《醫(yī)學(xué)圖像處理》教學(xué)大綱

適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案

課程代碼：06151041

課程性質(zhì)：專業(yè)必修課

學(xué)分：3學(xué)分

學(xué)時：48學(xué)時（理論40學(xué)時，實驗8學(xué)時）

先修課程：醫(yī)用傳感器原理及應(yīng)用、數(shù)字信號處理等

后續(xù)課程：無

適用專業(yè)：醫(yī)學(xué)信息工程

開課單位：電子信息工程學(xué)院

一、課程說明

《醫(yī)學(xué)圖像處理》是醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)

生熟悉數(shù)字圖像形成、分析及處理的基本過程，掌握醫(yī)學(xué)圖像處理的基本方法和編程技能,

掌握數(shù)字圖像處理的基本理論和常用算法，包括圖像數(shù)字化、圖像變換、圖像增強（頻域及

時域）、圖像恢復(fù)、圖像重建、圖像分割等技術(shù)的理論及實現(xiàn)，了解國內(nèi)外醫(yī)學(xué)圖像處理重

要進(jìn)展，具有初步分析、處理醫(yī)學(xué)圖像的能力。課程中也穿插思政案例，使學(xué)生掌握專業(yè)知

識的同時，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的價值觀。

二、課程目標(biāo)

通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：

課程目標(biāo)1：了解數(shù)字圖像及醫(yī)學(xué)圖像處理產(chǎn)生的歷史背景及發(fā)展過程，掌握圖像處理

的基本理論、基本算法和實現(xiàn)方法，熟悉圖像形成、分析及處理的原理，以及掌握常用的各

種算法，包括圖像數(shù)字化、圖像變換、圖像增強、圖像恢復(fù)、圖像重建、圖像分割、圖像配

準(zhǔn)及融合等技術(shù)的理論及基本算法實現(xiàn)，了解國內(nèi)外醫(yī)學(xué)圖像處理的重要進(jìn)展。

課程目標(biāo)2：學(xué)會圖像處理常用算法，能夠用于FI常圖像的處理及分析?，具有初步分析?、

處理醫(yī)學(xué)圖像的能力，初步具備運用所學(xué)知識解決實際問題的能力，為其從事與醫(yī)學(xué)圖像處

理相關(guān)領(lǐng)域的科研及實際應(yīng)用打下必要的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。具有一定的創(chuàng)新意識、科學(xué)素養(yǎng)、

人文情懷、工匠精神，富有愛國熱情和民族自豪感，建立正確的人生觀、價值觀和世界觀。

接受勞動觀念熏陶，培養(yǎng)基本操作規(guī)范、安全意識，樹匕正確的勞動觀。

課程目標(biāo)3：掌握醫(yī)學(xué)圖像處理基本的研究方法，具備一定的編程技能和算法實現(xiàn)能力，

能夠綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)、計算鞏及解剖牛.理學(xué)知識，了解成像特點，恰當(dāng)選擇成像裝置，能夠改

進(jìn)或設(shè)計算法解決一般生物醫(yī)學(xué)影像處理過程中存在的常見問題。

三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求

《醫(yī)學(xué)圖像處理》課程教學(xué)目標(biāo)對醫(yī)學(xué)信息工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。

表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系

支撐

畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)

強度

課程目標(biāo)1：了解數(shù)字圖像及醫(yī)

學(xué)圖像處理產(chǎn)生的歷史背景及發(fā)

展過程，掌握圖像處理的基本理

2.3能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自論、基本算法和實現(xiàn)方法，熟悉

然科學(xué)和工程科學(xué)的圖像形成、分析及處理的原理，

2.問題分析基本原理，并通過文獻(xiàn)以及掌握常用的各種算法，包括11

研究，證實問題分析的圖像數(shù)字化、圖像變換、圖像增

合理性。強、圖像恢復(fù)、圖像重建、圖像

分割、圖像配準(zhǔn)及融合等技術(shù)的

理論及基本算法實現(xiàn)，了解國內(nèi)

外醫(yī)學(xué)圖像處理的重要進(jìn)展.

