《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)大綱

《數(shù)字圖像處理》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱（中文）數(shù)字圖像處理課程名稱（英文）DigitalImageProcessing課程代碼04120312課程性質(zhì)選修課程類別專業(yè)選修課考核形式考查總學(xué)分（學(xué)時/周）2.5（48）理論學(xué)分（學(xué)時）2（32）實踐或?qū)嶒瀸W(xué)分（學(xué)時/周）0.5（16）先修課程《信號與系統(tǒng)》《Matlab與仿真》后續(xù)課程《DSP原理與應(yīng)用》適應(yīng)范圍全日制本科面向?qū)I(yè)電子信息工程開課學(xué)期5開課學(xué)院電子與信息工程學(xué)院《數(shù)字圖像處理》是電子信息工程專業(yè)的專業(yè)選修課，通過本課程的學(xué)習使學(xué)生了解數(shù)字圖像處理的基本概念、基本方法及實現(xiàn)過程。本課程包括26課時的理論教學(xué)和6課時的實驗教學(xué)，先修課程是《信號與系統(tǒng)》和《Matlab與仿真》。通過對本課程的學(xué)習，要求學(xué)生系統(tǒng)地掌握常用的數(shù)字圖像處理算法，并能編程實現(xiàn)部分算法和簡單的應(yīng)用，學(xué)習圖像處理新方法奠定理論基礎(chǔ)。1.指導(dǎo)思想：堅持學(xué)生綜合素養(yǎng)培養(yǎng)。將思政教育元素從頭到尾貫穿于課堂教學(xué)內(nèi)容中，通過本課程的學(xué)習使學(xué)生具備對圖像處理系統(tǒng)整體組成、運行過程的深入理解。2.基本原則：在教學(xué)中要讓學(xué)生了解數(shù)字圖像處理技術(shù)在專業(yè)中的地位與作用，通過理論講解和實驗操作掌握圖像處理系統(tǒng)開發(fā)的方法；以強調(diào)過程考核為抓手，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習能力。3.課程思政：將哲學(xué)的基本原理滲透課程具體知識點中，從而有利于學(xué)生形成科學(xué)的世界觀及人生觀，進一步樹立辯證唯物主義的思想觀。引入與專業(yè)相關(guān)的社會實踐問題作為教學(xué)案例，通過介紹、分析和討論來指導(dǎo)學(xué)生認識黨和國家的方針政策。通過數(shù)字圖像處理系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)設(shè)計，鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識以及電子工程師的責任和擔當。二、課程教學(xué)目標課程目標1：使學(xué)生對常用的圖像處理技術(shù)和算法有明確的認識。能綜合運用所學(xué)的知識，分析有關(guān)的圖像處理算法，并能編程實現(xiàn)部分算法和簡單的應(yīng)用，并為學(xué)習圖像處理新方法奠定理論基礎(chǔ)。課程目標2：學(xué)生在熟練掌握常用數(shù)字圖像處理算法及編程能力的基礎(chǔ)上，能綜合運用所學(xué)的知識，具備一定的圖像處理系統(tǒng)的開發(fā)能力，從而提高學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用能力、團隊合作能力、科研能力，努力實現(xiàn)知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。課程目標3：通過課堂理論教學(xué)、實驗操作和課外作業(yè)等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習數(shù)字圖像處理的興趣、實事求是的科學(xué)態(tài)度、辯證唯物主義的世界觀與愛國主義情操。