《数字图像处理》教学大纲

《数字图像处理》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：06140781课程性质：专业必修课学分：3.5学分学时：56学时（理论48学时，实验8学时）先修课程：信号与系统、数字信号处理等后续课程：无适用专业：光电信息科学与工程开课单位：电子信息工程学院一、课程说明《数字图像处理》是光电信息科学与工程本科学生的一门专业必修课程。主要研究数字图像处理的基本概念、原理和方法，初步运用所学知识解决实际问题，为图像处理及相关领域的研究打下基础。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握数字图像处理的基本原理和概念，以及图像变换、图像增强、图像恢复、图像压缩等基本技术。熟悉数字图像处理的常用算法，并能够正确地选择和应用这些算法以解决实际问题。具备使用数字图像处理工具和软件进行图像处理的能力，能够使用这些工具进行图像的处理、分析和模拟。课程目标2：能够理解和应用数字图像处理的基本原理和概念，包括数字图像的表示与获取、图像增强与恢复、图像压缩与编码等内容。能够掌握数字图像处理的基本技术和方法，并能够独立应用相关工具和软件进行图像处理实验和算法实现。通过文献研究和实践探索，能够选择适当的算法和技术来解决实际的图像处理问题，能够进行科学的实验和数据分析。课程目标3：培养动手实践的能力，能够运用数字图像处理常用工具和软件进行图像处理实验和项目实施，并提出创新性的解决方案。能够认识到数字图像处理技术对社会和个体生活的影响，培养积极、健康的科技伦理意识，使其具备科学、人文、社会发展的思维方式和责任感。三、课程目标与毕业要求《数字图像处理》课程教学目标对光电信息科学与工程专业毕业要求的支撑见表1。

表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3具有解决光电信息领域工程问题所需的专业知识，并能够综合应用相关知识解决复杂光电信息工程问题。课程目标1：掌握数字图像处理的基本原理和概念，以及图像变换、图像增强、图像恢复、图像压缩等基本技术。熟悉数字图像处理的常用算法，并能够正确地选择和应用这些算法以解决实际问题。具备使用数字图像处理工具和软件进行图像处理的能力，能够使用这些工具进行图像的处理、分析和模拟。H2.问题分析2.3能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，并通过文献研究，证实问题分析的合理性。课程目标2：能够理解和应用数字图像处理的基本原理和概念，包括数字图像的表示与获取、图像增强与恢复、图像压缩与编码等内容。能够掌握数字图像处理的基本技术和方法，并能够独立应用相关工具和软件进行图像处理实验和算法实现。通过文献研究和实践探索，能够选择适当的算法和技术来解决实际的图像处理问题，能够进行科学的实验和数据分析。M6.工程与社会6.2能够认识和评价光电类产品、技术的开发和应用及复杂光电信息工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响。课程目标3：培养动手实践的能力，能够运用数字图像处理常用工具和软件进行图像处理实验和项目实施，并提出创新性的解决方案。能够认识到数字图像处理技术对社会和个体生活的影响，培养积极、健康的科技伦理意识，使其具备科学、人文、社会发展的思维方式和责任感。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1.绪论1.1图像的概念、分类、表示方法1.2人类的视觉现象及特点1.3图像质量的评价方法1.4数字图像处理概述教学要求：了解数字图像、模拟图像的概念、模拟图像数字化的过程；熟悉数字图像处理的研究内容；掌握数字图像的表示方法。重点：数字图像处理的研究内容；数字图像的表示方法。重点：数字图像的表示方法。412.Matlab图像处理工具箱2.1Matlab简介2.2Matlab常用的基本命令2.3图像处理工具箱简介2.4Matlab中的图像类型及类型转换2.5图像文件的读写、查询、显示、存储教学要求：了解Matlab的使用范围，Matlab中图像类型以及各类型转换；掌握Matlab常用的基本命令；熟练掌握利用Matlab软件实现图像的读取、查询、显示、存储。重点：Matlab常用的基本命令，Matlab中的图像类型及类型转换，图像文件的读取、查询、显示、存储。难点：Matlab中的图像类型及类型转换。821、33.图像变换3.1图像代数运算3.2傅里叶变换及离散傅里叶变换的Matlab实现3.3离散余弦变换及Matlab实现3.4沃尔什变换和哈达玛变换及Matlab实现3.5小波变换及Matlab实现教学要求：掌握图像代数运算；掌握图像空频域变换的概念，频域表示的优点；理解傅里叶变换、离散余弦变换的基本原理；了解沃尔什变换、哈达玛变换和小波变换的应用。重点：傅里叶变换及离散傅里叶变换的Matlab实现，离散余弦变换及Matlab实现。难点：傅里叶变换及离散傅里叶变换的Matlab实现，离散余弦变换及Matlab实现，小波变换及Matlab实现。1021、2、34.图像增强4.1图像灰度变换及Matlab实现4.2图像直方图修正法及Matlab实现4.3图像空域的平滑及Matlab实现4.4图像空域锐化及Matlab实现4.5图像频率域增强及Matlab实现4.6图像彩色增强及Matlab实现教学要求：通过图像增强技术的学习，能够对数字图像进行灰度级变化，实现空频域的滤波，达到对图像进行锐化、平滑或其他增强的目的。重点：图像直方图修正法及Matlab实现；图像空域的平滑及Matlab实现；图像空域锐化及Matlab实现。难点：图像直方图修正法及Matlab实现；图像频率域增强及Matlab实现。1021、2、35.