語言對后續(xù)的支撐：機(jī)器視覺技術(shù)與應(yīng)用、畢業(yè)設(shè)計一、課程的教學(xué)理念、性質(zhì)、目標(biāo)和任務(wù)本課程是一門多學(xué)科交叉、理論性和實踐性都很強(qiáng)的綜合性課程，是電子信息類專業(yè)學(xué)生的一門重要專業(yè)課程。通過對本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解數(shù)字圖像的基本概念、數(shù)字圖像形成的原理，掌握數(shù)字圖像處理的理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法，著重掌握數(shù)字圖像的增強(qiáng)、壓縮和分割等技術(shù)的基本理論和實現(xiàn)方法，熟悉圖像處理在農(nóng)業(yè)智能化處理、識別和檢測等領(lǐng)域的應(yīng)用，為將來從事相關(guān)領(lǐng)域工作和科學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠掌握及熟練使用常用的圖像處理方法，能夠根據(jù)需要選擇合理的數(shù)字圖像處理技術(shù)和方法，為以后進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究其它數(shù)字圖像處理方法和提高數(shù)字圖像處理能力奠定基礎(chǔ)，并能從事和圖像相關(guān)的智能化檢測方面的研究開發(fā)工作。通過實驗的實際操作，使學(xué)生加深對數(shù)字圖像處理基本理論的理解，掌握圖像處理技術(shù)的基本實現(xiàn)步驟，能獨立寫出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹⒂欣碚摲治龅膶嵤虑笫堑奈睦硗樀膶嶒瀳蟾?，并在?shù)字圖像處理的基本知識、基本方法和基本技能方面受到較系統(tǒng)的訓(xùn)練，為數(shù)字圖像處理的應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)及對畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐序號課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點畢業(yè)要求1使學(xué)生掌握圖像濾波、特征檢測、模式識別、圖像融合、目標(biāo)跟蹤等機(jī)器視覺的基本方法，培養(yǎng)解決機(jī)器視覺實際問題的能力。指標(biāo)點2.122培養(yǎng)學(xué)生將文獻(xiàn)轉(zhuǎn)換為實際工程實現(xiàn)的能力，能夠根據(jù)問題需求，設(shè)計解決方案。指標(biāo)點4.14三、教學(xué)內(nèi)容及進(jìn)度安排（一）理論教學(xué)序號教學(xué)內(nèi)容學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式支撐課程目標(biāo)1第1章緒論數(shù)字圖像處理的基本概念與特點，數(shù)字圖像處理硬件系統(tǒng)，數(shù)字圖像處理的應(yīng)用及發(fā)展趨勢。掌握數(shù)字圖象處理的一些基本概念，了解本書的講述內(nèi)容和圖像處理的特點。2課堂PPT講解。目標(biāo)12第2章數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)圖像的采樣與量化技術(shù)、圖像數(shù)字化設(shè)備、數(shù)字圖像的類型、常見圖像文件格式、色度學(xué)基礎(chǔ)與顏色模型。掌握數(shù)字圖像及數(shù)字圖像處理相關(guān)的內(nèi)容2課堂PPT講解+代碼演示；典型應(yīng)用案例分析。目標(biāo)13第3章圖像增強(qiáng)與平滑直方圖的基本概念、圖像增強(qiáng)方法換，圖像的噪聲，模板與卷積運算，圖像平滑，圖像銳化和圖像的偽彩色處理。掌握圖像增強(qiáng)和平滑技術(shù)，使學(xué)生熟悉相關(guān)知識并能熟練掌握和運用。6課堂PPT講解+代碼演示；典型應(yīng)用案例分析。目標(biāo)14第4章圖像分割與邊緣檢測閾值分割技術(shù)、區(qū)域增長與聚合、邊緣檢測與微分運算、輪廓跟蹤與提取、圖像匹配、投影法與差影法。掌握圖像分割與邊緣檢測的常用方法。4課堂PPT講解+代碼演示；典型應(yīng)用案例分析。目標(biāo)15第5章圖像的幾何變換齊次坐標(biāo)、幾何變換矩陣，圖像的比例縮放、平移、鏡像、旋轉(zhuǎn)與復(fù)合變換。掌握平移、放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、鏡像等相關(guān)知識，要求學(xué)生熟練掌握理論知識，并能在實際中應(yīng)用。2課堂PPT講解+代碼演示；典型應(yīng)用案例分析。