《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)大綱

《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)大綱一、課程概述課程名稱數(shù)字圖像處理英文名稱Digitalimageprocessing課程性質(zhì)專業(yè)選修課課程代碼22124024總學(xué)時32學(xué)時理論24學(xué)時+實驗8學(xué)時學(xué)分2開課學(xué)期第五學(xué)期先修課程高等數(shù)學(xué)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、程序設(shè)計基礎(chǔ)適用專業(yè)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、軟件工程專業(yè)等開課單位計算機(jī)與電氣工程學(xué)院二、課程簡介數(shù)字圖像處理課程是智能科學(xué)與技術(shù)、數(shù)字媒體技術(shù)等專業(yè)的專業(yè)必修課。主要目標(biāo)及要求是通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握數(shù)字圖像處理的基本概念、基本原理、基本技術(shù)和基本處理方法，了解數(shù)字圖像的獲取、存儲、傳輸、顯示等方面的方法、技術(shù)及應(yīng)用，為學(xué)習(xí)相關(guān)的數(shù)字媒體、視頻媒體和機(jī)器視覺等課程，以及今后從事數(shù)字媒體、視頻媒體、圖像處理和計算機(jī)視覺等領(lǐng)域的技術(shù)研究與系統(tǒng)開發(fā)打下堅實的理論與技術(shù)基礎(chǔ)。三、課程目標(biāo)課程目標(biāo)1掌握圖像的表示，空間分辨率和灰度級分辨率，圖像直方圖和直方圖均衡。（支撐指標(biāo)點1.2）課程目標(biāo)2掌握基于空間平滑濾波的圖像增強(qiáng)方法，基于空間銳化濾波的圖像增強(qiáng)方法，圖像的傅里葉頻譜及其特性分析。支撐指標(biāo)點2.2）課程目標(biāo)3掌握圖像編碼模型、霍夫曼編碼和變換編碼，圖像的邊緣特征及其檢測方法，編程完成機(jī)器學(xué)習(xí)典型應(yīng)用實例，通過綜合實驗加深對已學(xué)知識的認(rèn)識，綜合應(yīng)用已學(xué)知識。（支撐指標(biāo)點3.2）四、課程目標(biāo)對畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐表4-1課程目標(biāo)對畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐畢業(yè)要求畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)1231工程知識1.3能夠?qū)⒂嬎銠C(jī)中的相關(guān)知識和數(shù)學(xué)模型用于推演、分析計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題；H2問題分析4.2能夠針對計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題，根據(jù)對象特征，選擇研究路線，設(shè)計實驗方案；H3設(shè)計/開發(fā)解決方案5.3能夠針對具體的對象，開發(fā)或選用滿足特定需求的現(xiàn)代工具，模擬和預(yù)測專業(yè)問題，并能夠分析其局限性。M注：分別用“H、M、L”對應(yīng)表示“高、中、低”支撐。五、教學(xué)內(nèi)容、課程思政及實施手段表5-1教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度要求教學(xué)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容與要求理論學(xué)時課程目標(biāo)第一章緒論教學(xué)目的和能力要求：了解圖像處理技術(shù)研究的基本內(nèi)容；數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成；掌握數(shù)數(shù)字圖像與數(shù)字圖像處理的概念。教學(xué)重點：數(shù)字圖像與數(shù)字圖像處理教學(xué)難點：數(shù)字圖像與數(shù)字圖像處理教學(xué)內(nèi)容：數(shù)字圖像與數(shù)字圖像處理；數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成；圖像處理技術(shù)研究的基本內(nèi)容；圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。