課程目標(biāo)2：學(xué)會圖像處理常用

算法，能夠用于日常圖像的處理

及分析，具有初步分析、處理醫(yī)

學(xué)圖像的能力，初步具備運用所

學(xué)知識解決實際問題的能力，為

4.2能夠基『科學(xué)原理

其從事與醫(yī)學(xué)圖像處理相關(guān)領(lǐng)域

并采用科學(xué)方法對器

的科班及實際應(yīng)用打下必要的理

4.研究件、電路、功能模塊、H

論與技術(shù)基礎(chǔ)。具有一定的創(chuàng)新

軟件系統(tǒng)制定實驗方

意識、科學(xué)素養(yǎng)、人文情懷、工

案并實施。

匠精神，富有愛國熱情和民族自

豪感，建立正確的人生觀、價值

觀和世界觀。接受勞動觀念熏陶，

培養(yǎng)基木操作規(guī)范、安全意識，

樹立正確的勞動觀。

課程目標(biāo)3：掌握醫(yī)學(xué)圖像處理

基本的研究方法，具備一定的編

5.2能夠開發(fā)和利用現(xiàn)

程技能和算法實現(xiàn)能力，能夠綜

代工程工具、信息技術(shù)

合應(yīng)，書數(shù)學(xué)、計算機及解剖生理

5.使用現(xiàn)代工具工具對復(fù)雜醫(yī)學(xué)信息M

學(xué)知識，了解成像特點，恰當(dāng)選

工程問題進(jìn)行輔助設(shè)

擇成像裝置，能夠改進(jìn)或設(shè)計算

計、預(yù)測和模擬。

法解決?般生物醫(yī)學(xué)影像處理過

程中存在的常見問題。

注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。

四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配

1.理論部分

理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。

表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配

實

理論驗對應(yīng)的課

學(xué)

教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點難點時

學(xué)時程目標(biāo)

1.概論教學(xué)要求：使學(xué)生了解數(shù)字圖像處理技術(shù)

21

i.1圖像處理技術(shù)的起源及其發(fā)展；了解圖像處理技術(shù)的分

的分類類；掌握數(shù)字圖像處理的特點、方法和主

1.2數(shù)字圖像處理要內(nèi)容；了解數(shù)字圖像處理領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展

的特點動向。

1.3數(shù)字圖像處理重點：數(shù)字圖像處理的特點、方法和主要

的方法和主要內(nèi)容內(nèi)容。

1.4數(shù)字圖像處理難點：數(shù)字圖像處理的特點、方法和主要

領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展動向內(nèi)容。

2.醫(yī)學(xué)圖像處理基

礎(chǔ)

2.1圖像的數(shù)字化

2.2數(shù)字圖像的數(shù)教學(xué)要求：使學(xué)生掌握圖像的基本概念、

值描述圖像的數(shù)字化；了解關(guān)于圖像處理的基礎(chǔ)

2.3數(shù)字圖像的類知識。41、2

重誦;圖像的基本概念、圖像的數(shù)字化。

型

2.4圖像文件格式難點：圖像的數(shù)字化。

2.5灰度直方圖

2.6圖像像素間的

關(guān)系

3.醫(yī)學(xué)圖像的運算教學(xué)要求：使學(xué)生掌握圖像的點運算、代

3.1圖像的點運算數(shù)運算及其幾何運算的方法。

3.2圖像的代數(shù)運重點：圖像的點運算、代數(shù)運算及其幾何

621、2

算運算的方法。

3.3圖像的幾何運難點：圖像的點運算、代數(shù)運算及其幾何

算運算的方法。

4.醫(yī)學(xué)圖像變換教學(xué)要求：使學(xué)生了解機傅里葉變換在圖

4.1傅里葉變換像處理中的意義；重點掌握傅里葉變換在

4.2離散余弦變換圖像處理中的應(yīng)用方法；了解離散余弦變

4.3小波變換換和小波變換的概念和應(yīng)用。

822、3

重點：傅里葉變換在圖像處理中的應(yīng)用方

法。

■點：離散余弦變換和小波變換的概念和

應(yīng)用。

5.醫(yī)學(xué)圖像增強教學(xué)要求：使學(xué)生掌握圖像增強的概念和

5.1直方圖增強方法，包括直方圖增強、圖像平滑、圖像

5.2圖像平滑銳化、偽彩色增強。

822、3

5.3圖像銳化重點：圖像增強的概念和方法。

5.4偽彩色增強難點：直方圖增強、圖像平滑、圖像銳化、

偽彩色增強。

6.醫(yī)學(xué)圖像分割

6.1基于邊界的圖

教學(xué)要求：使學(xué)生掌握基于邊界的圖像分

像分割

割方法；了解閾值分割的方法及其原理。

6.2基于閾值的圖422、3

重點：基于邊界的圖像分割方法。

像分割

難點：閾值分割的方法及其原理。

6.3基于區(qū)域的圖

像分割

7.醫(yī)學(xué)圖像重建和

教學(xué)要求:使學(xué)生掌握醫(yī)學(xué)圖像重建算法；

可視化

重點掌握傅里葉變換在圖像處理中的應(yīng)用

7.1醫(yī)學(xué)圖像重建

方法；了解圖像三維可視化。、

算法423

重點：醫(yī)學(xué)圖像重建算法。

7.2圖像三維可視

難點：圖像三維可視化。

化

8.醫(yī)學(xué)圖像的配準(zhǔn)

