《數(shù)字圖像處理》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：06140781課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：3.5學(xué)分學(xué)時：56學(xué)時（理論48學(xué)時，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時）先修課程：信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理等后續(xù)課程：無適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程開課單位：電子信息工程學(xué)院一、課程說明《數(shù)字圖像處理》是光電信息科學(xué)與工程本科學(xué)生的一門專業(yè)必修課程。主要研究數(shù)字圖像處理的基本概念、原理和方法，初步運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題，為圖像處理及相關(guān)領(lǐng)域的研究打下基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握數(shù)字圖像處理的基本原理和概念，以及圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、圖像壓縮等基本技術(shù)。熟悉數(shù)字圖像處理的常用算法，并能夠正確地選擇和應(yīng)用這些算法以解決實(shí)際問題。具備使用數(shù)字圖像處理工具和軟件進(jìn)行圖像處理的能力，能夠使用這些工具進(jìn)行圖像的處理、分析和模擬。課程目標(biāo)2：能夠理解和應(yīng)用數(shù)字圖像處理的基本原理和概念，包括數(shù)字圖像的表示與獲取、圖像增強(qiáng)與恢復(fù)、圖像壓縮與編碼等內(nèi)容。能夠掌握數(shù)字圖像處理的基本技術(shù)和方法，并能夠獨(dú)立應(yīng)用相關(guān)工具和軟件進(jìn)行圖像處理實(shí)驗(yàn)和算法實(shí)現(xiàn)。通過文獻(xiàn)研究和實(shí)踐探索，能夠選擇適當(dāng)?shù)乃惴ê图夹g(shù)來解決實(shí)際的圖像處理問題，能夠進(jìn)行科學(xué)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析。課程目標(biāo)3：培養(yǎng)動手實(shí)踐的能力，能夠運(yùn)用數(shù)字圖像處理常用工具和軟件進(jìn)行圖像處理實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)施，并提出創(chuàng)新性的解決方案。能夠認(rèn)識到數(shù)字圖像處理技術(shù)對社會和個體生活的影響，培養(yǎng)積極、健康的科技倫理意識，使其具備科學(xué)、人文、社會發(fā)展的思維方式和責(zé)任感。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)目標(biāo)對光電信息科學(xué)與工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。

表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識1.3具有解決光電信息領(lǐng)域工程問題所需的專業(yè)知識，并能夠綜合應(yīng)用相關(guān)知識解決復(fù)雜光電信息工程問題。課程目標(biāo)1：掌握數(shù)字圖像處理的基本原理和概念，以及圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、圖像壓縮等基本技術(shù)。熟悉數(shù)字圖像處理的常用算法，并能夠正確地選擇和應(yīng)用這些算法以解決實(shí)際問題。具備使用數(shù)字圖像處理工具和軟件進(jìn)行圖像處理的能力，能夠使用這些工具進(jìn)行圖像的處理、分析和模擬。H2.問題分析2.3能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，并通過文獻(xiàn)研究，證實(shí)問題分析的合理性。課程目標(biāo)2：能夠理解和應(yīng)用數(shù)字圖像處理的基本原理和概念，包括數(shù)字圖像的表示與獲取、圖像增強(qiáng)與恢復(fù)、圖像壓縮與編碼等內(nèi)容。能夠掌握數(shù)字圖像處理的基本技術(shù)和方法，并能夠獨(dú)立應(yīng)用相關(guān)工具和軟件進(jìn)行圖像處理實(shí)驗(yàn)和算法實(shí)現(xiàn)。通過文獻(xiàn)研究和實(shí)踐探索，能夠選擇適當(dāng)?shù)乃惴ê图夹g(shù)來解決實(shí)際的圖像處理問題，能夠進(jìn)行科學(xué)的實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析。M6.工程與社會6.2能夠認(rèn)識和評價光電類產(chǎn)品、技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用及復(fù)雜光電信息工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響。課程目標(biāo)3：培養(yǎng)動手實(shí)踐的能力，能夠運(yùn)用數(shù)字圖像處理常用工具和軟件進(jìn)行圖像處理實(shí)驗(yàn)和項(xiàng)目實(shí)施，并提出創(chuàng)新性的解決方案。能夠認(rèn)識到數(shù)字圖像處理技術(shù)對社會和個體生活的影響，培養(yǎng)積極、健康的科技倫理意識，使其具備科學(xué)、人文、社會發(fā)展的思維方式和責(zé)任感。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時實(shí)驗(yàn)學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.緒論1.1圖像的概念、分類、表示方法1.2人類的視覺現(xiàn)象及特點(diǎn)1.3圖像質(zhì)量的評價方法1.4數(shù)字圖像處理概述教學(xué)要求：了解數(shù)字圖像、模擬圖像的概念、模擬圖像數(shù)字化的過程；熟悉數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容；掌握數(shù)字圖像的表示方法。重點(diǎn)：數(shù)字圖像處理的研究內(nèi)容；數(shù)字圖像的表示方法。重點(diǎn)：數(shù)字圖像的表示方法。412.Matlab圖像處理工具箱2.1Matlab簡介2.2Matlab常用的基本命令2.3圖像處理工具箱簡介2.4Matlab中的圖像類型及類型轉(zhuǎn)換2.5圖像文件的讀寫、查詢、顯示、存儲教學(xué)要求：了解Matlab的使用范圍，Matlab中圖像類型以及各類型轉(zhuǎn)換；掌握Matlab常用的基本命令；熟練掌握利用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)圖像的讀取、查詢、顯示、存儲。