1、數(shù)字圖像處理I（Digital Image Processing I）課程代碼：4241042學(xué)分：3學(xué)時：48（其中：課程教學(xué)學(xué)時34，實驗學(xué)時：14）先修課程：線性代數(shù)、程序設(shè)計基礎(chǔ)適用專業(yè)：計算機科學(xué)與技術(shù)教材：數(shù)字圖像處理第2版，Rafael C. Gonzalez，阮秋琦等翻譯，電子工業(yè)出版社，2003年開課學(xué)院：計算機與軟件學(xué)院一、課程性質(zhì)與課（一）課程性質(zhì)數(shù)字圖像處理是計算機專業(yè)的一門重要的綜合性和實踐性較強的專業(yè)方向選修課。本課程研究數(shù)字圖象處理的基本理論、方法和技術(shù)，是模式識別、計算機視覺和人工智能等學(xué)科的基礎(chǔ)。（二）課程目標(biāo)課程目標(biāo)包括知識目標(biāo)和能力目標(biāo)，具體如下：課程目標(biāo)

2、1：使學(xué)生掌握數(shù)字圖像處理的基本理論、方法和技術(shù)，熟悉數(shù)字圖像增強、復(fù)原、分割和編碼的基本方法，培養(yǎng)學(xué)生解決計算機領(lǐng)域復(fù)雜工程問題所需專業(yè)知識，為本專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的理論基礎(chǔ)。課程目標(biāo)2：能夠綜合運用數(shù)字圖像處理的基本理論、方法和技術(shù)，分析研究數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的復(fù)雜問題，設(shè)計可行的解決方法或算法。課程目標(biāo)3：針對設(shè)計的解決方法或算法，能夠合理使用編程工具實現(xiàn)算法并進行算法有效性和合理性驗證與分析，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。（三）課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點的對應(yīng)關(guān)系本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計劃中的畢業(yè)要求指標(biāo)點2.2、3.2和4.4。畢業(yè)要求指標(biāo)點2.2：應(yīng)用計算機領(lǐng)域?qū)I(yè)知識，能

3、夠根據(jù)給出的實際工程案例，運用圖表等工程方法發(fā)現(xiàn)問題、提出問題及分析問題。畢業(yè)要求指標(biāo)點3.2：能夠合理地組織數(shù)據(jù)，有效地存儲和處理數(shù)據(jù)，正確地進行算法設(shè)計、分析和評價。畢業(yè)要求指標(biāo)點4.4：針對設(shè)計或開發(fā)的解決方案，能夠通過理論證明、實驗仿真或者系統(tǒng)實現(xiàn)等多種科學(xué)方法說明其有效性和合理性，并對解決方案的實施質(zhì)量進行分析，通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2課程目標(biāo)3畢業(yè)要求2.2畢業(yè)要求3.2畢業(yè)要求4.4二、課程內(nèi)容及教學(xué)要求本課程教學(xué)內(nèi)容包括：數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)、空間域圖像增強，圖像變換、頻域圖像增強、圖像復(fù)原和圖像分割。本課程基本要求是：通過學(xué)習(xí)使學(xué)

4、生了解數(shù)字圖像處理的基本概念和原理；了解圖像處理技術(shù)的特點、應(yīng)用范圍和現(xiàn)狀；掌握圖像處理的基本原理和技術(shù)，熟悉圖像變換、直方圖和點運算等基本運算；掌握圖像增強、圖像復(fù)原、圖像分割、圖像的編碼與壓縮等相關(guān)原理；學(xué)會設(shè)計圖像處理應(yīng)用系統(tǒng)的方法，能夠通過編寫程序解決基本的圖像處理問題，為今后從事圖像處理的研究和開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。第1章緒論（一）教學(xué)內(nèi)容1.什么是數(shù)字圖像處理2. 數(shù)字圖像處理的起源3. 數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的應(yīng)用實例4. 數(shù)字圖像處理的基本步驟5. 圖像處理系統(tǒng)的組成（二）教學(xué)要求1.了解數(shù)字圖像處理的基本概念，發(fā)展歷史，應(yīng)用領(lǐng)域和研究內(nèi)容。通過大量的實例講解數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域；2

