数字图像处理与分析课程教学大纲.docx

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1、数字图像处理与分析课程教学大纲一、课程基本信息课程名称数字图像处理与分析Digita1ImageProcessingandAna1ysis课程代码课程性质选修开课院部数学与计算科学学院课程负责人授课学期5学分/学时课内学时6448验时16实训（含上机）实习其他适用专业数据科学与大数据技术。授课语言中文对先修的要求先修知识点：要求掌握线性代数中的矩阵的基本运算，最小二乘问题，矩阵的特征值与特征向量，线性空间的基本知识，线性空间的基与线性变换等知识点；概率论中的常见的随机变量的概率分布，随机变量的数字特征；统计学中的极大似然估计，假设检验，贝叶斯统计的基础知识等；常见的几种积分变换；高级语言程序设

2、计，能够用MatIab或者PythOn进行程序设计和算法实现。素质基础：具备运用基本数学知识进行建模的能力，熟练掌握一门计算机语言，具备运用计算机语言实现简单算法的能力。先修课程：线性代数，概率论与数理统计，积分变换，高级语言程序设计。对后续的支撑本课程中的数字图像处理的基本内容，介绍图像数据的生成和表达方式，能帮助学生理解后继课模式识别课程中关于图像数据的内容：图像的积分变换和特征表达，帮助学生掌握模式识别课程中的特征提取的方法为识别和分类。课程中的图像数据的处理方法，有助于学生对后继课数据挖掘中的图像类型数据挖掘打下基础。课程思政设计通过我国目前在计数字图像处理、机器学习等方面的进展，激发

3、同学们的家国情怀。创新创业教育设计通过数字图像处理与深度学习的结合，使学生掌握最新的学科研究和发展方向，为创新创业打下基础。课程定位：本课程是为数据科学与大数据技术、信息与计算科学专业本科生开设的一门专业选修课程。该课程主要学习数字图像处理与分析的主要理论、方法和技术。为后续的模式识别，数据挖掘等课程的学习提供支撑，是学生应用数学基本原理，识别、描述和分析图像数据问题以获得深刻认识并得出有效结论的一门选修课程。主要学习内容：其具体内容包括：数字图像处理基础、图像的空域滤波处理、图像的频域滤波处理、图像复原、数学形态学图像处理、图像分割等。各部分内容关联性较强，同时又具有各自特点。课程简介核心学

4、习结果：本课程学习目的是使未来图像工程师获得如下能力与素养：1）对图像型数据具备基本的处理能力；2）实现图像处理与图像分析基本算法的能力；3）计算机辅助进行图像处理和分析的能力；4）将某些工程实践问题转化为数字图像处理与分析问题，进而解决实际问题的能力。主要教学方法：本课程既有理论乂强调实践，学生应结合理论教学的进度，通过实践教学环节的训练，进一步加深对图像处理中各种理论算法的理解。学习中应重视理论与实践相结合，打牢专业基本功，为后续的专业课程、课程设计、毕业设计奠定基础。此外，由于数字图像处理相关学科领域近年来发展迅速，本学科应探索式培养学生通过阅读最新学术论文了解学科发展前沿。二、课程目标

5、及对毕业要求指标点的支撑序号课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求1目标1：叙述数字图像处理的基本概念和图像数字化流程，叙述图像空间域和频域滤波的基本原理，会运用软件编程实现空间域（频域）平滑滤波器和空间域（频域）锐化滤波器；会叙述图像增强，图像复原，图像的形态学算法、图像分割等的基本内容，并能够用计算机实现相关实验。2.2掌握计算机科学的基本知识、原理、方法，并会应用到大数据科学等领域。2：掌握数学、自然科学、计算机科学、数据科学与大数据技术所需要的专业知识，具有国际视野，了解大数据科学领域的国际形势和发展动态，并能将所学知识用于解释大数据科学领域中的复杂问题。2目标2：会合理运用图书馆资源、互

6、联网等了解图像处理与分析的学科发展前沿的一些动态和方法。并在此基础上能够撰写数字图像处理与分析中某一问题的讲解文稿或者课程报告。5.1能够基于数据科学、自然科学等原理，通过文献研究或相关方法，调研和分析复杂大数据工程问题的解决方案。5：能够基于数据科学原理和自然科学原理，采用科学的方法设计实验、实施实验、分析并解释实验结果，并通过数据凝练、信息综合得到有效结论。三、教学内容及进度安排序号教学内容学生学习预期成果课内学时教学方式支撑课程目标1数字图像处理基础：1）数字图像处理的概念和基本步骤；2）数字图像处理系统；3）图像感知和获取、图像取样和量化；4）像素间的一些基本关系、线性和非线性操作重点

7、：图像的数字化，像素的基本关系。难点：图像的采样，像素的线性和非线性操作。了解图像处理的基本概念，以及基本的图像处理系统的组成，了解图像的取样和量化的原理,掌握像素的邻域的概念，了解图像的线性和非线性操作。6理论+1实验讲授上机目标2目标32空间域图像增强：1）基本灰度变换，直方图处理；2）用算术逻辑操作增强，空间域滤波基础；3）平滑空间滤波器，锐化空间滤波器；4）混合空间增强方法。重点：图像的灰度变换和图像的直方图；空间域滤波器。难点：图像的空间域滤波；平滑滤波器和锐化滤波器的区别与联系。了解图像的增强的基本概念,理解图像的空间域滤波方法，掌握常见的空间域平滑滤波器和锐化滤波器，能够运用Ma