图像复原5.1退化的数字模型5.2代数恢复方法5.3无约束复原5.4约束最小二乘复原及Matlab实现5.5逆滤波恢复法5.6维纳滤波复原及Matlab实现教学要求：掌握图像退化的模型，理解几种图像复原方法的原理，能够利用Matlab编程实现无约束复原、逆滤波复原及维纳滤波复原等，为更复杂退化图像的复原打下基础。重点：退化的数字模型。代数恢复方法。维纳滤波复原及Matlab实现。难点：维纳滤波复原及Matlab实现。821、2、36.图像编码与压缩6.1图像压缩和数据冗余6.2图像压缩编码技术及标准6.3介绍几种图像思想（如统计编码中的行程编码、霍夫曼编码等；预测编码的最佳线性编码等）教学要求：理解图像编码与压缩的基本概念和原理。掌握常见的图像压缩编码技术及标准。了解几种图像编码理念。重点：图像压缩和数据冗余。图像压缩编码技术及标准。难点：图像编码思想。81、2、3合计4882.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.Matlab数字图像处理初步实验内容：Matlab数字图像处理初步知识。实验要求：熟悉并掌握在Matlab中能够处理哪些格式的图像，熟练掌握在Matlab中如何读取图像，以及获取图像的大小、颜色、高度、宽度等信息，掌握在Matlab中按照指定要求存储一幅图像的方法，掌握图像间如何转化。21、32.图像的代数运算实验内容：图像的算术运算在数字图像处理中的初步应用。实验要求：学习了解图像的算术运算在数字图像处理中的应用。体会图像算术运算处理的过程和处理前后图像的变化。21、2、33.图像增强——灰度变换实验内容：图像增强——灰度变换的方法。实验要求：了解图像增强的目的及意义，加深对图像增强的感性认识，巩固所学理论知识。学会分析图像直方图。掌握直接灰度变换的图像增强方法。22、34.图像的傅里叶变换和频域滤波实验内容：图像的傅里叶变换和频域滤波。实验要求：熟悉傅里叶变换的基本性质，熟练掌握FFT变换方法及应用。学会使用Matlab对图像作滤波处理，掌握滤波算法，体会滤波效果。掌握频域滤波的概念及方法，掌握如何利用傅里叶变换进行频域滤波，熟练掌握频域空间的各类滤波器，能够利用Matlab进行频域滤波。22、3合计8五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，采用启发式、讨论式、案例、实验等教学手段，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；以“少而精”为原则，精选教学内容，精讲多练，巩固课堂所学知识。实验教学着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证；如何组织实验、处理数据和分析实验现象；采用教师讲授和学生动手操作的方法；在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材：（1）王慧琴.数字图像处理与应用（MATLAB版）[M].北京:人民邮电出版社,2019．（2）龚声蓉.数字图像处理与分析（第2版）[M].北京:清华大学出版社,2014．2.参考书：（1）余胜威.MatlabGUI设计入门与实战[M].北京:清华大学出版社,2016．（2）程远航.数字图像处理基础及应用[M].北京:清华大学出版社,2018．（3）吴娱.数字图像处理[M].北京:北京邮电大学出版社,2017．3.期刊：（1）计算机学报,中国计算机学会,中国科学院计算技术研究所.（2）中国激光,中国科学院上海光学精密机械研究所,中国光学学会.（3）计算机工程与应用,华北计算技术研究所（4）红外与激光工程,天津津航技术物理研究所（5）IEEETransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligence,IEEE.4.网络资源：（1）中国大学MOOC，/course/WHU-1002332010?tid=1461055442（2）中国大学MOOC，/course/WHUT-1003535158?tid=1450228481七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现16（1）根据参与教学活动和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√844实验12（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√462作业12（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√642期末考核60（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核数字图像处理的基本原理和概念，以及图像变换、图像增强、图像恢复、图像压缩编码等基本技术及常用算法。（3）考试题型为：选择题、填空题、简答题和综合应用题等。√√√282210合计：100分463618八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、实验、作业、期末考试等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重60%），试题类型为选择题、填空题、简答题和综合应用题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；课堂表现、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现40积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，偶尔参与教学活动。上课不认真，不参与教学活动。实验30实验预习认真，能够熟练掌握方法与步骤，实验操作过程熟练、规范，遵规守纪、团结协作，实验结果详