5、. 了解數(shù)字圖像處理的基本步驟；3. 了解圖像處理系統(tǒng)的組成。（三）重點與難點1. 重點數(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2. 難點數(shù)字圖像處理基本步驟第2章數(shù)字圖像基礎(chǔ)（一）教學(xué)內(nèi)容1.視覺感知要素2. 光和電磁波譜3. 圖像感知和獲取4. 圖像取樣和量化5. 像素間的一些基本關(guān)系6. 數(shù)字圖像處理中所用數(shù)學(xué)工具的介紹（二）教學(xué)要求1. 了解視覺感知要素；2. 了解幾種常用的圖像獲取方法；3. 掌握圖像的數(shù)字化過程及其圖像分辨率之間的關(guān)系；4. 掌握像素間的聯(lián)系的概念；5. 了解數(shù)字圖像處理中的常用數(shù)學(xué)工具。（三）重點與難點1. 重點圖像數(shù)字化過程及圖像中像素的聯(lián)系2. 難點

6、圖像中像素的聯(lián)系第3章灰度變換與空間濾波（一）教學(xué)內(nèi)容1.背景知識2.一些基本的灰度變換函數(shù)3.直方圖處理4.空間濾波基礎(chǔ)5.平滑空間濾波器6.銳化空間濾波器7.混合空間增強法8.使用模糊技術(shù)進行灰度變換和空間濾波（二）教學(xué)要求1.了解空間域圖像增強的概念、目的及主要技術(shù)；2. 理解直接灰度變換的方法原理；3. 理解直方圖的定義、性質(zhì)及用途，掌握直方圖均衡化技術(shù)細(xì)節(jié)，理解直方圖規(guī)定化處理方法的原理及作用；4.掌握圖像的空間域的平滑和銳化技術(shù)方法。（三）重點與難點1. 重點直方圖均衡化技術(shù)及常用的圖像的空間域的平滑和銳化方法2. 難點直方圖規(guī)定化算法第4章頻率域濾波（一）教學(xué)內(nèi)容1.背景2.基本

7、概念3.取樣和取樣函數(shù)的傅里葉變換4.單變量的離散傅里葉變換（DFT）5.兩個變量的函數(shù)的擴展6.二維離散傅里葉變換的一些性質(zhì)7.頻率域濾波基礎(chǔ)8.使用頻率域濾波器平滑圖像9. 使用頻率域濾波器銳化圖像10. 選擇性濾波11. 實現(xiàn)（二）教學(xué)要求 1. 了解傅里葉變換和頻率域的概念； 2. 理解常用的平滑和銳化濾波器的概念和方法。（三）重點與難點1. 重點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2. 難點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)方法第5章圖像復(fù)原與重建（一）教學(xué)內(nèi)容1.圖像退化/復(fù)原過程的模型2.噪聲模型3. 只存在噪聲的復(fù)原空間濾波4. 用頻率域濾

8、波消除周期噪聲5. 線性、位置不變的退化6. 估計退化函數(shù)7. 逆濾波8. 最小均方誤差（維納）濾波9. 約束最小二乘方濾波器10. 幾何均值濾波11. 由投影重建圖像（二）教學(xué)要求1. 理解圖像退化/復(fù)原過程的模型；2. 掌握幾種常用的空間濾波方法；3. 理解幾種常用的頻率域方法；4. 了解估計退化函數(shù)、逆濾波和最小均方誤差（維納）濾波。（三）重點與難點1. 重點常用的空間和頻率濾波器2. 難點逆濾波和維納濾波第6章彩色圖像處理（一）教學(xué)內(nèi)容1.彩色基礎(chǔ)型2.彩色模型3. 偽彩色處理4. 全彩色圖像處理基礎(chǔ)5. 彩色變換6. 平滑和尖銳化7. 基于彩色的圖像分割8. 彩色圖像中的噪聲9. 彩

9、色圖像壓縮（二）教學(xué)要求1. 了解彩色基礎(chǔ)、RGB顏色模型以及HIS顏色模型；2. 理解RGB顏色模型和HIS顏色模型的色度學(xué)基礎(chǔ)和適用范圍；3. 了解常用的彩色圖像處理方法。（三）重點與難點1. 重點彩色基礎(chǔ)和模型、偽彩色處理、全彩色處理基礎(chǔ)及彩色變換和不同顏色空間的定義和選擇2. 難點彩色變換第7章圖像分割（一）教學(xué)內(nèi)容1.基礎(chǔ)知識2.點、線和邊緣檢測3. 閾值處理4. 基于區(qū)域的分割5. 用形態(tài)學(xué)分水嶺的分割6. 分割中運動的應(yīng)用（二）教學(xué)要求 1. 掌握圖像分割的思想及策略； 2. 理解點、線和邊緣檢測和閾值分割的基本思想和方法。（三）重點與難點1. 重點圖像分割，輪廓跟蹤2. 難點基

