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《数字图像处理》课程教学大纲
课程编码: |
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课程名称: |
数字图像处理 |
课程英文名称: |
Digital Image Processing
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先修课程: |
程序设计语言、数字信号处理 |
适用专业: |
电子信息工程 |
总学时:64 |
讲课学时:52 |
实验学时:12 |
上机学时:0 |
总学分:3 |
制订单位 |
信息与电气工程学院 |
制订时间:2006.6 |
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一、课程的性质和目的
数字图像处理是电子信息工程专业的一门专业基础课,是一门多学科交叉的边缘学科。
学生通过数字图像处理的学习,能掌握图像处理的基本理论、概念、方法和技术,了解本领域最新的成果和发展动态;了解交叉学科的特点,培养严谨的治学态度,启迪创新思路和意识,通过实验锻炼动手实践能力;通过本课程学习,使学生打下一个较坚实的基础,为后续课程的学习作好铺垫,为以后从事本领域或相关领域工作、深造、研究作好准备。
二、课程的基本要求
通过本课程的教学,要求学生掌握图像处理的基本理论、概念、方法和技术,包括图像的数学表征、变换、增强、复原、压缩编码、分割、描述等内容。配合实验,使学生能用高级语言以及基于DSP的实验系统,实现一些基本算法和思路进行图像处理,进一步巩固所学知识;了解本领域最新的成果和发展动态,了解交叉学科的特点,培养严谨的治学态度,启迪创新思路和意识。
三、课程内容与要求
第一章 绪论 (4学时)
1、学习目的和要求
通过本章学习,了解图像工程的相关学科和领域、以及它的发展历史和现状;掌握图像处理系统的总体构成以及各部分的任务,明白本课程的学习内容和方法。
2、课程内容
(1)发展历史和现状;
(2)相关学科和领域;
(3)基本成像原理
(4)图像处理和分析系统;
(5)本课程的学习内容和方法。
3、考核知识点和考核要求
(1)识记:发展历史和现状、相关学科和领域;
(2)领会:基本成像原理、图像处理和分析系统构成。
第二章 图像变换(12学时)
1、学习目的和要求
通过本章学习,掌握空域变换、傅立叶变换和性质,掌握快速傅立叶变换的原理和方法,离散Gabor变换,以及PCA变换的原理和方法;熟悉离散余弦变换及其快速算法,了解小波变换以及图像变换的应用。
2、课程内容
(1)空域变换,包括代数运算和几何运算;
(2)傅立叶变换和性质、快速傅立叶变换的原理和方法;
(3)离散Gabor变换的原理和方法;
(4)小波变换的原理和方法;
(5)PCA变换的原理和特点;
(6)离散余弦变换等其他几种可分离变换,以及应用
3、考核知识点和考核要求
(1)识记:小波变换、其他的几种可分离变换。
(2)领会:几种典型变换的的原理和特点。
(3)综合应用:FT及其性质、FFT的原理和方法。
第三章 图像增强(8学时)
1、学习目的和要求
通过本章学习,掌握灰度增强、图像平滑、图像锐化等基本概念、原理和实现的方法;理解振铃现象的成因和表现;了解伪彩色增强技术。
2、课程内容
(1)灰度增强,包括直方图均衡化和直方图规定化、灰度的线性和非线性变换;
(2)图像平滑,如邻域平均法、Gauss平滑、中值滤波等;
(3)图像锐化,如梯度算子法、频域高通滤波器法,振铃现象的成因和表现。
(4)伪彩色增强
3、考核知识点和考核要求
(1)识记:灰度的线性和非线性变换,振铃现象的成因和表现、彩色增强技术。
(2)领会:直方图均衡化和直方图规定化、图像平滑和锐化。
(3)综合应用:直方图增强、各种平滑和锐化算子。
第四章 图像复原 (8学时)
1、学习目的和要求
通过本章学习,掌握图像退化的数学模型、维纳滤波和有约束最小平方滤波;熟悉运动模糊和离焦模糊的复原方法;了解退化模型的对角化处理以及逆滤波。
2、课程内容
(1)图像退化的数学模型,包括空域表达和频域表达,重点是运动模糊和离焦模糊退化模型;
(2)退化模型的对角化处理;逆滤波;
(3)维纳滤波和有约束最小平方恢复;
(4)运动模糊和离焦模糊的复原。
3、考核知识点和考核要求
(1)识记:退化模型的对角化处理以及逆滤波。
