《数字图像处理基础》课程教学大纲

课程名称及编号:数字图像处理基础 AU326		学分 / 学时：2/34
主讲教师（姓名、职称）:   周越  副教授	授课语言:   中文
必修/选修: 必修	开课时间: 秋季
适用专业： 自动化、计算机科学、信息工程、软件工程	开课单位：自动化系
授课方式:    课堂教学和课程设计	考核方式:   课程设计
先修课程: 数字信号处理、信号与系统	后修课程 ：
课程简介:  本课程以数字图像处理的基本概念和实用技术为主线，从数字图像处理技术的整体知识框架出发，讲述了基本内容、背景以及相关的基础理论，包括图像信息的基础知识、图像信号分析基础、图像变换、图像增强、图像分割、图像压缩与编码、形态学图像处理等，使学生对图像的基础知识有一个总体认识，能理解基本的图像处理原理，通过教学中设置的课程设计使学生能够应用所学知识解决一些实际的图像处理问题，为进一步学习和研究数字图像处理技术提供引导。
课程培养目标 ： 设置本课程是为了让自动化专业的学生达到以下几个方面的培养目标： 3.3掌握基本的信息获取和处理方法，具有分析相应复杂工程问题的能力 4.2．能根据实验目的确定需要的数据及其精度, 并能够选择合适的手段收集这些数据 5.2．有意愿并能够针对特定解决方案发现问题、提出问题并就改进的可能性进行初步分析 8.2．能够采用合适的方法通过学习发展自身的能力
教学要求：  完成课程学习后，学生将具备以下的能力： 1.  掌握图像处理领域的基础理论知识、技术与能力； 2.  通过课程实践能在实际问题体重发现问题、提炼问题和创新解决问题的能力； 3.  具有团队精神和一定的组织管理能力； 4.      具有一定的国际视野，了解本领域的知识前沿。
撰写者: 周 越                                          发布时间: 2014. 9.

一、课程性质和教学目标

    本课程是专业必修课；

    设置本课程是为了让自动化专业的学生达到以下几个方面的培养目标：

通过学习本课程的基本理论和实践环节培养学生针对实际问题，具有发现、提出与归纳问题的能力；运用所学知识提出与设计解决方案的创新能力；动手实现与分析解释综合问题的能力；以及团队协作的能力；在解决问题过程中能够查阅国内外文献与了解最新技术途径的能力。

 