10、于區(qū)域的分割第8章圖像編碼（一）教學(xué)內(nèi)容1.圖像壓縮的基本概念2.有損壓縮和無損壓縮3. 統(tǒng)計編碼4. 預(yù)測編碼5. 變換編碼6. 圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)（二）教學(xué)要求1. 了解圖像壓縮的基本概念和分類；2. 掌握統(tǒng)計編碼、預(yù)測編碼、變換編碼的基本原理；3.了解圖像壓縮的編碼標(biāo)準(zhǔn)。（三）重點與難點1. 重點統(tǒng)計編碼、預(yù)測編碼和變換編碼2. 難點變換編碼和圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)三、本課程開設(shè)的實驗項目編號實驗項目名稱學(xué)時類型要求支撐的課程目標(biāo)1Matlab圖像處理初步2驗證性必做課程目標(biāo)22灰度變換及直方圖均衡化算法實現(xiàn)2驗證性必做課程目標(biāo)1、2、33空域平滑與銳化算法實現(xiàn)2驗證性必做課程目標(biāo)1、2、34頻

11、域濾波算法實現(xiàn)2驗證性必做課程目標(biāo)1、2、35圖像復(fù)原算法實現(xiàn)2驗證性必做課程目標(biāo)1、2、36彩色圖像處理2驗證性必做課程目標(biāo)1、2、37圖像分割算法實現(xiàn)2驗證性必做課程目標(biāo)1、2、3實驗1：Matlab圖像處理初步1. 實驗?zāi)康募耙笫煜atlab語言關(guān)于圖像處理的基本操作2. 實驗主要內(nèi)容1）練習(xí)imread、imshow、iminfo、imwrite、subplot、for等命令以及矩陣計算有關(guān)命令；2）讀取圖像并對對圖像進行點處理，顯示處理后的數(shù)字圖像；3. 重難點Matlab矩陣的用法和Matlab圖像處理一般步驟實驗2：灰度變換及直方圖均衡化算法實現(xiàn)1. 實驗?zāi)康募耙?）理解點

12、操作圖像增強方法；2）理解直方圖均衡化算法的原理，掌握算法的實現(xiàn)；2. 實驗主要內(nèi)容1）理解圖像灰度拉伸，練習(xí)imadjust函數(shù)的使用；2）編程實現(xiàn)圖像線性灰度變換算法；3）編程實現(xiàn)圖像灰度對數(shù)和指數(shù)變換；4）在Matlab中編程實現(xiàn)直方圖均衡化算法；3. 重難點圖像灰度變換算法和直方圖均衡化算法的實現(xiàn)實驗3：空域平滑與銳化算法實現(xiàn)1. 實驗?zāi)康募耙?）理解圖像平滑的相關(guān)算法，并掌握算法的實現(xiàn)2）理解圖像銳化的相關(guān)算法，并掌握算法的實現(xiàn)2. 實驗主要內(nèi)容1）編程實現(xiàn)均值濾波器、加權(quán)均值濾波器、高斯濾波器；2）編程實現(xiàn)中值濾波器、最大值最小值濾波器和中點濾波器；3）編程實現(xiàn)各類梯度算子和拉普

13、拉斯算子對圖像進行銳化；3. 重難點梯度算子和拉普拉斯算子圖像銳化算法的實現(xiàn)；實驗4：頻域濾波算法實現(xiàn)1. 實驗?zāi)康募耙?）理解圖像傅里葉變換及其性質(zhì)，并掌握傅里葉變換頻譜分析的方法；2）理解各類頻域平滑和銳化算法，并掌握算法的實現(xiàn)；2. 實驗主要內(nèi)容1）編程顯示圖像的傅里葉變換頻譜；2）編程實現(xiàn)各類低通濾波器；3）編程實現(xiàn)各類高通濾波器；4）編程實現(xiàn)高頻增強濾波器和高頻提升濾波器；3. 重難點梯度算子和拉普拉斯算子圖像銳化算法的實現(xiàn)實驗5：圖像復(fù)原算法實現(xiàn)1. 實驗?zāi)康募耙?）了解圖像復(fù)原的原理；2）通過實驗了解不同噪聲模型的分布特點；3）熟練掌握空域和頻域濾波復(fù)原的方法；2. 實驗主要

