《数字图像处理》课程教学大纲

《数字图像处理》课程教学大纲一、课程概述课程名称数字图像处理英文名称Digitalimageprocessing课程性质专业选修课课程代码22124024总学时32学时理论24学时+实验8学时学分2开课学期第五学期先修课程高等数学、概率论与数理统计、程序设计基础适用专业计算机科学与技术、网络工程、软件工程专业等开课单位计算机与电气工程学院二、课程简介数字图像处理课程是智能科学与技术、数字媒体技术等专业的专业必修课。主要目标及要求是通过该课程的学习，使学生初步掌握数字图像处理的基本概念、基本原理、基本技术和基本处理方法，了解数字图像的获取、存储、传输、显示等方面的方法、技术及应用，为学习相关的数字媒体、视频媒体和机器视觉等课程，以及今后从事数字媒体、视频媒体、图像处理和计算机视觉等领域的技术研究与系统开发打下坚实的理论与技术基础。三、课程目标课程目标1掌握图像的表示，空间分辨率和灰度级分辨率，图像直方图和直方图均衡。（支撑指标点1.2）课程目标2掌握基于空间平滑滤波的图像增强方法，基于空间锐化滤波的图像增强方法，图像的傅里叶频谱及其特性分析。支撑指标点2.2）课程目标3掌握图像编码模型、霍夫曼编码和变换编码，图像的边缘特征及其检测方法，编程完成机器学习典型应用实例，通过综合实验加深对已学知识的认识，综合应用已学知识。（支撑指标点3.2）四、课程目标对毕业要求指标点的支撑表4-1课程目标对毕业要求指标点的支撑毕业要求毕业要求指标点课程目标1231工程知识1.3能够将计算机中的相关知识和数学模型用于推演、分析计算机应用领域的复杂工程问题；H2问题分析4.2能够针对计算机应用领域的复杂工程问题，根据对象特征，选择研究路线，设计实验方案；H3设计/开发解决方案5.3能够针对具体的对象，开发或选用满足特定需求的现代工具，模拟和预测专业问题，并能够分析其局限性。M注：分别用“H、M、L”对应表示“高、中、低”支撑。五、教学内容、课程思政及实施手段表5-1教学内容与进度要求教学章节教学内容与要求理论学时课程目标第一章绪论教学目的和能力要求：了解图像处理技术研究的基本内容；数字图像处理系统的组成；掌握数数字图像与数字图像处理的概念。教学重点：数字图像与数字图像处理教学难点：数字图像与数字图像处理教学内容：数字图像与数字图像处理；数字图像处理系统的组成；图像处理技术研究的基本内容；图像处理技术的应用领域。31第二章数字图像处理基础教学目的和能力要求：了解电磁波谱与可见光谱和人眼的亮度视觉特性，理解图像文件格式，掌握图像的表示、空间分辨率和灰度级分辨率、图像显示的相关概念和像素间的基本关系。教学重点：图像的表示、图像显示的相关概念和像素间的基本关系教学难点：空间分辨率和灰度级分辨率和图像文件格式教学内容：电磁波谱与可见光谱；人眼的亮度视觉特性；图像的表示；空间分辨率和灰度级分辨率；像素间的关系；图像的显示；图像文件格式。31、2第三章数字图像的基本运算教学目的和能力要求：了解图像的灰度反转和对数变换，理解图像的代数运算和图像的几何运算，掌握灰度图像直方图及其特性。教学重点：灰度图像直方图及其特性教学难点：图像几何运算中的图像缩放教学内容：灰度反转；对数变换；灰度直方图；图像的代数运算；图像的几何运算。31、2第四章空间域图像增强教学目的和能力要求：理解基于点运算的图像增强方法，掌握基于直方图均衡的图像增强方法、基于空间平滑滤波的图像增强方法，以及基于空间锐化滤波的图像增强方法。教学重点：基于直方图均衡的图像增强方法、基于空间平滑滤波的图像增强方法和基于空间锐化滤波的图像增强方法教学难点：基于直方图均衡的图像增强方法教学内容：基于点运算的图像增强方法；基于直方图的图像增强方法；基于空间平滑滤波的图像增强方法；基于空间锐化滤波的图像增强方法62、3第五章频率域图像处理教学目的和能力要求：了解带阻滤波和带通滤波，理解基于频率域的图像噪声消除（频率域低通滤波）、基于频率域的图像增强（频率域高通滤波）、二维离散傅里叶变换及其重要性质，掌握图像傅里叶变换的频谱特性和图像傅里叶变换的意义。