重點(diǎn)：Matlab常用的基本命令，Matlab中的圖像類型及類型轉(zhuǎn)換，圖像文件的讀取、查詢、顯示、存儲。難點(diǎn)：Matlab中的圖像類型及類型轉(zhuǎn)換。821、33.圖像變換3.1圖像代數(shù)運(yùn)算3.2傅里葉變換及離散傅里葉變換的Matlab實(shí)現(xiàn)3.3離散余弦變換及Matlab實(shí)現(xiàn)3.4沃爾什變換和哈達(dá)瑪變換及Matlab實(shí)現(xiàn)3.5小波變換及Matlab實(shí)現(xiàn)教學(xué)要求：掌握圖像代數(shù)運(yùn)算；掌握圖像空頻域變換的概念，頻域表示的優(yōu)點(diǎn)；理解傅里葉變換、離散余弦變換的基本原理；了解沃爾什變換、哈達(dá)瑪變換和小波變換的應(yīng)用。重點(diǎn)：傅里葉變換及離散傅里葉變換的Matlab實(shí)現(xiàn)，離散余弦變換及Matlab實(shí)現(xiàn)。難點(diǎn)：傅里葉變換及離散傅里葉變換的Matlab實(shí)現(xiàn)，離散余弦變換及Matlab實(shí)現(xiàn)，小波變換及Matlab實(shí)現(xiàn)。1021、2、34.圖像增強(qiáng)4.1圖像灰度變換及Matlab實(shí)現(xiàn)4.2圖像直方圖修正法及Matlab實(shí)現(xiàn)4.3圖像空域的平滑及Matlab實(shí)現(xiàn)4.4圖像空域銳化及Matlab實(shí)現(xiàn)4.5圖像頻率域增強(qiáng)及Matlab實(shí)現(xiàn)4.6圖像彩色增強(qiáng)及Matlab實(shí)現(xiàn)教學(xué)要求：通過圖像增強(qiáng)技術(shù)的學(xué)習(xí)，能夠?qū)?shù)字圖像進(jìn)行灰度級變化，實(shí)現(xiàn)空頻域的濾波，達(dá)到對圖像進(jìn)行銳化、平滑或其他增強(qiáng)的目的。重點(diǎn)：圖像直方圖修正法及Matlab實(shí)現(xiàn)；圖像空域的平滑及Matlab實(shí)現(xiàn)；圖像空域銳化及Matlab實(shí)現(xiàn)。難點(diǎn)：圖像直方圖修正法及Matlab實(shí)現(xiàn)；圖像頻率域增強(qiáng)及Matlab實(shí)現(xiàn)。1021、2、35.圖像復(fù)原5.1退化的數(shù)字模型5.2代數(shù)恢復(fù)方法5.3無約束復(fù)原5.4約束最小二乘復(fù)原及Matlab實(shí)現(xiàn)5.5逆濾波恢復(fù)法5.6維納濾波復(fù)原及Matlab實(shí)現(xiàn)教學(xué)要求：掌握圖像退化的模型，理解幾種圖像復(fù)原方法的原理，能夠利用Matlab編程實(shí)現(xiàn)無約束復(fù)原、逆濾波復(fù)原及維納濾波復(fù)原等，為更復(fù)雜退化圖像的復(fù)原打下基礎(chǔ)。重點(diǎn)：退化的數(shù)字模型。代數(shù)恢復(fù)方法。維納濾波復(fù)原及Matlab實(shí)現(xiàn)。難點(diǎn)：維納濾波復(fù)原及Matlab實(shí)現(xiàn)。821、2、36.圖像編碼與壓縮6.1圖像壓縮和數(shù)據(jù)冗余6.2圖像壓縮編碼技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)6.3介紹幾種圖像思想（如統(tǒng)計(jì)編碼中的行程編碼、霍夫曼編碼等；預(yù)測編碼的最佳線性編碼等）教學(xué)要求：理解圖像編碼與壓縮的基本概念和原理。掌握常見的圖像壓縮編碼技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)。了解幾種圖像編碼理念。重點(diǎn)：圖像壓縮和數(shù)據(jù)冗余。圖像壓縮編碼技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)。難點(diǎn)：圖像編碼思想。81、2、3合計(jì)4882.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時分配見表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時對應(yīng)的課程目標(biāo)1.Matlab數(shù)字圖像處理初步實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：Matlab數(shù)字圖像處理初步知識。實(shí)驗(yàn)要求：熟悉并掌握在Matlab中能夠處理哪些格式的圖像，熟練掌握在Matlab中如何讀取圖像，以及獲取圖像的大小、顏色、高度、寬度等信息，掌握在Matlab中按照指定要求存儲一幅圖像的方法，掌握圖像間如何轉(zhuǎn)化。21、32.圖像的代數(shù)運(yùn)算實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：圖像的算術(shù)運(yùn)算在數(shù)字圖像處理中的初步應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)要求：學(xué)習(xí)了解圖像的算術(shù)運(yùn)算在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)用。體會圖像算術(shù)運(yùn)算處理的過程和處理前后圖像的變化。21、2、33.圖像增強(qiáng)——灰度變換實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：圖像增強(qiáng)——灰度變換的方法。實(shí)驗(yàn)要求：了解圖像增強(qiáng)的目的及意義，加深對圖像增強(qiáng)的感性認(rèn)識，鞏固所學(xué)理論知識。學(xué)會分析圖像直方圖。掌握直接灰度變換的圖像增強(qiáng)方法。22、34.圖像的傅里葉變換和頻域?yàn)V波實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：圖像的傅里葉變換和頻域?yàn)V波。實(shí)驗(yàn)要求：熟悉傅里葉變換的基本性質(zhì)，熟練掌握FFT變換方法及應(yīng)用。學(xué)會使用Matlab對圖像作濾波處理，掌握濾波算法，體會濾波效果。掌握頻域?yàn)V波的概念及方法，掌握如何利用傅里葉變換進(jìn)行頻域?yàn)V波，熟練掌握頻域空間的各類濾波器，能夠利用Matlab進(jìn)行頻域?yàn)V波。