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《數字圖像處理》課程教學大綱
 

課程編碼：			課程名稱：	數字圖像處理
課程英文名稱：	Digital Image Processing
先修課程：	程序設計語言、數字信號處理		適用專業：	電子信息工程
總學時：64	講課學時：52	實驗學時：12		上機學時：0	總學分：3
制訂單位	信息與電氣工程學院			制訂時間：2006.6

 
一、課程的性質和目的
數字圖像處理是電子信息工程專業的一門專業基礎課，是一門多學科交叉的邊緣學科。
學生通過數字圖像處理的學習，能掌握圖像處理的基本理論、概念、方法和技術，了解本領域最新的成果和發展動態；了解交叉學科的特點，培養嚴謹的治學態度，啟迪創新思路和意識，通過實驗鍛煉動手實踐能力；通過本課程學習，使學生打下一個較堅實的基礎，為后續課程的學習作好鋪墊，為以后從事本領域或相關領域工作、深造、研究作好準備。
 
二、課程的基本要求
通過本課程的教學，要求學生掌握圖像處理的基本理論、概念、方法和技術，包括圖像的數學表征、變換、增強、復原、壓縮編碼、分割、描述等內容。配合實驗，使學生能用高級語言以及基于DSP的實驗系統，實現一些基本算法和思路進行圖像處理，進一步鞏固所學知識；了解本領域最新的成果和發展動態，了解交叉學科的特點，培養嚴謹的治學態度，啟迪創新思路和意識。
 
三、課程內容與要求
第一章  緒論 （4學時）
1、學習目的和要求
通過本章學習，了解圖像工程的相關學科和領域、以及它的發展歷史和現狀；掌握圖像處理系統的總體構成以及各部分的任務，明白本課程的學習內容和方法。
2、課程內容
（1）發展歷史和現狀；
（2）相關學科和領域；
（3）基本成像原理
（4）圖像處理和分析系統；
（5）本課程的學習內容和方法。
3、考核知識點和考核要求
（1）識記：發展歷史和現狀、相關學科和領域；
（2）領會：基本成像原理、圖像處理和分析系統構成。
 
第二章  圖像變換（12學時）
1、學習目的和要求
通過本章學習，掌握空域變換、傅立葉變換和性質，掌握快速傅立葉變換的原理和方法，離散Gabor變換，以及PCA變換的原理和方法；熟悉離散余弦變換及其快速算法，了解小波變換以及圖像變換的應用。
2、課程內容
（1）空域變換，包括代數運算和幾何運算；
（2）傅立葉變換和性質、快速傅立葉變換的原理和方法；
（3）離散Gabor變換的原理和方法；
（4）小波變換的原理和方法；
（5）PCA變換的原理和特點；
（6）離散余弦變換等其他幾種可分離變換，以及應用
3、考核知識點和考核要求
（1）識記：小波變換、其他的幾種可分離變換。
（2）領會：幾種典型變換的的原理和特點。
（3）綜合應用：FT及其性質、FFT的原理和方法。
 
第三章 圖像增強（8學時）
1、學習目的和要求
通過本章學習，掌握灰度增強、圖像平滑、圖像銳化等基本概念、原理和實現的方法；理解振鈴現象的成因和表現；了解偽彩色增強技術。
2、課程內容
（1）灰度增強，包括直方圖均衡化和直方圖規定化、灰度的線性和非線性變換；
（2）圖像平滑，如鄰域平均法、Gauss平滑、中值濾波等；
（3）圖像銳化，如梯度算子法、頻域高通濾波器法，振鈴現象的成因和表現。
（4）偽彩色增強
3、考核知識點和考核要求
（1）識記：灰度的線性和非線性變換，振鈴現象的成因和表現、彩色增強技術。
（2）領會：直方圖均衡化和直方圖規定化、圖像平滑和銳化。
（3）綜合應用：直方圖增強、各種平滑和銳化算子。
 
第四章  圖像復原 （8學時）
1、學習目的和要求
通過本章學習，掌握圖像退化的數學模型、維納濾波和有約束最小平方濾波；熟悉運動模糊和離焦模糊的復原方法；了解退化模型的對角化處理以及逆濾波。
2、課程內容
（1）圖像退化的數學模型，包括空域表達和頻域表達，重點是運動模糊和離焦模糊退化模型；
（2）退化模型的對角化處理；逆濾波；
（3）維納濾波和有約束最小平方恢復；
（4）運動模糊和離焦模糊的復原。
3、考核知識點和考核要求
（1）識記：退化模型的對角化處理以及逆濾波。
（2）領會：運動模糊和離焦模糊的恢復。
（3）綜合應用：維納濾波和有約束最小平方恢復。
 