31第二章數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)教學(xué)目的和能力要求：了解電磁波譜與可見光譜和人眼的亮度視覺特性，理解圖像文件格式，掌握圖像的表示、空間分辨率和灰度級分辨率、圖像顯示的相關(guān)概念和像素間的基本關(guān)系。教學(xué)重點：圖像的表示、圖像顯示的相關(guān)概念和像素間的基本關(guān)系教學(xué)難點：空間分辨率和灰度級分辨率和圖像文件格式教學(xué)內(nèi)容：電磁波譜與可見光譜；人眼的亮度視覺特性；圖像的表示；空間分辨率和灰度級分辨率；像素間的關(guān)系；圖像的顯示；圖像文件格式。31、2第三章數(shù)字圖像的基本運算教學(xué)目的和能力要求：了解圖像的灰度反轉(zhuǎn)和對數(shù)變換，理解圖像的代數(shù)運算和圖像的幾何運算，掌握灰度圖像直方圖及其特性。教學(xué)重點：灰度圖像直方圖及其特性教學(xué)難點：圖像幾何運算中的圖像縮放教學(xué)內(nèi)容：灰度反轉(zhuǎn)；對數(shù)變換；灰度直方圖；圖像的代數(shù)運算；圖像的幾何運算。31、2第四章空間域圖像增強(qiáng)教學(xué)目的和能力要求：理解基于點運算的圖像增強(qiáng)方法，掌握基于直方圖均衡的圖像增強(qiáng)方法、基于空間平滑濾波的圖像增強(qiáng)方法，以及基于空間銳化濾波的圖像增強(qiáng)方法。教學(xué)重點：基于直方圖均衡的圖像增強(qiáng)方法、基于空間平滑濾波的圖像增強(qiáng)方法和基于空間銳化濾波的圖像增強(qiáng)方法教學(xué)難點：基于直方圖均衡的圖像增強(qiáng)方法教學(xué)內(nèi)容：基于點運算的圖像增強(qiáng)方法；基于直方圖的圖像增強(qiáng)方法；基于空間平滑濾波的圖像增強(qiáng)方法；基于空間銳化濾波的圖像增強(qiáng)方法62、3第五章頻率域圖像處理教學(xué)目的和能力要求：了解帶阻濾波和帶通濾波，理解基于頻率域的圖像噪聲消除（頻率域低通濾波）、基于頻率域的圖像增強(qiáng)（頻率域高通濾波）、二維離散傅里葉變換及其重要性質(zhì)，掌握圖像傅里葉變換的頻譜特性和圖像傅里葉變換的意義。教學(xué)重點：二維離散傅里葉變換、傅里葉變換的頻譜特性和圖像傅里葉變換的意義教學(xué)難點：二維離散傅里葉變換和傅里葉變換的頻譜特性教學(xué)內(nèi)容：二維離散傅里葉變換；頻率域圖像處理的基本實現(xiàn)思路；基于頻率域的圖像噪聲消除（頻率域低通濾波）；基于頻率域的圖像增強(qiáng)（頻率域高通濾波）；帶阻濾波和帶通濾波。32、3第六章圖像恢復(fù)教學(xué)目的和能力要求：了解常見退化現(xiàn)象的物理模型和圖像退化模型的表示，理解圖像噪聲與被噪聲污染圖像的恢復(fù)、圖像幾何失真的校正。教學(xué)重點：常見退化現(xiàn)象的物理模型、圖像退化模型的表示和圖像幾何失真的校正教學(xué)難點：圖像幾何失真的校正教學(xué)內(nèi)容：圖像的退化模型；圖像噪聲與被噪聲污染圖像的恢復(fù)；幾何失真的校正。32、3第七章圖像壓縮編碼教學(xué)目的和能力要求：了解位平面編碼和游程編碼方法，理解DCT變換方法，掌握數(shù)字圖像壓縮編碼基礎(chǔ)知識（圖像壓縮概念、客觀保真度準(zhǔn)則和圖像編碼模型）、霍夫曼編碼方法、變換編碼方法。教學(xué)重點：DCT變換、數(shù)字圖像壓縮編碼基礎(chǔ)、霍夫曼編碼方法、位平面編碼和變換編碼教學(xué)難點：DCT變換和變換編碼教學(xué)內(nèi)容：DCT變換；數(shù)字圖像壓縮編碼基礎(chǔ)；幾種最基本的變長編碼方法；位平面編碼；游程編碼；變換編碼；圖像質(zhì)量評價。32、3表5-2實驗/上機(jī)部分教學(xué)內(nèi)容與進(jìn)度要求序號實驗/上機(jī)項目實驗內(nèi)容與方法實驗類型學(xué)時必做/選做課程目標(biāo)1數(shù)字圖像的基本運算圖像基本運算實驗驗證性2必做12空間域圖像增強(qiáng)基于點運算、直方圖的圖像增強(qiáng)實驗驗證性2必做23空間域圖像增強(qiáng)基于空間平滑濾波、銳化濾波的圖像增強(qiáng)實驗驗證性2必做24頻率域圖像處理頻率域低通、高通濾波實驗驗證性2必做2表5-3課程實施手段序號采用手段具體目標(biāo)1以課堂教學(xué)為主，理論教學(xué)、課堂提問與課后作業(yè)相結(jié)合強(qiáng)化學(xué)生工程觀點的建立和工程分析能力的培養(yǎng)2課堂教學(xué)采用多媒體課件、電子教案、傳統(tǒng)教學(xué)方法和線上教學(xué)輔助結(jié)合提高效率，增強(qiáng)教學(xué)的直觀性和課堂教學(xué)的信息量3采用啟發(fā)式教學(xué)，通過提出問題，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主解答的模式進(jìn)行讓學(xué)生自主查閱資料、研究分析，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力六、課程思政表6-1課程思政內(nèi)容課程思政教學(xué)內(nèi)容=1\*GB3①誠信：認(rèn)真付出，努力做事，堅持科學(xué)觀和實事求是精神。