14、內(nèi)容1）實現(xiàn)四種均值濾波器（算術(shù)均值、幾何均值、諧波均值和逆諧波均值），對比分析算法特點；2）實現(xiàn)alpha修正均值濾波器；3）實現(xiàn)自適應(yīng)中值濾波器3. 重難點自適應(yīng)中值濾波器實驗6：彩色圖像處理1. 實驗?zāi)康募耙?）理解彩色模型；2）掌握偽彩色圖像處理和全彩色圖像處理；3）掌握彩色變換方法；2. 實驗主要內(nèi)容1）實現(xiàn)偽彩色和全彩色圖像處理算法；2）實現(xiàn)彩色變換算法實驗7：圖像分割算法實現(xiàn)1. 實驗?zāi)康募耙?）理解點線面檢測方法；2）掌握閾值分割方法；3）掌握基于區(qū)域的分割算法；2. 實驗主要內(nèi)容1）實現(xiàn)圖像的點線的檢測算法；2）實現(xiàn)閾值分割算法；3）實現(xiàn)區(qū)域生長法注：本課程為數(shù)字圖像處理

15、實驗課，授課對象為大三學(xué)生，實驗類型主要包括驗證性和綜合性實驗，均需要提交實驗報告，實驗報告主要包括實驗?zāi)康摹⒁蠛蛢?nèi)容，數(shù)據(jù)的分析以及思考題的回答。實驗評價內(nèi)容和評分細(xì)則參見附錄1。四、學(xué)時分配及教學(xué)方法章教學(xué)形式及學(xué)時分配主要教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)課堂教學(xué)實驗上機課程實踐小計第1章緒論44講授、演示課程目標(biāo)1第2章數(shù)字圖像基礎(chǔ)426講授、演示、討論課程目標(biāo)1第3章灰度變換與空間濾波6410講授、演示、討論課程目標(biāo)1、2、3第4章頻率域濾波428講授、演示、討論程目標(biāo)1、2、3第5章圖像復(fù)原與重建428講授、演示、討論程目標(biāo)1、2、3第6章彩色圖像處理426講授、演示、討論程目標(biāo)1、2、3第

16、7章圖像分割426講授、演示、討論程目標(biāo)1、2、3第8章圖像編碼404講授、演示、討論程目標(biāo)1、2、3合計 =SUM(ABOVE) 34 =SUM(ABOVE) 14 =SUM(ABOVE) 48注：1.課程實踐學(xué)時按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)方案列入表格； 2.主要教學(xué)方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學(xué)方法（基于問題、項目、案例等教學(xué)方法）等。五、課程考核 1. 課程考核方式包括期末考試、平時作業(yè)及階段測試情況考核（其中包括筆記、大作業(yè)等）和實驗情況考核。考核形式考核要求考核權(quán)重備注平時作業(yè)及階段測試課后完成課程配套在線課程章節(jié)測試題，主要考核學(xué)生對每節(jié)課知識點的理解和掌握程度，計算全部作業(yè)的平均

17、成績再按20%計入總成績；可讓學(xué)生查閱資料，了解本課程相關(guān)技術(shù)發(fā)展情況，自主學(xué)習(xí)并完成。20%在線課程測試題設(shè)置了最低分和完成期限實驗完成7個實驗，主要訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識完成任務(wù)的能力，最后按20%計入課程總成績。20%要求撰寫不少于3次得實驗報告期末考試試卷題型包括填空題、選擇題、簡答題和綜合題四大類，以卷面成績的60%計入課程總評成績。60%期末考試采用閉卷筆試六、參考書目及學(xué)習(xí)資料1.岡薩雷斯著.數(shù)字圖像處理（MATLAB版），電子工業(yè)出版社，2013年2. HYPERLINK /s?ie=UTF8&field-author=%E5%A1%9E%E5%88%A9%E6%96%AF%E5

18、%9F%BA%20(Richard%20Szeliski)&search-alias=books 塞利斯基著，哀海舟譯.計算機視覺：算法與應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，2012HYPERLINK /?key2=%D1%EE%B5%A4&medium=01&category_path=01.00.00.00.00.00 o 楊丹 ，趙海濱，龍哲等編著楊丹， HYPERLINK /?key2=%D5%D4%BA%A3%B1%F5&medium=01&category_path=01.00.00.00.00.00 o 楊丹 ，趙海濱，龍哲等編著 趙海濱， HYPERLINK /?key2=%C1%FA%D5

19、%DC&medium=01&category_path=01.00.00.00.00.00 o 楊丹 ，趙海濱，龍哲等編著 龍哲等編著. HYPERLINK /23268962.html l ddclick?act=click&pos=23268962_0_1_q&cat=&key=matlab%CD%BC%CF%F1%B4%A6%C0%ED&qinfo=165_1_48&pinfo=&minfo=&ninfo=&custid=&permid=20140704223656196502738969883851623&ref=http%3A%2F%2F%2F&rcount=&type=&t=1404513636000 o MATLAB圖像處理實例詳解 t _blank MATLAB圖像處理實例詳解，HYPERLINK /?key=&key3=%C7%E5%BB%AA%B4%F3%D1%A7%B3%F6%