第五章  圖像壓縮編碼（6學時）
1、學習目的和要求
通過本章學習，理解編碼實現圖像壓縮的原理；掌握幾種簡單的編碼方法；了解圖像編碼系統構成以及編碼標準。
2、課程內容
（1）圖像壓縮的原理和編碼系統的構成；
（2）幾種簡單的編碼方法（哈夫曼編碼、算術編碼、游程編碼、LZW編碼等）；
（3）預測編碼、變換編碼；
（4）其他編碼方式、標準介紹。
3、考核知識點和考核要求
（1）識記：圖像編碼系統構成以及壓縮標準。
（2）領會：圖像壓縮的原理。
（3）綜合應用：哈夫曼編碼、變換編碼、預測編碼等幾種編碼方法。
 
第六章 圖像分割 (8學時)
1、學習目的和要求
通過本章學習，掌握灰度閾值分割法、邊緣檢測分割法、直線檢測；熟悉哈夫變換的原理和應用、區域生長法；了解分裂合并、模板匹配等方法。
2、課程內容
（1）灰度閾值分割法原理以及幾種典型的選取閾值的方法；
（2）邊緣檢測分割法思想以及幾種常用的檢測算子，如Log算子，Sobel算子，拉氏算子等；
（3）基于區域的分割方法，如分裂合并、區域生長等；
（4）直線檢測方法，包括哈夫變換的原理，模板匹配。
3、考核知識點和考核要求
（1）識記：模板匹配、分裂合并、區域生長等幾種分割方法。
（2）領會：灰度閾值分割法原理、邊緣檢測分割法思想以及哈夫變換的原理和應用。
（3）綜合應用：雙峰閾值分割、最大方差閾值分割；用Log、Sobel等幾種邊緣檢測算子檢測邊緣實現分割。
第七章  圖像描述（6學時）
1、學習目的和要求
通過本章學習，掌握鏈碼、四叉樹、骨架等幾種表達方法，掌握傅立葉描述子、矩的描述方法；熟悉簡單描述符、拓撲描述方法；了解形態學方法。
2、課程內容
（1）邊緣描述（簡單描述符、傅立葉描述子、鏈碼）；
（2）區域描述（四叉樹、骨架、矩等）；
（3）形態學方法。
3、考核知識點和考核要求
（1）識記：形態學方法。
（2）領會：簡單描述符、拓撲描述方法。
（3）綜合應用： 鏈碼、四叉樹、骨架等幾種表達方法；傅立葉描述子、矩的描述方法。
 
四、 理論教學學時分配

章	講 課 內 容	學時
一	緒論	4
二	圖像變換	12
三	圖像增強	8
四	圖像復原	8
五	圖像壓縮編碼	6
六	圖像分割	8
七	圖像描述	6
總計		52

 
五、　 實驗名稱與學時安排
         實驗教學共12學時，其中驗證性實驗8學時，綜合性實驗4學時，設計創新性實驗6學（選做），具體安排如下表。

實驗名稱與學時安排表

序號	實驗項目	學時數	內容與要求	實驗屬性	必開	選開
1	試驗平臺了解和視頻驅動程序應用	2	了解DSP圖像處理試驗箱的硬件構成、編程即編譯環境，其驅動程序以及其應用等	驗證	√
2	圖像（視頻）取反及二值化	2	掌握圖像取反的原理和實現方法；掌握圖像二值化的原理和實現方法。	驗證	√
3	直方圖統計及灰度變換	2	掌握直方圖的基本原理和方法；掌握圖像灰度變換的原理和算法。	驗證	√
4	模板卷積和邊緣檢測	2	掌握模板卷積的基本原理；用模板卷積的方法實現邊緣檢測。	驗證	√
5	模糊圖像恢復	4	掌握圖像退化模型；對一幅原始圖像，采用給定的退化函數，仿真產生模糊圖像；用維納濾波法，選用不同的參數恢復圖像，并進行分析比較，得出最理想的恢復圖像。	綜合	√
6	消除光照不均勻及物體標記	6	理解成像模型和機理；對圖像用大尺度的低通濾波器濾波以提取光照背景信息；圖像減影運算消除圖像中的光照不均勻；對圖像做增強處理；圖像二值化；濾波消噪；物體標記	設計創新		√

 
六、 教材及參考書
教　材：曹茂永等，數字圖像處理，北京大學出版社， 2007
                   章毓晉主編，圖像處理和分析（第2版）,清華大學出版社，1999
劉文耀等主編，光電圖像處理,電子工業出版社，2002
參考書：朱志剛等譯，數字圖像處理, 電子工業出版社，1998
Rafael C. Gonzalez, Digital Image Processing,電子工業出版社，2002
羅述謙，周果宏，醫學圖像處理與分析，科學出版社，2003
學習文檔  http://xjuit.com/wenku/