目標(biāo)16第6章數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)及其應(yīng)用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的基本概念，二值形態(tài)學(xué)腐蝕、膨脹、開、閉運算，擊中擊不中變換，形態(tài)學(xué)濾波，骨架抽取，細(xì)化算法等知識。掌握形態(tài)學(xué)的處理方法，并能在實際應(yīng)用中選擇合適的處理方法。2課堂PPT講解+代碼演示；典型應(yīng)用案例分析。目標(biāo)17第8章圖像編碼圖像編碼的目的與意義，編碼的基本原理、方法與評價，哈夫曼編碼、香農(nóng)范—范諾編碼、行程長度編碼、LZW編碼、算術(shù)編碼、JPEG編碼。掌握圖像編碼和壓縮技術(shù)。4課堂PPT講解+代碼演示；典型應(yīng)用案例分析。目標(biāo)1（二）實驗教學(xué)序號實驗名稱學(xué)時實驗教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)要求支撐課程目標(biāo)1實驗一圖像增強(qiáng)與平滑21.繪制、分析圖像直方圖；2.直方圖均衡化處理；利用多種灰度變換法對圖像進(jìn)行增強(qiáng)；3.人為產(chǎn)生圖像噪聲并施加在圖像中；4.利用多種平滑技術(shù)去除圖像噪聲。學(xué)會對圖像直方圖的分析；掌握各種灰度變換的圖像增強(qiáng)方法，觀察圖像增強(qiáng)的效果，加深對灰度直方圖的理解；掌握圖像平滑的基本原理和實現(xiàn)方法。目標(biāo)22實驗二圖像銳化及偽彩色處理21.分別用roberts、sobel、Prewitt、log四種算子編寫MATLAB程序?qū)D像及添加高斯噪聲的圖像進(jìn)行銳化，提取邊緣信息。2.運行下列采用8個灰度級密度分割的偽彩色變換程序，觀察結(jié)果，并分別采用2、16、32個灰度級進(jìn)行偽彩色處理，編程后運行，觀察并比較結(jié)果。3、采用灰度級彩色變換的方法，編寫程序?qū)崿F(xiàn)圖像的灰度級彩色變換。掌握圖像銳化、偽彩色處理的基本原理和基本方法目標(biāo)23實驗三圖像的幾何變換21.編程實現(xiàn)對256×256圖像的二倍放大變?yōu)?12×512。2.編程實現(xiàn)對圖像的1/2倍縮小變?yōu)?28×128。3.編程實現(xiàn)對黑白方格圖像的300旋轉(zhuǎn)，并用最近鄰域插值變換法對旋轉(zhuǎn)圖像的空洞進(jìn)行填補。4.編程分別實現(xiàn)對圖像的水平鏡像和垂直鏡像。掌握圖像放大、縮小、旋轉(zhuǎn)的基本原理和基本方法；會分析圖像處理結(jié)果。目標(biāo)24實驗四圖像分割21.采用人工選擇閾值法編寫程序，把圖像blood.bmp分割為二值圖像。嘗試不同閾值來分割圖像，比較分割效果，選出最滿意的閾值。2.采用迭代式閾值選擇方法對圖像blood.bmp進(jìn)行二值化處理，并和(一)中處理的結(jié)果比較。3.圖像的標(biāo)記和輪廓跟蹤。4.圖像的減法5.圖像的平均。6.編程實現(xiàn)車牌圖像的水平投影和垂直投影。7.圖像的邏輯“與”運算。8.圖像的邏輯“或”運算。掌握圖像分割的基本原理和基本方法；能夠用所學(xué)方法實現(xiàn)圖像分割；掌握象素間算術(shù)運算的和邏輯運算的方法；學(xué)會比較圖像處理結(jié)果并分析原因。目標(biāo)25實驗五圖像形態(tài)學(xué)處理2圖像腐蝕、圖像膨脹、開啟、閉合、細(xì)化。了解圖像腐蝕、膨脹、開啟、閉合及細(xì)化的目的及意義；能夠編程實現(xiàn)圖像的各種形態(tài)學(xué)處理；觀察并比較圖像處理結(jié)果。目標(biāo)2四、課程思政本課程融合課程思政內(nèi)容，將德育內(nèi)容融入課程體系。隨著信息化時代的來臨，圖像及視覺在生活中的應(yīng)用越來越多，課程講授時結(jié)合實際信息或圖像處理案例講解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；教學(xué)過程中探討學(xué)科前沿動態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生探索新知識及培養(yǎng)創(chuàng)新思維和綜合能力；將實踐教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合，用完美的實驗結(jié)果驗證理論知識，加深印象并提高學(xué)生對此課程的興趣。主要從以下幾個方面開展課程思政教學(xué)：（1）展示工程項目圖像處理效果對比，介紹數(shù)字圖像處理技術(shù)的前沿應(yīng)用,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，認(rèn)識到本課程學(xué)習(xí)的重要性，同時增強(qiáng)民族自信、科技自信,激發(fā)創(chuàng)新熱情。（2）直方圖教學(xué)，分別展示真彩色圖像和索引圖像直方圖的繪制原理,對比與灰度圖像直方圖的異同，引導(dǎo)學(xué)生的思考，培養(yǎng)學(xué)生的舉一反三、獨立思考的能力。