《数字图像处理》课程教学大纲

《数字图像处理》教学大纲课程名称：数字图像处理课程编号：2301英文名称：DigitalImageProcessing学时：48学时 学分：3学分开课学期：第6学期适用专业：数据科学与大数据技术课程类别：理论+实践课课程性质：专业核心课先修课程：Python程序设计、线性代数、高等数学一、课程的性质及任务本课程着重研究数字图像处理的方法，训练学生运用所学基础知识解决实际问题的能力，同时要求拓宽专业知识面。目的是使学生掌握数字图像处理的基本概念、原理和处理方法，掌握数字图像的时域、频域处理方法，掌握图像恢复和压缩的方法，理解图像各种变换（傅里叶变换、余弦变换、哈尔变换、K-L变换）的基本内容、性质与应用，为从事图像通信应用系统的研究、设计和维护工作打下基础。通过对该课程的学习，要求熟悉图像通信系统的构成，掌握静止图像和序列图像编码的基本原理、算法，并能应用到实际图像通信系统的研究和设计中。依据河北工程大学数据科学与大数据专业培养计划，本课程需要培养学生的能力是：能认识到解决问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的解决方案。（毕业要求指标2.3）能运用数据科学与大数据技术的基本原理，借助文献研究，分析过程的影响因素，获得有效结论。（毕业要求指标2.4）在大数据系统设计和开发中能够综合考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等制约因素。（毕业要求指标3.4）二、课程目标与要求2.1课程目标1、了解数字图像处理相关基础知识，熟悉数字图像处理课程中所涉及的工程问题，并掌握将工程问题转化为相应的数学模型的能力。2、熟练掌握从多个视角分析数字图像处理课程中所涉及到的工程问题，提出不同的解决方案，并能够对不同的解决方案进行比较与综合。3、熟练掌握数字图像处理课程中涉及的基本概念，能够就数字图像处理课程中所涉及的工程问题，分析影响数字图像处理效果的主要因素，通过理论分析与实际操作，获得有效结论。4、熟练掌握常用的数字图像处理办法和科学依据，熟悉数字图像处理领域最新参考文献查询方法。通过阅读最新参考文献，并结合数字图像处理的基本概念和科学原理，快速获取数字图像处理领域的新技术和新方法。

数字图像处理课程教学大纲PAGE16PAGE3272.2课程目标与毕业要求对应关系课程目标毕业要求二级指标毕业要求1234●●2-3能认识到解决问题有多种方案可选择，会通过文献研究寻求可替代的解决方案。2.问题分析能力：掌握统计与机器学习的基本方法，能够综合运用数学、自然科学和数据科学的基本原理，对复杂的工程系统，识别问题、描述问题并通过文献研究分析与大数据相关的工程问题，以获得有效结论。●●2-4能运用数据科学与大数据技术的基本原理，借助文献研究，分析过程的影响因素，获得有效结论。2.问题分析能力：掌握统计与机器学习的基本方法，能够综合运用数学、自然科学和数据科学的基本原理，对复杂的工程系统，识别问题、描述问题并通过文献研究分析与大数据相关的工程问题，以获得有效结论。●●3-4在大数据系统设计和开发中能够综合考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等制约因素。3.设计/开发解决方案能力：能够设计出大数据应用领域的复杂工程问题的解决方案，具有数据采集、处理、分析、挖掘的能力，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等多维度协同发展因素。2.3课程目标与培养环节对应矩阵序号课程目标理论教学课内实验课后作业1了解数字图像处理相关基础知识，熟悉数字图像处理课程中所涉及的工程问题，并掌握将工程问题转化为相应的数学模型的能力。