與融合

8.1醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)

教學(xué)要求:使學(xué)生了解醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)技術(shù)；

技術(shù)

掌握醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的理論基礎(chǔ)；了解醫(yī)學(xué)

8.2醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)

圖像配準(zhǔn)的主要方法。42、3

的理論基礎(chǔ)

重點：醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的理論基礎(chǔ)。

8.3醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)

難點：醫(yī)學(xué)圖像配準(zhǔn)的主要方法。

的主要方法

8.4醫(yī)學(xué)圖像融合

技術(shù)

合計408

2.實驗部分

實驗部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。

表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學(xué)時

對應(yīng)的課

實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學(xué)時

程目標(biāo)

實驗內(nèi)容：圖像的點運算（線性點運算、

非線性點運算）、圖像的代數(shù)運算（加法

運算、減法運算）、圖像的幾何運算（縮

放、旋轉(zhuǎn)）。

1.圖像的運算21、2、3

實驗要求：熟悉使用MATLAB進(jìn)行數(shù)字

圖像的讀空和顯示；掌握運用點運算進(jìn)行

圖像處理的基本原理;熟悉運用MATLAB

指令進(jìn)行圖像代數(shù)運算和幾何運算。

實驗內(nèi)容：繪制一幅二值圖像，并顯示其

傅里葉幅度譜；設(shè)計頻域理想低通濾波

器，并加以驗證其應(yīng)用效果；對圖像加入

椒鹽噪聲后，實現(xiàn)Butterworth低通濾波;

對圖像進(jìn)行DCT變換。

2.圖像的變換21、2、3

實驗要求：了解圖像的傅里葉變換的原

理；學(xué)會顯示圖像的傅里葉變換頻譜?；學(xué)

會運用理想低通濾波、Butterworih濾波對

圖像進(jìn)行濾波操作；了解圖像的DCT變

換原理和應(yīng)用。

實驗內(nèi)容：直方圖均衡化；圖像的平滑：

圖像的銳化。

3.圖像的增強實驗要求：通過實驗掌握圖像灰度增強的21、2、3

基本方法；學(xué)會根據(jù)圖像的不同情況選用

不同的增強方法。

實驗內(nèi)容：圖像閾值分割，學(xué)會函數(shù)

4.圖像的分割im2b\Vsgraythresh的使用方法;邊緣檢測，21、2、3

分別采用Roberts算子、Sobel、Prewitt%

Canny算子方法來檢測圖像的邊緣，并比

較各種邊緣檢測算子的效果。

實驗要求：利用MATLAB研究圖像分割

的常用算法原理；掌握M/XTLAB圖像域

值分割與邊緣檢測函數(shù)的使用方法；了解

邊緣檢測的算法和用途，比較Sobel>

Pre\viit>Canny等算子邊緣檢測的差異。

合計8

五、教學(xué)方法及手段

本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實驗等教學(xué)手段完成課程教

學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)，學(xué)生比較全面地理解醫(yī)學(xué)圖像處理的基本理論與算法，以基礎(chǔ)知

識的學(xué)習(xí)來奠定學(xué)生扎實的數(shù)字圖像分析技術(shù)的應(yīng)用能力和培養(yǎng)靈活擴(kuò)展的應(yīng)用能力。

在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生基本數(shù)字圖像處理技術(shù)的基

本理論、基本知識和基本技能。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實際動手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思

維。實驗教學(xué)著重講授如何用科學(xué)的手段來完成理論的驗證；如何組織實驗、處理數(shù)據(jù)和分

析實驗現(xiàn)象：介紹常用設(shè)備和儀器的原理、構(gòu)造和使用維護(hù)方法以及綜合實驗內(nèi)容的思路和

方案設(shè)計等。采用教師講授和學(xué)生動手操作的方法；在實驗前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實驗有

關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實驗指導(dǎo)書;在實驗中要嚴(yán)格遵守實驗紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；

實驗結(jié)束后，按規(guī)定對儀器進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)；每完成一項實驗，要認(rèn)真完成一份實驗報告。

六、課程資源

】?推薦教材：

(1)聶生東等.醫(yī)學(xué)圖像處理[M].北京:科學(xué)出版社,2022.

(2)龔聲蓉等.數(shù)字圖像處理與分析(第2版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2019.

2.參考書：

(1)阮秋琦.數(shù)字圖像處理(第4版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2022.