=2\*GB3②友善：保持平和、寬容的心去對人做事，團(tuán)結(jié)協(xié)作，尊長愛幼。=3\*GB3③愛崗：富有不斷學(xué)習(xí)和探索進(jìn)取的工作態(tài)度，熱愛本專業(yè)。=4\*GB3④敬業(yè)：做事可以吃苦耐勞，工作能夠精益求精。=5\*GB3⑤其它：科學(xué)發(fā)展觀及積極向上的人生觀。表6-2課程思政具體案例序號所屬章節(jié)/案例名稱案例教學(xué)目標(biāo)思政元素1第1章第1講數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)及應(yīng)用現(xiàn)狀分析能夠結(jié)合數(shù)字圖像處理發(fā)展歷史、應(yīng)用特點和發(fā)展趨勢，熟悉數(shù)字圖像處理的基本術(shù)語、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的組成。誠信、愛崗：布置學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生誠實守信完成；培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的興趣和愛好，體驗數(shù)字圖像處理的強(qiáng)大和便利，鼓勵學(xué)生在該領(lǐng)域探索進(jìn)取，熱愛本專業(yè)。2第4章第1講空間域圖像增強(qiáng)通過學(xué)習(xí)基于直方圖均衡的圖像增強(qiáng)方法、基于空間平滑濾波的圖像增強(qiáng)方法，可以提升圖像的視覺感知質(zhì)量。培養(yǎng)學(xué)生考慮工程與環(huán)境因素：通過使用不同數(shù)字圖像算法實現(xiàn)圖像增強(qiáng)，讓學(xué)生清楚數(shù)字圖像算法實施時應(yīng)用環(huán)境因素的影響，能夠因地制宜，因勢利導(dǎo)，設(shè)計適應(yīng)具體應(yīng)用環(huán)境的數(shù)字圖像處理算法。3第6章第1講圖像恢復(fù)通過學(xué)習(xí)圖像退化模型的表示，理解圖像噪聲與被噪聲污染圖像的恢復(fù)，可以提升低質(zhì)量圖像的清晰度。友善、敬業(yè)：通過圖像恢復(fù)在圖像噪聲與被噪聲污染圖像的恢復(fù)之間的作用，介紹數(shù)字圖像處理在生活領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生友愛、寬容的心，鼓勵學(xué)生認(rèn)真學(xué)習(xí)數(shù)字圖像處理知識，用所學(xué)知識為社會發(fā)展做貢獻(xiàn)。4第7章第1講圖像壓縮編碼通過學(xué)習(xí)DCT變換、數(shù)字圖像壓縮編碼基礎(chǔ)、霍夫曼編碼方法，可以實現(xiàn)圖像壓縮，節(jié)省存儲空間。培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)發(fā)展觀：通過數(shù)字圖像處理技術(shù)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用，使學(xué)生理解科技發(fā)展給人類生活和發(fā)展帶來的便利，理解科學(xué)是第一生產(chǎn)力的強(qiáng)大含義；引導(dǎo)學(xué)生了解當(dāng)前國際國內(nèi)機(jī)器學(xué)習(xí)行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，鼓勵學(xué)生探索并從事機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的工作。七、考核及成績評定（1）考核方法本課程考核采用平時成績+實驗成績+期末考試的綜合考核方式，即：總成績=平時成績*30%+實驗成績*20%+期末考試成績*50%平時成績根據(jù)作業(yè)完成情況、課堂測試、點名簽到、課堂回答情況等綜合打分。各考核環(huán)節(jié)及權(quán)重如表7-1所示。表7-1考核環(huán)節(jié)及權(quán)重表課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求評價方式及成績比例（%)成績比例（%）平時測試課后作業(yè)平時表現(xiàn)實驗考試課程目標(biāo)1指標(biāo)點1.35321020課程目標(biāo)2指標(biāo)點4.25734055課程目標(biāo)3指標(biāo)點5.352025合計1010102050100（2）考核內(nèi)容及評價標(biāo)準(zhǔn)=1\*GB3①實驗成績：占總成績的20%。分為四次實驗，包括三次驗證性實驗（各占實驗成績20%），和一次綜合性實驗（占實驗成績40%）；每次評分施行百分制，評分內(nèi)容包括到課、課堂表現(xiàn)、實際操作和實驗報告，評分標(biāo)準(zhǔn)如表7-2所示。