22、3合計(jì)8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，采用啟發(fā)式、討論式、案例、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段，促進(jìn)學(xué)生積極思考，開發(fā)學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生思考問題、分析問題和解決問題的能力；以“少而精”為原則，精選教學(xué)內(nèi)容，精講多練，鞏固課堂所學(xué)知識。實(shí)驗(yàn)教學(xué)著重講授如何用科學(xué)的手段來完成理論的驗(yàn)證；如何組織實(shí)驗(yàn)、處理數(shù)據(jù)和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；采用教師講授和學(xué)生動手操作的方法；在實(shí)驗(yàn)前學(xué)生應(yīng)復(fù)習(xí)和掌握與本實(shí)驗(yàn)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容、認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書；在實(shí)驗(yàn)中要嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)紀(jì)律，按操作規(guī)程使用儀器；每完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，要認(rèn)真完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、課程資源1.推薦教材：（1）王慧琴.數(shù)字圖像處理與應(yīng)用（MATLAB版）[M].北京:人民郵電出版社,2019．（2）龔聲蓉.數(shù)字圖像處理與分析（第2版）[M].北京:清華大學(xué)出版社,2014．2.參考書：（1）余勝威.MatlabGUI設(shè)計(jì)入門與實(shí)戰(zhàn)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2016．（2）程遠(yuǎn)航.數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2018．（3）吳娛.數(shù)字圖像處理[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2017．3.期刊：（1）計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),中國計(jì)算機(jī)學(xué)會,中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所.（2）中國激光,中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所,中國光學(xué)學(xué)會.（3）計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,華北計(jì)算技術(shù)研究所（4）紅外與激光工程,天津津航技術(shù)物理研究所（5）IEEETransactionsonPatternAnalysisandMachineIntelligence,IEEE.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）中國大學(xué)MOOC，/course/WHU-1002332010?tid=1461055442（2）中國大學(xué)MOOC，/course/WHUT-1003535158?tid=1450228481七、課程考核對課程目標(biāo)的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細(xì)則及對課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核課堂表現(xiàn)16（1）根據(jù)參與教學(xué)活動和課堂回答問題情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭?44實(shí)驗(yàn)12（1）根據(jù)每個實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評分，取各次實(shí)驗(yàn)成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實(shí)驗(yàn)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績?！獭獭?62作業(yè)12（1）主要考核學(xué)生對各章節(jié)知識點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。√√√642期末考核60（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計(jì)入課程總評成績。（2）主要考核數(shù)字圖像處理的基本原理和概念，以及圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、圖像壓縮編碼等基本技術(shù)及常用算法。（3）考試題型為：選擇題、填空題、簡答題和綜合應(yīng)用題等?！獭獭?82210合計(jì)：100分463618八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、期末考試等方式對學(xué)生進(jìn)行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽兒瓦^程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為選擇題、填空題、簡答題和綜合應(yīng)用題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時基本成比例。2.過程性考核成績的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評價標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)40積極參與教學(xué)活動，踴躍回答問題，準(zhǔn)確率大于90%。認(rèn)真參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于80%。偶爾參與教學(xué)活動，回答問題準(zhǔn)確率大于70%。上課不認(rèn)真，偶爾參與教學(xué)活動。上課不認(rèn)真，不參與教學(xué)活動。實(shí)驗(yàn)30實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)認(rèn)真，能夠熟練掌握方法與步驟，實(shí)驗(yàn)操作過程熟練、規(guī)范，遵規(guī)守紀(jì)、團(tuán)結(jié)協(xié)作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果詳