本課程主要支持的畢業(yè)要求指標點為：畢業(yè)要求指標1.4掌握電子信息工程及相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)知識，并能將其應(yīng)用于分析和解決電子信息領(lǐng)域復(fù)雜工程問題。畢業(yè)要求指標3.1掌握設(shè)計/開發(fā)電子信息工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題解決方案所需要的專業(yè)知識和開發(fā)工具。畢業(yè)要求指標4.1能夠基于專業(yè)理論并采用科學(xué)方法對電子信息工程及相關(guān)領(lǐng)域系統(tǒng)設(shè)計實驗方案。表1課程的教學(xué)目標與畢業(yè)要求指標點的對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求課程目標畢業(yè)要求指標1.4畢業(yè)要求指標3.1畢業(yè)要求指標4.1課程教學(xué)目標10.40.30.2課程教學(xué)目標20.40.50.6課程教學(xué)目標30.20.20.2注：將一個畢業(yè)要求指標點分解到對應(yīng)課程教學(xué)目標中，每一列的權(quán)重Σ＝1。三、課程內(nèi)容及學(xué)時分配第一部分理論教學(xué)表2理論教學(xué)課時安排章節(jié)內(nèi)容學(xué)時一數(shù)字圖像基礎(chǔ)4二灰度變換與空間濾波6三頻率域濾波4四圖像復(fù)原與重建2五彩色圖像處理2六小波和多分辨率處理2七圖像壓縮4八形態(tài)學(xué)圖像處理4九圖像分割4合計32注：下文中“*”代表基本了解，“**”代表一般掌握，“***”代表熟練掌握。數(shù)字圖像基礎(chǔ)（4學(xué)時）數(shù)字圖像處理的概念、起源和應(yīng)用實例；（*）數(shù)字圖像處理的基本步驟及系統(tǒng)組成；（*）視覺系統(tǒng)的基本構(gòu)造和視覺模型；（*）圖像的取樣和量化過程及其與圖像質(zhì)量之間的關(guān)系；（**）量化誤差的概念；（**）空間分辨率和灰度分辨率的概念；（**）像素間的一些基本關(guān)系和基于像素的基本操作。（**）灰度變換與空間濾波（6學(xué)時）圖像增強的目的和意義；（**）圖像處理中常用的灰度變換；（**）圖像直方圖的概念，不同類型圖像的直方圖特點；（***）圖像直方圖均衡化的原理；（***）圖像空間相關(guān)和卷積的區(qū)別與聯(lián)系；（**）圖像均值濾波和中值濾波的原理；（***）圖像一階微分和二階微分的特點。（***）頻率域濾波（4學(xué)時）1.傅里葉變換的原理，頻率域濾波和空間域濾波之間的關(guān)系；（**）2.傅里葉變換在圖像處理中的應(yīng)用；（**）3.二維離散余弦變換的原理；（*）4.圖像傅里葉變換和二維離散余弦變換后，頻域數(shù)據(jù)的分布規(guī)律。（***）圖像復(fù)原與重建（2學(xué)時）1.圖像增強和圖像復(fù)原的區(qū)別與聯(lián)系；（*）2.圖像噪聲的特點和常見的噪聲統(tǒng)計模型；（**）3.圖像退化/復(fù)原過程的模型；（*）4.圖像恢復(fù)的空間域處理方法、頻率域處理方法、維納濾波法、均值濾波。（**）彩色圖像處理（2學(xué)時）1.圖像的三基色原理；（***）2.圖像顏色的基本屬性；（**）3.幾種圖像的彩色模型的特點及應(yīng)用領(lǐng)域；（**）4.灰度圖像處理與彩色圖像處理的區(qū)別與聯(lián)系。（*）小波和多分辨率處理（2學(xué)時）1.小波變換與傅里葉變換的區(qū)別與聯(lián)系；（**）2.常見的小波基函數(shù)；（*）3.小波變換分解和重構(gòu)的過程；（**）4.小波變換在圖像處理領(lǐng)域的應(yīng)用。（**）圖像壓縮（4學(xué)時）1.圖像壓縮的目的，壓縮模型；（*）2.信息熵的概念，信息編碼極限理論；（***）3.圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的指標；（***）4.無損編碼的方法；（**）5.Huffman編碼和行程編碼的方法；（***）5.