(2)余勝威，吳婷，羅建橋.MatlabGUI設(shè)計入門與實戰(zhàn)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2016.

(3)程遠(yuǎn)航.數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京:清生大學(xué)出版社,2018.

(4)楊丹,趙海濱.MaHab圖像處理實例詳解[M].北京:清華大學(xué)出版社,2013.

3.期刊：

(1)程鋼,張春義，張桓.基于Matlab的在線數(shù)字圖像處理平臺設(shè)訂與開發(fā)[J].河南理工大

學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2017,36(04):55-59.

(2)JunGeunShin,JuWanKim,TaeJoongEom.Frequencydomainzeropaddingfor

accurateautofocusingbasedondigitalholography[J].Journal-KoreanPhysicalSociety,2018,

72(1):57-65.

(3)SarrafzadehM,LaHJ,LeeJY,etal.Microalgaebiomassquantificationbydigital

imageprocessingandRGBcoloranalysis[J].JournalofAppliedPhycology,2014,27(1):1-5.

(4)Soomro,ShoaibR.Ulusoy,Erdem,Urey,Hakan.DecouplingofRealandDigitalContent

inProjection-basedAugmentedRealitySystemsUsingTimeMultiplexedImageCaplure[J].

JournalofImagingScience&Technology,2017,61（1）:10401-10406.

4.網(wǎng)絡(luò)資源：

（1）中國大學(xué)MOOC:數(shù)字圖像處理（武漢大學(xué)），https://ww\/coursc/WH

U-1002332010

（2）西瓜視頻學(xué)堂在線:現(xiàn)代圖像分析（西安電子科技大學(xué)），/68

02809894907937293?logTag=5ab8afb64945beaf9833

（3）西瓜視頻視覺與學(xué)習(xí)青年學(xué)者研討會:醫(yī)學(xué)圖像分割（上海交通大學(xué)等），https://w

/6912305972912325133?logTag=68f42721772ddaHba0f

七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐

課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對

課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。

表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐

考核占課程目標(biāo)

考核/評價細(xì)則

環(huán)節(jié)比123

課

（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂呵1答問題情況進(jìn)行考VV

堂

核，滿分100分。

表10

（）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比

現(xiàn)2442

例計入課程總評成績。

（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告VV

過質(zhì)量單獨評分，滿分100分；

程實（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值

20

性驗作為此環(huán)節(jié)的最終成績。6104

考（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計

核入課程總評成績。

（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點的復(fù)習(xí)、理解和

掌握程度，滿分100分；

作

（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為

業(yè)10

此環(huán)節(jié)的最終成績。

442

（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計

入課程總評成績。

（1）考核形式：大作業(yè)。VV

（2）主要考核醫(yī)學(xué)圖像處理的基礎(chǔ)知識，針對工程

期末問題圖像處理算法的選用、分析與設(shè)計.

60

考核（3）大作業(yè)分值100分，以大作業(yè)成績乘以其在總252510

評成績中所占的比例計入課程總評成績.

合計：100分394318

八、考核與成績評定

L考核方式及成績評定

考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實驗、作業(yè)、期末大作業(yè)等方式對學(xué)生進(jìn)行考

核評價。

考核基本要求：考核總成績由期末大作業(yè)成績和過程性考核成績組成。其中：期末

大作業(yè)成績?yōu)?00分（權(quán)重為60%）,試題類型為針時工程應(yīng)用的醫(yī)學(xué)圖像處理算法設(shè)計，

作、也要求中的基本知識、基本理論不超過50%,綜合分析與應(yīng)用設(shè)計不低于50%：課堂表現(xiàn)、

實驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和大作業(yè)試題分值分

配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。

2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)

過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。

表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)

所占

考核方式比重100^x^9090>x，8080>x^7070>x>60x<60

（%）

筆記完整，積筆記完整，筆記不完

上課不認(rèn)上課不認(rèn)

極參與教學(xué)認(rèn)真參與教整，偶爾參

真，上課不真，上課不

課堂活動,踴躍回學(xué)活動，回與教學(xué)活

25記筆記，偶記筆記，不

表現(xiàn)答問題，準(zhǔn)確答問題準(zhǔn)確動，回答問

爾參與教參與教學(xué)活

率不小于率不小于題準(zhǔn)確率不

學(xué)活動。動。

90%o80%o小于70%o

實驗預(yù)習(xí)認(rèn)

實驗前有預(yù)實驗前有

真，能夠熟實驗前有預(yù)

習(xí)，能夠掌預(yù)習(xí)，不能

練掌握方法習(xí)，基本能沒有^習(xí),