（3）疫情防控期間利用偽彩色處理技術(shù)對高體溫人體進(jìn)行自動識別和標(biāo)注的案例，增強(qiáng)社會責(zé)任。（4）將圖像技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)產(chǎn)品檢測、農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，樹立為農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)的思想。（5）實驗數(shù)據(jù)的客觀記錄與分析，培養(yǎng)學(xué)生的實事求是科學(xué)態(tài)度。五、教材及參考資料1.選用教材：（1）理論課教材：數(shù)字圖像處理（第三版），何東健，西安電子科技大學(xué)出版社，2018年。（2）實驗課教材：自編。2.參考書：（1）DigitalImageProcessing,ThirdEdition，Rafael，C.，Gonzalez，電子工業(yè)出版社，2017。（2）數(shù)字圖像處理（第四版），拉斐爾?C.岡薩雷斯）著，阮秋琦譯，電子工業(yè)出版社，2020。（3）數(shù)字圖像處理系列教程，高飛，劉盛，盧書芳著，清華大學(xué)出版社，2022。3.推薦網(wǎng)站（線上資源）：（1）西安電子科技大學(xué)《數(shù)字圖像處理》精品課程網(wǎng)站：/course/dip/www/jsdw.htm（2）哈爾濱工程大學(xué)《數(shù)字圖像處理》精品課程網(wǎng)站：/shuishengxueyuan/ShowArticle.asp?ArticleID=117185

六、教學(xué)條件計算機(jī)、MATLAB軟件等。七、課程考核、考核方式及成績評定序號課程目標(biāo)（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點）考核內(nèi)容評價依據(jù)及成績比例(%)成績比例(%)課堂表現(xiàn)作業(yè)實驗期末考試1目標(biāo)1：（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點2.1）數(shù)字圖像的基本概念、理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法715240642目標(biāo)2：（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點4.1）能夠根據(jù)問題需求，設(shè)計解決方案。3582036合計10201060100（1）課堂表現(xiàn)考核內(nèi)容及評分標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)考核內(nèi)容評分標(biāo)準(zhǔn)90-100分80-89分70-79分60-69分<60分課程目標(biāo)1（7%）考核學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、課堂參與情況。遵守課堂紀(jì)律，積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準(zhǔn)確率大于90%遵守課堂紀(jì)律，認(rèn)真參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準(zhǔn)確率大于80%。遵守課堂紀(jì)律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準(zhǔn)確率大于70%。遵守課堂紀(jì)律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準(zhǔn)確率大于60%。遵守課堂紀(jì)律，但不能正常參與課堂教學(xué)活動，不能回答老師提出的問題。課程目標(biāo)2（3%）考核學(xué)生預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、課堂參與情況。遵守課堂紀(jì)律，積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%；或能回答老師提出的問題，準(zhǔn)確率大于90%遵守課堂紀(jì)律，認(rèn)真參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于80%；或能回答老師提出的問題，準(zhǔn)確率大于80%。遵守課堂紀(jì)律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準(zhǔn)確率大于70%。遵守課堂紀(jì)律，上課狀態(tài)一般，能回答老師提出的問題，準(zhǔn)確率大于60%。遵守課堂紀(jì)律，但不能正常參與課堂教學(xué)活動，不能回答老師提出的問題。