教学重点：二维离散傅里叶变换、傅里叶变换的频谱特性和图像傅里叶变换的意义教学难点：二维离散傅里叶变换和傅里叶变换的频谱特性教学内容：二维离散傅里叶变换；频率域图像处理的基本实现思路；基于频率域的图像噪声消除（频率域低通滤波）；基于频率域的图像增强（频率域高通滤波）；带阻滤波和带通滤波。32、3第六章图像恢复教学目的和能力要求：了解常见退化现象的物理模型和图像退化模型的表示，理解图像噪声与被噪声污染图像的恢复、图像几何失真的校正。教学重点：常见退化现象的物理模型、图像退化模型的表示和图像几何失真的校正教学难点：图像几何失真的校正教学内容：图像的退化模型；图像噪声与被噪声污染图像的恢复；几何失真的校正。32、3第七章图像压缩编码教学目的和能力要求：了解位平面编码和游程编码方法，理解DCT变换方法，掌握数字图像压缩编码基础知识（图像压缩概念、客观保真度准则和图像编码模型）、霍夫曼编码方法、变换编码方法。教学重点：DCT变换、数字图像压缩编码基础、霍夫曼编码方法、位平面编码和变换编码教学难点：DCT变换和变换编码教学内容：DCT变换；数字图像压缩编码基础；几种最基本的变长编码方法；位平面编码；游程编码；变换编码；图像质量评价。32、3表5-2实验/上机部分教学内容与进度要求序号实验/上机项目实验内容与方法实验类型学时必做/选做课程目标1数字图像的基本运算图像基本运算实验验证性2必做12空间域图像增强基于点运算、直方图的图像增强实验验证性2必做23空间域图像增强基于空间平滑滤波、锐化滤波的图像增强实验验证性2必做24频率域图像处理频率域低通、高通滤波实验验证性2必做2表5-3课程实施手段序号采用手段具体目标1以课堂教学为主，理论教学、课堂提问与课后作业相结合强化学生工程观点的建立和工程分析能力的培养2课堂教学采用多媒体课件、电子教案、传统教学方法和线上教学辅助结合提高效率，增强教学的直观性和课堂教学的信息量3采用启发式教学，通过提出问题，让学生自主学习、自主解答的模式进行让学生自主查阅资料、研究分析，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力六、课程思政表6-1课程思政内容课程思政教学内容=1\*GB3①诚信：认真付出，努力做事，坚持科学观和实事求是精神。=2\*GB3②友善：保持平和、宽容的心去对人做事，团结协作，尊长爱幼。=3\*GB3③爱岗：富有不断学习和探索进取的工作态度，热爱本专业。=4\*GB3④敬业：做事可以吃苦耐劳，工作能够精益求精。=5\*GB3⑤其它：科学发展观及积极向上的人生观。表6-2课程思政具体案例序号所属章节/案例名称案例教学目标思政元素1第1章第1讲数字图像处理基础及应用现状分析能够结合数字图像处理发展历史、应用特点和发展趋势，熟悉数字图像处理的基本术语、数字图像处理系统的组成。诚信、爱岗：布置学习任务，要求学生诚实守信完成；培养学生对数字图像处理领域的兴趣和爱好，体验数字图像处理的强大和便利，鼓励学生在该领域探索进取，热爱本专业。2第4章第1讲空间域图像增强通过学习基于直方图均衡的图像增强方法、基于空间平滑滤波的图像增强方法，可以提升图像的视觉感知质量。培养学生考虑工程与环境因素：通过使用不同数字图像算法实现图像增强，让学生清楚数字图像算法实施时应用环境因素的影响，能够因地制宜，因势利导，设计适应具体应用环境的数字图像处理算法。3第6章第1讲图像恢复通过学习图像退化模型的表示，理解图像噪声与被噪声污染图像的恢复，可以提升低质量图像的清晰度。友善、敬业：通过图像恢复在图像噪声与被噪声污染图像的恢复之间的作用，介绍数字图像处理在生活领域的应用，培养学生友爱、宽容的心，鼓励学生认真学习数字图像处理知识，用所学知识为社会发展做贡献。4第7章第1讲图像压缩编码通过学习DCT变换、数字图像压缩编码基础、霍夫曼编码方法，可以实现图像压缩，节省存储空间。培养学生的科学发展观：通过数字图像处理技术在现实生活中的应用，使学生理解科技发展给人类生活和发展带来的便利，理解科学是第一生产力的强大含义；引导学生了解当前国际国内机器学习行业发展状况，鼓励学生探索并从事机器学习领域的工作。