表7-2實驗考核方案及評價標(biāo)準(zhǔn)課程目標(biāo)考核內(nèi)容優(yōu)秀良好中等及格不及格課程目標(biāo)1數(shù)字圖像的基本運算實驗操作步驟正確，實驗報告完整（包括實驗預(yù)習(xí)、數(shù)據(jù)處理分析）實驗操作步驟較正確、實驗預(yù)習(xí)較完整、準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)處理及討論較正確實驗操作步驟基本正確、實驗預(yù)習(xí)基本完整、準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)處理及討論基本正確實驗操作步驟不夠正確實驗預(yù)習(xí)不夠完整、準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)處理及討論不夠正確不做實驗、不交實驗報告課程目標(biāo)2空間域圖像增強(qiáng)課程目標(biāo)3頻率域圖像增強(qiáng)=2\*GB3②期末考試：占總成績50%。閉卷考試，考試時間120分鐘，成績采用百分制，卷面成績總分100分，考試范圍包括所有課程目標(biāo)。具體考試時間安排在理論課結(jié)束后一周進(jìn)行。=3\*GB3③課堂測試：占總成績的10%。通過課堂提問進(jìn)行測試。同時結(jié)合隨機(jī)點名考勤和互動，每名學(xué)生不少于5次，每缺一次扣2%，扣完10%為止，無故缺勤5次以上者取消本門課程的考核資格。表7-3作業(yè)評價標(biāo)準(zhǔn)考核內(nèi)容優(yōu)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）作業(yè)按時足量提交，90%以上的概念與計算正確，方案合理，書寫清晰、規(guī)范按時足量提交，80%以上的概念與計算正確，方案較合理，書寫比較清晰、規(guī)范缺量提交，70%以上的概念與計算正確，方案基本合理，書寫基本清晰、規(guī)范補交，60%以上的概念與計算正確，方案不夠合理，書寫不夠清晰、規(guī)范不交作業(yè)=4\*GB3④課后作業(yè)：占總成績的10%。本門課程每章均布置作業(yè)，布置次數(shù)不低于4次，每次作業(yè)的占比均分，根據(jù)學(xué)生作業(yè)是否按時上交、是否獨立完成以及作業(yè)完成準(zhǔn)確性與可讀性評分。作業(yè)具體評分標(biāo)準(zhǔn)如表7-3所示。=5\*GB3⑤按照工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)校人才培養(yǎng)要求，考核以學(xué)生能力是否有效達(dá)成為基準(zhǔn)。eq\o\ac(○,6)考核周期為一個學(xué)年。為使評價結(jié)果盡快反饋給各個教學(xué)環(huán)節(jié)，促使各個教學(xué)環(huán)節(jié)盡快改進(jìn)，保證教學(xué)效果的快速提升，課程考核成績評價每學(xué)年進(jìn)行1次。eq\o\ac(○,7)考核依據(jù)《計算機(jī)與電氣工程學(xué)院課程目標(biāo)達(dá)成評價實施辦法》文件進(jìn)行。八、課程質(zhì)量評價和持續(xù)改進(jìn)課程結(jié)束后由課程責(zé)任人以定量和定性評價方法，針對具體課程目標(biāo)形成文字或圖表形式的報告，針對學(xué)生個體和整體的學(xué)習(xí)成果評價并對相關(guān)問題進(jìn)行分析；同時納入課程目標(biāo)所支撐的畢業(yè)能力要求達(dá)成的相關(guān)性分析；對以上各薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行原因分析，提供持續(xù)改進(jìn)建議，并由學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會進(jìn)行審核。針對學(xué)生個體和整體的課程目標(biāo)評價方法如下：1、課程考核成績算分評價法：課程目標(biāo)達(dá)成度算分評價法是以參加課程學(xué)習(xí)的所有學(xué)生獲得課程成績?yōu)闃颖荆瑢χ萎厴I(yè)要求中各個指標(biāo)點對應(yīng)的課程目標(biāo)進(jìn)行達(dá)成情況評價，要由任課教師、課程負(fù)責(zé)人進(jìn)行評價。課程目標(biāo)達(dá)成情況評價值計算按下面公式進(jìn)行：課程目標(biāo)達(dá)成評價值QUOTEi=1kDiZi上式中是該課程目標(biāo)評價環(huán)節(jié)數(shù)，評價環(huán)節(jié)有平時過程考核、課后作業(yè)、大作業(yè)、實驗、期末考試等（具體的依據(jù)考核審核表確定）;是第??個評價方式的總分值，????是為學(xué)生在第??個評價方式上的得分，????是第??個評價方式在該課程目