（2）作業(yè)評分標(biāo)準(zhǔn)成績課程目標(biāo)優(yōu)秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）課程目標(biāo)1（15%）按時上交，書寫規(guī)范工整；運用所學(xué)理論知識和公式正確，計算步驟完整，計算結(jié)果正確。按時上交，書寫工整；運用所學(xué)理論知識和公式正確，計算步驟較完整，計算結(jié)果正確。按時上交，書寫較工整；運用所學(xué)理論知識和公式正確，計算步驟較完整，計算結(jié)果基本正確。按時上交，書寫潦草；運用所學(xué)理論知識和公式基本正確，計算步驟基本完整，計算結(jié)果基本正確。不按時上交書寫潦草；運用所學(xué)理論知識和公式不正確，計算步驟不全，計算結(jié)果不正確。課程目標(biāo)2（5%）按時上交，書寫規(guī)范工整；運用所學(xué)理論知識和公式正確，計算步驟完整，計算結(jié)果正確。按時上交，書寫工整；運用所學(xué)理論知識和公式正確，計算步驟較完整，計算結(jié)果正確。按時上交，書寫較工整；運用所學(xué)理論知識和公式正確，計算步驟較完整，計算結(jié)果基本正確。按時上交，書寫潦草；運用所學(xué)理論知識和公式基本正確，計算步驟基本完整，計算結(jié)果基本正確。不按時上交書寫潦草；運用所學(xué)理論知識和公式不正確，計算步驟不全，計算結(jié)果不正確。每次作業(yè)按百分制評分，以所有作業(yè)的平均成績計入總成績。（3）實驗環(huán)節(jié)評分標(biāo)準(zhǔn)成績課程目標(biāo)優(yōu)秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（<60分）課程目標(biāo)1（2%）實驗態(tài)度端正；實驗操作規(guī)范、實驗結(jié)果正確；考核中能準(zhǔn)確地回答全部問題；實驗報告撰寫規(guī)范、整潔、全面。實驗態(tài)度端正；實驗操作規(guī)范、實驗結(jié)果正確；考核中能基本準(zhǔn)確地回答全部問題；實驗報告撰寫規(guī)范整潔。實驗態(tài)度端正；實驗操作基本規(guī)范，實驗結(jié)果正確；考核中能準(zhǔn)確地回答主要問題；實驗報告撰寫基本規(guī)范。實驗態(tài)度較端正；實驗操作基本規(guī)范，實驗結(jié)果基本正確；考核中能準(zhǔn)確地回答部分問題；實驗報告撰寫基本規(guī)范。實驗態(tài)度不端正；無法獨立完成實驗操作，實驗結(jié)果不正確；考核中不能準(zhǔn)確地回答主要問題；實驗報告書寫不規(guī)范。課程目標(biāo)2（8%）實驗態(tài)度端正；實驗操作規(guī)范、實驗結(jié)果正確；考核中能準(zhǔn)確地回答全部問題；實驗報告撰寫規(guī)范、整潔、全面。實驗態(tài)度端正；實驗操作規(guī)范、實驗結(jié)果正確；考核中能基本準(zhǔn)確地回答全部問題；實驗報告撰寫規(guī)范整潔。實驗態(tài)度端正；實驗操作基本規(guī)范，實驗結(jié)果正確；考核中能準(zhǔn)確地回答主要問題；實驗報告撰寫基本規(guī)范。實驗態(tài)度較端正；實驗操作基本規(guī)范，實驗結(jié)果基本正確；考核中能準(zhǔn)確地回答部分問題；實驗報告撰寫基本規(guī)范。實驗態(tài)度不端正；無法獨立完成實驗操作，實驗結(jié)果不正確；考核中不能準(zhǔn)確地回答主要問題；實驗報告書寫不規(guī)范。（4）期末考核內(nèi)容及評分標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)考核內(nèi)容評分標(biāo)準(zhǔn)90-100分80-89分70-79分60-69分<60分課程目標(biāo)1（40%）數(shù)字圖像的基本概念、理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法。熟練掌握數(shù)字圖像的基本概念、理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法。掌握數(shù)據(jù)數(shù)字圖像的基本概念、理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法?；菊莆諗?shù)字圖像的基本概念、理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法。了解數(shù)字圖像的基本概念、理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法。不了解數(shù)字圖像的基本概念、理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法。課程目標(biāo)2（20%）能夠根據(jù)問題需求，設(shè)計解決方案。具有很強(qiáng)的應(yīng)用數(shù)字圖像處理基本原理，對相關(guān)工程問題提出解決方案，并能得到有效結(jié)果。具有較強(qiáng)的應(yīng)用數(shù)字圖像處理基本原理，對相關(guān)工程問題提出解決方案，