(2)领会:运动模糊和离焦模糊的恢复。
(3)综合应用:维纳滤波和有约束最小平方恢复。
第五章 图像压缩编码(6学时)
1、学习目的和要求
通过本章学习,理解编码实现图像压缩的原理;掌握几种简单的编码方法;了解图像编码系统构成以及编码标准。
2、课程内容
(1)图像压缩的原理和编码系统的构成;
(2)几种简单的编码方法(哈夫曼编码、算术编码、游程编码、LZW编码等);
(3)预测编码、变换编码;
(4)其他编码方式、标准介绍。
3、考核知识点和考核要求
(1)识记:图像编码系统构成以及压缩标准。
(2)领会:图像压缩的原理。
(3)综合应用:哈夫曼编码、变换编码、预测编码等几种编码方法。
第六章 图像分割 (8学时)
1、学习目的和要求
通过本章学习,掌握灰度阈值分割法、边缘检测分割法、直线检测;熟悉哈夫变换的原理和应用、区域生长法;了解分裂合并、模板匹配等方法。
2、课程内容
(1)灰度阈值分割法原理以及几种典型的选取阈值的方法;
(2)边缘检测分割法思想以及几种常用的检测算子,如Log算子,Sobel算子,拉氏算子等;
(3)基于区域的分割方法,如分裂合并、区域生长等;
(4)直线检测方法,包括哈夫变换的原理,模板匹配。
3、考核知识点和考核要求
(1)识记:模板匹配、分裂合并、区域生长等几种分割方法。
(2)领会:灰度阈值分割法原理、边缘检测分割法思想以及哈夫变换的原理和应用。
(3)综合应用:双峰阈值分割、最大方差阈值分割;用Log、Sobel等几种边缘检测算子检测边缘实现分割。
第七章 图像描述(6学时)
1、学习目的和要求
通过本章学习,掌握链码、四叉树、骨架等几种表达方法,掌握傅立叶描述子、矩的描述方法;熟悉简单描述符、拓扑描述方法;了解形态学方法。
2、课程内容
(1)边缘描述(简单描述符、傅立叶描述子、链码);
(2)区域描述(四叉树、骨架、矩等);
(3)形态学方法。
3、考核知识点和考核要求
(1)识记:形态学方法。
(2)领会:简单描述符、拓扑描述方法。
(3)综合应用: 链码、四叉树、骨架等几种表达方法;傅立叶描述子、矩的描述方法。
四、 理论教学学时分配
章 |
讲 课 内 容 |
学时 |
一 |
绪论 |
4 |
二 |
图像变换 |
12 |
三 |
图像增强 |
8 |
四 |
图像复原 |
8 |
五 |
图像压缩编码 |
6 |
六 |
图像分割 |
8 |
七 |
图像描述 |
6 |
总计 |
|
52 |
五、 实验名称与学时安排
实验教学共12学时,其中验证性实验8学时,综合性实验4学时,设计创新性实验6学(选做),具体安排如下表。
实验名称与学时安排表
序号 |
实验项目 |
学时数 |
内容与要求 |
实验属性 |
必开 |
选开 |
1 |
试验平台了解和视频驱动程序应用 |
2 |
了解DSP图像处理试验箱的硬件构成、编程即编译环境,其驱动程序以及其应用等 |
验证 |
√ |
|
2 |
图像(视频)取反及二值化 |
2 |
掌握图像取反的原理和实现方法;掌握图像二值化的原理和实现方法。 |
验证 |
√ |
|
3 |
直方图统计及灰度变换 |
2 |
掌握直方图的基本原理和方法;掌握图像灰度变换的原理和算法。 |
验证 |
√ |
|
4 |
模板卷积和边缘检测 |
2 |
掌握模板卷积的基本原理;用模板卷积的方法实现边缘检测。 |
验证 |
√ |
|
5 |
模糊图像恢复 |
4 |
掌握图像退化模型;对一幅原始图像,采用给定的退化函数,仿真产生模糊图像;用维纳滤波法,选用不同的参数恢复图像,并进行分析比较,得出最理想的恢复图像。 |
综合
|
√ |
|
6 |
消除光照不均匀及物体标记 |
6 |
理解成像模型和机理;对图像用大尺度的低通滤波器滤波以提取光照背景信息;图像减影运算消除图像中的光照不均匀;对图像做增强处理;图像二值化;滤波消噪;物体标记 |
设计创新 |
|
√
|
六、 教材及参考书
教 材:曹茂永等,数字图像处理,北京大学出版社, 2007
章毓晋主编,图像处理和分析(第2版),清华大学出版社,1999
刘文耀等主编,光电图像处理,电子工业出版社,2002
参考书:朱志刚等译,数字图像处理, 电子工业出版社,1998
Rafael C. Gonzalez, Digital Image Processing,电子工业出版社,2002
罗述谦,周果宏,医学图像处理与分析,科学出版社,2003
学习文档 http://www.xuecan.net/wenku/