HL2熟练掌握从多个视角分析数字图像处理课程中所涉及到的工程问题，提出不同的解决方案，并能够对不同的解决方案进行比较与综合。HL3熟练掌握数字图像处理课程中涉及的基本概念，能够就数字图像处理课程中所涉及的工程问题，分析影响数字图像处理效果的主要因素，通过理论分析与实际操作，获得有效结论。ML4熟练掌握常用的数字图像处理办法和科学依据，熟悉数字图像处理领域最新参考文献查询方法。通过阅读最新参考文献，并结合数字图像处理的基本概念和科学原理，快速获取数字图像处理领域的新技术和新方法。ML注：H表示该能力的在此环节重点培养；M表示该能力在此环节有应用要求；L表示该能力在此环节有所涉及。测控电路课程教学大纲PAGE2PAGE3352.4目标达成度的评价1、课程目标1、2主要通过理论教学环节进行培养，在课后作业中有所涉及。主要通过课堂测试、课后作业和期末考试中概念性、原理性题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。2、课程目标3主要通过理论教学环节、课后作业进行培养，在课内实验有应用要求。目标达成综合以上内容进行评价。3、课程目标4主要通过理论教学环节进行培养。目标达成综合以上内容进行评价。三、教学方法及手段理论教学以课堂讲授为主，面向基础知识的准确、扎实掌握，突出对原理的分析、对方法的总结以及理论体系的完整建立；课程强调学生的自主学习，强调通过自学的方式消化、吸收课程的庞大知识量，并在此基础上举一反三。四、课程的基本内容与教学要求第一章数字图像处理的基本知识[本章教学内容]：1)图象的基本概念2)数字图像的表示3)数字图象处理的发展史及应用4)数字图象处理系统的组成及工作原理[本章教学重点]：数字图像处理所涉及的基本概念连续图像到数字图像的转化过程[本章教学难点]：数字图像处理所涉及的基本概念连续图像到数字图像的转化过程[本章教学目的]：1、掌握光度学和色度学简介。2、掌握连续图像和数字图像的表达式及连续图像到数字图像的转化过程。3、了解数字图像处理系统的组成。第二章图像处理中常用的数学变换[本章教学内容]：1)图像空域变换2)二维离散傅立叶变换,图象的频谱二维离散傅立叶变换的性质3)离散Gabor变换4)小波变换5)K-L变换[本章教学重点]：图像的空域变换，傅里叶变换，K－L变换[本章教学难点]：图像频域变换的编程实现[本章教学目的]：1、掌握图像空域变换2、掌握图像的傅立叶正反变换。3、掌握K－L变换及其在图像处理中的应用。第三章图像增强[本章教学内容]：1)平滑频域滤波器2)锐化频域滤波器3)同态滤波器4)彩色增强：伪彩色增强和假彩色增强[本章教学重点]：图像的空域处理，频域处理，点运算[本章教学难点]：图像处理涉及的编程[本章教学目的]：1、掌握图像的点运算处理（包括灰度拉伸、亮度和对比度增强、直方图均衡和规定）。掌握图像空间域处理（包括空间域的线性、非线性平滑和锐化）。2、掌握图像的频域处理（包括频域低通滤波和高通滤波）。3、掌握图像的伪彩色增强和图像增强在实际中的应用。第四章图像复原[本章教学内容]：1)退化模型2)复原函数的估计3)逆滤波4)维纳滤波5)约束最小平方滤波6)运动模糊与离焦模糊恢复[本章教学重点]：建立图像退化模型，图像复原的几种方法[本章教学难点]：图像复原的代数方法[本章教学目的]：1、掌握图像退化模型的建立。2、掌握图像恢复的代数方法（包括无约束和有约束恢复）。3、掌握图像恢复的频域方法（包括逆滤波、Winner滤波、约束最小平方滤波）。第五章图像编码[本章教学内容]：1）图象压缩的基本概念，数据冗余，压缩比，保真度准则2)Huffman编码，截断Huffman编码，平移Huffman编码3)算术编码4)位平面编码：位平面分解，常数区域编码，行程编码5)预测编码6)变换编码7)图象压缩标准[本章教学重点]：预测编码，变换编码，压缩技术[本章教学难点]：预测编码，变换编码[本章教学目的]：1、掌握图像编码的基础理论。