有損預(yù)測編碼和變換編碼；（**）6.JPEG編碼的步驟。（***）形態(tài)學(xué)圖像處理（4學(xué)時）1.腐蝕和膨脹的原理及在圖像處理中的作用；（**）2.開運算和閉運算及其在圖像處理中的作用；（**）3.粗化、細化和抽骨架變形算法的原理及應(yīng)用。（**）圖像分割（4學(xué)時）1.圖像分割的目的和原則；（*）2.閾值分割的原理和自適應(yīng)閾值分割的步驟；（***）3.不連續(xù)性檢測和基于邊緣的分割；（*）4.Hough變換檢測直線的原理。（**）第二部分實踐教學(xué)環(huán)節(jié)表3實踐教學(xué)項目安排序號實驗項目學(xué)時數(shù)項目要求項目類型項目性質(zhì)目的要求支撐教學(xué)目標1基于灰度變換的圖像增強4選做模擬驗證了解圖像增強的目的及意義，學(xué)會對圖像直方圖的分析，掌握直接灰度變換的全局圖像增強方法。1,2,32反銳化掩膜方法增強圖像4選做模擬驗證掌握反銳化掩膜方法圖像增強的編程原理和實現(xiàn)方法，通過計算機仿真進一步了解局部圖像增強的目的和意義。1,2,33圖像的空域濾波4必做模擬驗證掌握均值濾波和中值濾波的編程原理和實現(xiàn)方法，通過計算機仿真進一步了解圖像增強的目的和意義。1,2,34圖像變換4選做模擬驗證學(xué)會使用MATLAB軟件的工具函數(shù)對圖像進行FFT，DCT，小波變換以及這些變換的反變換；了解圖像內(nèi)容（空間域）與頻譜（頻率域）的對應(yīng)關(guān)系，并學(xué)會對此進行分析和評價。1,2,35圖像分割與邊緣檢測4選做模擬綜合學(xué)習邊緣檢測，學(xué)會灰度閥值分割，進一步理解圖像分割的目的和意義。1,2,36水果自動識別8選做模擬綜合學(xué)習綜合運用圖像增強、邊緣檢測、圖像二值化、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)后預(yù)處理、特征提取等進行目標識別的原理和編程實現(xiàn)過程。1,2,3合計學(xué)時28計劃學(xué)時16四、課程考核要求及其達成度評價4.1.課程考核方法及要求本課程考核建議由課堂測試、作業(yè)、實驗、期末考試構(gòu)成?？荚嚦煽儾捎冒俜种?。課程綜合成績=課堂測試×10%+作業(yè)×20%+實驗×20%+期末考試×50%。具體考核/評價方法、依據(jù)和對應(yīng)的教學(xué)目標關(guān)系如下表4所示。表4考核/評價方法、依據(jù)和對應(yīng)的教學(xué)目標成績構(gòu)成考核/評價方式分值課程教學(xué)目標課堂測試課堂測試成績/百分制10教學(xué)目標1教學(xué)目標2教學(xué)目標3作業(yè)作業(yè)成績/百分制20教學(xué)目標1教學(xué)目標2教學(xué)目標3實驗根據(jù)實驗報告和實驗表現(xiàn)等情況給出相應(yīng)成績/百分制20教學(xué)目標1教學(xué)目標2教學(xué)目標3期末考試期末考試/百分制50教學(xué)目標1教學(xué)目標2教學(xué)目標3綜合成績課堂測試+作業(yè)+實驗+期末考試/百分制100教學(xué)目標1教學(xué)目標2教學(xué)目標3評分標準：課堂測試：10%;作業(yè)：20%;實驗：20%;期末：50%。根據(jù)表4可知，本課程的3個課程目標分別由多個考核環(huán)節(jié)來支撐，每個考核環(huán)節(jié)的評價標及其對課程目標的支撐權(quán)值如表5所示。表5考核環(huán)節(jié)評價標準及其支撐課程目標的權(quán)值課程目標考核環(huán)節(jié)考核環(huán)節(jié)支撐課程目標權(quán)值權(quán)值合計評價標準100-9089-8079-7069-60<59優(yōu)良中及格不及格課程目標1課堂測試15%100%課堂測試嚴格按要求并及時完成，正確率90%以上。課堂測試按要求并及時完成，正確率80%至90%。課堂測試按要求并及時完成，正確率70%至80%。課堂測試按要求并及時完成，正確率60%至70%。課堂測試未按要求完成，正確率小于60%。