 二、课程教学内容及学时分配

第一章  绪论 （2学时）

1、学习目的和要求

通过学习了解数字图像处理的任务和作用及发展史，知道数字图像处理的特点，明白本课程的学习方法。

2、课程内容

（1）数字图像处理的分类很特点

（2）数字图像处理内容和方法

（3）数字图像处理系统的组成

（4）数字图像处理应用简介

3、考核知识点和考核要求

（1）识记：数字图像处理内容和方法

（2）领会：数字图像处理学习方法

第二章  数字图像基础（4学时）

1、学习目的和要求

通过本章学习，掌握图像形成基础、图像的感知及图像的数字化问题

2、课程内容

（1）图像的视觉原理（辐射度与光学基础、色度学基础、视觉系统、图像自量评价）；

（2）图像的采样、量化与数据结构（采样定理、采样误差、均匀量化、非均匀量化、一维数组方式、二维数组方式、分层结构方式、树结构方式、多波段图像数据组合结构）；

3、考核知识点和考核要求

（1）识记：辐射度与光学基础、色度学基础、采样定理、二维数组方式、多波段图像数据组合结构

（2）领会：视觉系统、图像自量评价、采样误差、均匀量化、非均匀量化、一维数组方式、分层结构方式、树结构方式

第三章  图像变换（4学时）

1、学习目的和要求

通过本章学习，了解傅立叶变换、拉普拉斯变换、Z变换、离散沃尔什变换、离散哈达玛变换、离散余弦变换、K-L变换等，掌握卷积和快速傅立叶变换（FFT）。

2、课程内容

（1）离散傅立叶变换（一维离散傅立叶变换、二维离散傅立叶变换）；

（2）二维离散傅立叶变换的基本性质（可分离性、平移性、比例尺性质、旋转性质、微分性质、平均值性质）；

（3）离散卷积和离散相关（离散卷积和卷积定理、离散相关和相关定理）

（4）快速傅立叶变换

（7）离散图像变换（离散图像变换的代数表达式、离散沃尔什变换、离散哈达玛变换、离散余弦变换、K-L变换）

3、考核知识点和考核要求

（1）识记：卷积和快速傅立叶变换（FFT）。

（2）领会：离散图像变换的代数表达式。

（3）综合应用：图像变换方法。

第四章 图像增强（4学时）

1、学习目的和要求

通过本章学习，掌握对变劣的图像进行恰当的处理，使处理后的图像更适合于人眼观察或有利于从图像提取信息。

2、课程内容

（1）灰度修改技术（灰度变换、直方图法图像增强、直方图均衡与规整）；

（2）图像平滑（空域低通滤波、频域低通滤波）；

（3）图像锐化（空域高通滤波、频域高通滤波）；

（4）同态滤波；

（5）伪彩色图像处理。

3、考核知识点和考核要求

（1）识记：灰度修改技术；空域低/高通滤波、频域低/高通滤波。

（2）领会：同态滤波和伪彩色图像处理。

（3）综合应用：常见滤波器在图像增强中的应用。

（2）领会：图像退化模型、图像代数复原法。

（3）综合应用：图像几何复原法

第五章  图像压缩编码（4学时）

1、学习目的和要求

通过本章学习，掌握压缩编码基本概念和几种常用的压缩编码方法。

2、课程内容

（1）图像压缩编码概述（压缩编码及分类、压缩编码系统评价）；

（2）统计编码（霍夫曼编码、算术编码、跳过白色块编码、方块编码）；

（3）预测编码（差分脉冲编码调制（DCPM）、自适应预测编码）；

（4）变换编码（变换编码的一半原理、各种变换编码性能比较）；

（5）混合编码（子带编码、小波变换编码、分形基编码）

3、考核知识点和考核要求

（1）识记：条件电位及其计算；氧化还原滴定曲线；；氧化还原指示剂及分类。

（2）领会：氧化还原滴定法的基本原理，碘量法和高锰酸钾法、重铬酸钾法。

（3）综合应用：氧化还原滴定结果计算。

第六章 图像分析基础 (4学时)

1、学习目的和要求

通过本章学习，掌握从图像中提取有用的数据或信息。

2、课程内容

（1）图像分割（门限法、统计门限法、边缘检测）；

（2）图像描述（区域描述、关系描述、相似性描述）；

3、考核知识点和考核要求

（1）识记：门限法图像分割

（2）领会：区域描述、纹理分析

（3）综合应用： 图像分割各种典型方法。

第八章  课程设计（12学时）

1、学习目的和要求

微缩车基于图像信息的自主行进与控制；实际图像处理系统的算法实现。

2、课程内容

（1）基于图像信息的微缩车自主行进与控制；

（2）基于Kinect的微缩车行进与控制

（2）图像拼接；

（3）红外条件下的目标检测与跟踪算法；

（4）基于图像的人疲劳检测；

（5）交通标识的检测与识别；

（6）基于图像处理的商品数量估计；

（7）道路信号灯检测与识别；

3、考核知识点和考核要求

（1）识记：综合使用图像处理的各个知识点。

（2）领会：各个知识点的具体使用方法和实现方法。

（3）综合应用： 完成指定的各项功能。

三、教学方法

    课堂授课与课程设计

四、考核及成绩评定方式                                

    平时成绩 20%  +  课程设计（报告、实验演示和答辩）80%

五、教材及参考书目

     1. 数字图像处理(第三版)：冈萨雷斯,伍兹著,阮秋琦,阮智宇等译. 北京:电子工业出版社,2011.6.

2. 图像工程(上册):图像处理(第3版)，章毓晋编著，清华大学出版社，2005年。

 

大纲撰写人：周越