2、掌握一些简单的压缩技术。3、掌握预测编码方法（对应空域方法）。4、掌握变换编码方法（对应变换域方法）。5、了解国际编码标准。第六章图像分割[本章教学内容]：1）阈值分割、区域分割2)边缘检测3)直线检测[本章教学重点]：阈值分割的原理和方法、区域分割的两种方法[本章教学难点]：阈值分割的原理[本章教学目的]：1、掌握阈值分割的原理和方法。2、掌握区域分割的两种方法。3、掌握边缘检测法。4、了解直线检测。第七章图像描述[本章教学内容]：1）边缘描述2)区域描述3)形态学描述[本章教学重点]：曲线拟合、链码描述子、中轴变换、矩描述、腐蚀、膨胀[本章教学难点]：链码描述子、腐蚀膨胀[本章教学目的]：1、掌握边缘描述中曲线拟合、链码描述子。2、掌握区域描述中的中轴变换、矩描述。3、掌握腐蚀、膨胀。第八章数字图像技术应用举例[本章教学内容]：1）在线玻璃口缺陷检测系统2)指纹识别系统3)无线视频监控系统[本章教学重点]：系统组成[本章教学难点]：系统应用[本章教学目的]：1、掌握数字图像处理系统的基本组成。2、通过实例掌握基本应用。五、课程学时分配讲次授课章节内容学时分配讲课实验上机设计其他1第一章数字图像处理的基本知识422第二章图像处理中常用的数学变换423第三章图像增强424第四章图像复原425第五章图像编码426第六章图像分割427第七章图像描述428第八章数字图像技术应用举例42注：实验课由实验教师负责协调安排时间，原则上安排在课堂教学结束后、考试之前一周以上完成。七、课程考核与成绩评定7.1考核方式考核环节包括课程学习过程考核和期末考试，其中课程过程考核占总成绩的40%，分别由课堂表现、课后作业、实验情况进行评定；期末考试成绩占总成绩的60%。各环节的比重如下。考核环节比重合计过程考核（平时成绩）课堂表现20%40%作业20%期末成绩期末测试60%60%总计100%100%7.2考核内容及要求本课程为考试课。考核内容及分值分配如下。考核方式考核内容分值课程目标总分值期末考核70%对数字图像处理基础概念的理解5～15目标1100分对图像处理技术基础概念的理解5～15目标2对数字图像处理基础概念的运用10～20目标1对图像处理技术基础概念的运用10～20目标3个人表现5～15目标4过程考核30%课堂表现课堂测试、出勤情况20目标1、2、3、4课后作业作业完成情况20目标2、3、47.3成绩评定1.课堂表现课堂表现总分20分，由课堂测试与课堂出勤情况评定。其中，课堂测试满分10分，以客观题（填空、选择、判断）为主，每学期随堂测试15~20次，每次测试1~2道题目，每答错一道题目扣0.5分（直到扣满10分为止）；课堂出勤满分10分，缺勤一次扣1分，迟到或请假扣0.5分。2.课后作业课后作业总分20分，由作业完成情况评定。每学期布置作业5次，每次作业占4分，评分标准如下；评分标准分值标准描述课后作业4能够按时认真完成作业、作业态度认真、书写清楚、分析计算正确。3能够按时完成作业、作业态度较好、书写较清楚、分析计算基本正确1能够按时完成作业、作业态度一般、书写不清楚、分析计算错误较多0不交作业或作业态度不认真、抄袭他人作业3.期末考试采用闭卷考试形式进行，期末成绩为百分制，计入总成绩时乘以60%，由教务处安排考试流程，考试内容须覆盖支撑全部毕业要求指标的授课内容，考试完成后在综合教务系统中按照设定的占比系数录入成绩。八、课程评价与持续改进8.1课程评价课程评价周期定为每1年评价一次。设置达成情况目标值，采用成绩分析法进行评价。课程达成评价根据专业课程达成评价方法进行计算，评价结果用于持续改进。负责人组织教师实施课程评价，制定持续改进措施，监督持续改进过程。课程负责人负责撰写课程考核总结报告，实施课程评价持续改进。8.2持续改进1）日常教学：根据学生学习情况，教师采取座谈会、与学生单独交流，及时调整教学方法、进度，做出