作業(yè)30%作業(yè)嚴格按要求并及時完成，正確率90%以上。作業(yè)按要求并及時完成，正確率80%至90%。作業(yè)按要求并及時完成，正確率70%至80%。作業(yè)按要求并及時完成，正確率60%至70%。作業(yè)未按要求完成，正確率小于60%。實驗報告20%報告的內(nèi)容完整，結(jié)構(gòu)嚴謹、邏輯性強，語言表達準確、格式正確，實驗數(shù)據(jù)、結(jié)果和思考題回答全面正確。報告的內(nèi)容較為完整，結(jié)構(gòu)較嚴謹、邏輯性較強，語言表達較為準確，實驗數(shù)據(jù)、結(jié)果和思考題回答較為全面正確。報告的內(nèi)容基本有欠缺，結(jié)構(gòu)欠嚴謹、邏輯性還算好，語言表達基本準確，實驗數(shù)據(jù)、結(jié)果和思考題回答基本正確。報告內(nèi)容不完整，結(jié)構(gòu)有漏洞，邏輯有點混亂，語言描述有誤，實驗數(shù)據(jù)、結(jié)果和思考題回答存在一定偏差。報告的內(nèi)容不完整，結(jié)構(gòu)不嚴謹、邏輯性差，語言表達不夠準確，對實驗數(shù)據(jù)、結(jié)果和思考題回答缺少必要描述。期末考試35%見期末試卷評分標準課程目標2課堂測試15%100%同上同上同上同上同上作業(yè)25%同上同上同上同上同上實驗報告35%同上同上同上同上同上期末考試25%見期末試卷評分標準課程目標3課堂測試25%100%同上同上同上同上同上作業(yè)25%同上同上同上同上同上實驗報告25%同上同上同上同上同上期末考試25%見期末試卷評分標準4.2.教學(xué)目標達成度評價本課程教學(xué)目標達成度評價依據(jù)和方法如下表6所示。表6教學(xué)目標達成度評價依據(jù)和方法教學(xué)目標評價依據(jù)評價方法教學(xué)目標1課堂測試、作業(yè)、實驗、期末考試QUOTE實驗成績實驗成績總分×20%+期末成績期末成績總分×35%教學(xué)目標2課堂測試、作業(yè)、實驗、期末考試教學(xué)目標3課堂測試、作業(yè)、實驗、期末考試表4中權(quán)重合理性說明：對于教學(xué)目標1，主要評價學(xué)生對數(shù)字圖像處理基本原理，基本概念及常用算法的掌握情況，整注重基本知識點和理論的掌握，作業(yè)和期末考試可以較好的反映學(xué)生對知識點的掌握程度，故評價權(quán)重較大。對于教學(xué)目標2，主要評價學(xué)生對與數(shù)字圖像處理相關(guān)問題的分析應(yīng)用技能、邏輯思維能力、自我改進技能和問題解決能力。數(shù)字圖像處理實驗較好的反映了學(xué)生對所學(xué)理論的應(yīng)用情況，故權(quán)重相對較大，而作業(yè)情況和期末考試相對反映學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握情況，故權(quán)重相當。對于教學(xué)目標3，主要評價學(xué)生對學(xué)習數(shù)字電路的興趣、科學(xué)態(tài)度、世界觀等的評價?？记?課堂表現(xiàn)，作業(yè)、實驗以及期末考試都較好的反映了這個目標，故權(quán)重較為均衡。五、持續(xù)改進本課程根據(jù)課堂測試、作業(yè)、實驗、期末考試、各教學(xué)目標評分值和學(xué)生、教學(xué)督導(dǎo)等反饋，及時掌握學(xué)生的學(xué)習動態(tài)和學(xué)習狀況；課后及時反思，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的不足并及時改進。尚需在下一輪課程教學(xué)中改進提高的，需在下一輪及時改進和提高，確保教學(xué)目標的實現(xiàn)和相應(yīng)畢業(yè)要求指標點的順利達成。六、推薦教材和主要參考書目1.推薦教材：Gonzalez.R.C.等著，阮秋琦等譯.數(shù)字圖像處理（第四版）,電子工業(yè)出版社，2020.2.主要參考書目：[1]Gonzalez.R.C.等著.DigitalImageProcessing（第三版），電子工業(yè)出版