8、tIab或Python编程实现相关算法。10论+4实验讲授上机目标23频率域图像增强：1）Fourior变换和频率域的介绍：2）平滑的频率域滤波器；3）频率域锐化滤波器；4）同态滤波器。重点：Fourior变换，频域滤波器；难点：Fourior变换和频域滤波的物理意义。了解频域图像处理的基本思路，理解二维Fourior变换的基本算法，了解频域滤波器的基本思想，能够运用Mat1ab或者Python编程实现图像的Fourior变换,对图像进行频域滤波处理。10理论+4实验讲授上机目标2目标34图像复原1）图像退化/复原过程的模型，噪声模型；2）只存在噪声的空间滤波器复原；3）频率滤波削减周期噪声；

9、4）线性位置不变的退化；5）估计退化函数、逆滤波、维纳滤波。重点：图像复原的噪声估计；维纳滤波器。难点：盲复原情况下退化函数的估计。了解图像引起图像退化的原因，掌握几种常见的噪声模型，了解图像噪声的基本估计方法,掌握几种常见的图像复原方法。10理论+4实验讲授上机目标35形态学图像处理1）形态学简介，膨胀与腐蚀；2）开操作与闭操作，击中击不中变换；3）一些基本的形态学算法。重点：形态学的基本运算。难点：形态学运算的数学表达。了解图像形态学算法的基本思想，了解几种常见的图像形态学算法,会用Mat1ab和Python实现简单的图像形态学算法。4理论+1实验讲授上机目标26图像分割O间断监测；2）边

10、缘连接和边缘检测；3）门限处理；4）基于区域的分割。重点：图像分割和边缘检测的意义；门限处理。难点：门限处理和区域分割。了解图像分割的基本概念和常见方法，了解图像的间断监测、边缘检测的算法思想，了解图像的门限处理和区域分割的原理和方法。8理论+2实验讲授上机目标1目标2四、课程考核序号课程目标（支撑毕业要求指标点）考核内容评价依据及成绩比例（%）成绩比例（%）作业上机设计论文考试1目标1：叙述数字图像处理的基本概念和图像数字化流程，叙述图像空间域和频域滤波的基1）自行选择所讲授内容的某一个数字图像处理与分析的内容作为论文的主题，内容主要围绕该8080本原理，会运用软件编程实现空间域（频域）平滑

11、滤波器和空间域（频域）锐化滤波器；会叙述图像增强，图像复原，图像的形态学算法、图像分割等的基本内容，并能够用计算机实现相关实验。（支撑信息与计算科学专业毕业要求3,毕业要求4）课程的某一个问题进行展开，鼓励原创性的研究，鼓励以图像处理和分析算法为主要内容，尽量避免又长又空的长篇综述；（比如：鼓励题目“改进*算法及其再图像复原中的应用”，或者“基于数学形态学算法的车牌定位”等，而避免题目“数字图像处理研究”或“图像压缩综述”等空洞的大篇论述。）2）鼓励以实际项目为背景的理论与实验相结合的项目说明书形式。比如：“一种简易的人脸识别系统开发”等，可以将该系统的各个部分的功能和所采用的算法叙述清楚。2

12、目标2：会合理运用图书馆资源、互联网等了解图像处理与分析的学科发展前沿的一些动态和方法。并在此基础上能够撰写数字图像处理与分析中某一问题的讲解文稿或者课程报告。（支撑信息与计算科学专业毕业要求2,和毕业要求4）1）通过查阅30篇左右的与论文选题关键词相关的参考文献，形成自己的思想和写作主题（比如：可以用“图像分割”或“图像复原”等为关键词进行文献搜索）；2020合计100100注：各类考核评价的具体评分标准见附录：各类考核评分标准表五、教材及参考资料教材：1.智能图像处理，赵云龙，葛广英，机械工业出版社，2023,第一版，ISBN9787111694038；参考资料：1 .数字图像处理与机器视

13、觉一一ViSUaIC+与MatIab实现，张铮，徐超，任淑霞，韩海玲，人民邮电出版社，2014,第二版，ISBN：9787115346681；2 .数字图像处理，冈萨雷斯著，阮秋琦译，电子工业出版社，2017,第三版，ISBN9787121313837；3.数字图像处理的MAT1AB实现，冈萨雷斯著，阮秋琦译，清华大学出版社，2013,第二版，ISBN9787302307457o六、教学条件授课场地要求：需要使用多媒体教室授课，授课电脑Inte117以上处理器，16G以上内存，安装了Windows1O以上版本、OffiCe2016、Mat1ab2016以上版本，Python3.2以上版本的正版

14、软件；实验场地要求：每位学生一台电脑，电脑硬件要求：Inte117以上处理器，16G以上内存。软件要求：WindOWS1O以上版本、OffiCe2016、Mat1ab2016以上版本，Python3.2以上版本的正版软件。附录：各类考核评分标准表论文评分标准教学目标要求评分标准权重（%）90-10080-8960-790-59目标1叙述数字图对所选择的数字能够大体理解自基本了解自己对数字图像处像处理的基本概念图像与分析的相己所选择的数字所选择的数字理课程缺少理和图像数字化流关问题概念理解图像处理问题的图像处理问题解，所选择的程，叙述图像空间准确，对算法的相关概念，对相的相关概念，问题和方向基域和频域滤波的基概念和算法理解关的算法有大体对相关的算法本是现有资料本原理，会运用软清晰，准确阐述的理解，对算法理解有一定的的拼凑，问题件编程实现空间域所选择问题的算原理的解释基本偏差，对算法的叙述含糊不（频域）平滑滤波法原理。清晰准合理，能够编程原理的解释有清缺少自己的器和空间域（频域）确的分析自己的完成自己所选择含糊不清的情看法和思想，锐化滤波器；会叙算法与相关算法的算法的数值实况，编程完成实验靠拼凑和80述图像增强，图像的区别。完整、验，并进行一定自己所选择的网上下载完复