七、考核及成绩评定（1）考核方法本课程考核采用平时成绩+实验成绩+期末考试的综合考核方式，即：总成绩=平时成绩*30%+实验成绩*20%+期末考试成绩*50%平时成绩根据作业完成情况、课堂测试、点名签到、课堂回答情况等综合打分。各考核环节及权重如表7-1所示。表7-1考核环节及权重表课程目标支撑毕业要求评价方式及成绩比例（%)成绩比例（%）平时测试课后作业平时表现实验考试课程目标1指标点1.35321020课程目标2指标点4.25734055课程目标3指标点5.352025合计1010102050100（2）考核内容及评价标准=1\*GB3①实验成绩：占总成绩的20%。分为四次实验，包括三次验证性实验（各占实验成绩20%），和一次综合性实验（占实验成绩40%）；每次评分施行百分制，评分内容包括到课、课堂表现、实际操作和实验报告，评分标准如表7-2所示。表7-2实验考核方案及评价标准课程目标考核内容优秀良好中等及格不及格课程目标1数字图像的基本运算实验操作步骤正确，实验报告完整（包括实验预习、数据处理分析）实验操作步骤较正确、实验预习较完整、准确，数据处理及讨论较正确实验操作步骤基本正确、实验预习基本完整、准确，数据处理及讨论基本正确实验操作步骤不够正确实验预习不够完整、准确，数据处理及讨论不够正确不做实验、不交实验报告课程目标2空间域图像增强课程目标3频率域图像增强=2\*GB3②期末考试：占总成绩50%。闭卷考试，考试时间120分钟，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分，考试范围包括所有课程目标。具体考试时间安排在理论课结束后一周进行。=3\*GB3③课堂测试：占总成绩的10%。通过课堂提问进行测试。同时结合随机点名考勤和互动，每名学生不少于5次，每缺一次扣2%，扣完10%为止，无故缺勤5次以上者取消本门课程的考核资格。表7-3作业评价标准考核内容优秀（90-100分）良好（80-89分）中等（70-79分）及格（60-69分）不及格（60分以下）作业按时足量提交，90%以上的概念与计算正确，方案合理，书写清晰、规范按时足量提交，80%以上的概念与计算正确，方案较合理，书写比较清晰、规范缺量提交，70%以上的概念与计算正确，方案基本合理，书写基本清晰、规范补交，60%以上的概念与计算正确，方案不够合理，书写不够清晰、规范不交作业=4\*GB3④课后作业：占总成绩的10%。本门课程每章均布置作业，布置次数不低于4次，每次作业的占比均分，根据学生作业是否按时上交、是否独立完成以及作业完成准确性与可读性评分。作业具体评分标准如表7-3所示。=5\*GB3⑤按照工程教育认证标准和学校人才培养要求，考核以学生能力是否有效达成为基准。eq\o\ac(○,6)考核周期为一个学年。为使评价结果尽快反馈给各个教学环节，促使各个教学环节尽快改进，保证教学效果的快速提升，课程考核成绩评价每学年进行1次。eq\o\ac(○,7)考核依据《计算机与电气工程学院课程目标达成评价实施办法》文件进行。八、课程质量评价和持续改进课程结束后由课程责任人以定量和定性评价方法，针对具体课程目标形成文字或图表形式的报告，针对学生个体和整体的学习成果评价并对相关问题进行分析；同时纳入课程目标所支撑的毕业能力要求达成的相关性分析；对以上各薄弱环节进行原因分析，提供持续改进建议，并由学院教学指导委员会进行审核。针对学生个体和整体的课程目标评价方法如下：1、课程考核成绩算分评价法：课程目标达成度算分评价法是以参加课程学习的所有学生获得课程成绩为样本，对支撑毕业要求中各个指标点对应的课程目标进行达成情况评价，要由任课教师、课程负责人进行评价。课程目标达成情况评价值计算按下面公式进行：课程目标达成评价值QUOTEi=1kDiZi上式中是该课程目标评价环节数，评价环节有平时过程考核、课后作业、大作业、实验、期末考试等（具体的依据考核审核表确定）;是第𝑖个评价方式的总分值，𝐷𝑖是为学生在第𝑖个评价方式上的得分，𝑃𝑖是第𝑖个评价方式在该课程目