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数字图像处理
教学大纲
课程编号：
课程名称：（中文）数字图像处理
（英文）Digital Image Processing
学分/学时：3/60
先修课程： 数字信号处理
一．
课程教学目标
本课程是控制科学与自动化一级学科模式识别与智能系统专业硕士研究生所必修的二级学科专业课。课程主要讨论数字图像处理、分析的基本概念、理论与算法，使学生掌握改善像质、便于后续识别的各种图像处理的理论与方法，同时使学生掌握微机图像处理、常见图像算法的设计与编程能力。
二．
教学内容及基本要求
本课程内容：讨论学习图像处理、分析等的基础及理论知识，讨论图像处理的各种课题，包括正交变换、几何变换、增强、恢复、分割、重建、压缩、二值图像处理、形态学处理、三维可视化显示、运动图像分析及应用等。同时，要求应用此原理理论方法，在微机上实现图像处理的软件设计与编程实现。课程主要章节及学时分配如下：
1
、理论部分：
第一章引言，介绍图像的重要性，数字图像处理的基本内容和特点，图像处理与各学科的交叉性；介绍图像的数据格式，颜色和颜色空间等概念，介绍图像处理的系统流程，（3小时）；
第二章正交变换与采样定理，介绍图像的向量表示，图像的随机场表示；介绍正交变换原理，傅立叶变换原理，离散图像傅立叶变换( DFT )及快速傅立叶变换算法（FFT）；介绍K-L变换的原理和特点，图像的采样和量化等，（3小时）；
第三章投影变换与几何校正，介绍投影变换的原理，立体测量与投影变换的关系；介绍图像的几何变换，研究典型的变换关系、典型线性变换、二维面上的线性变换含义表示及特征；介绍图像校正的原理及典型方法，图像的插值原理及典型插值算法，（6小时）；
第四章图像增强，介绍图像增强的概念及作用；介绍传统的增强算法，包括灰度变换、直方图均衡、空域的平滑和锐化算法、频域的平化和锐化算法等；介绍同态增晰算法原理、特点和应用，掌握频域处理的基本思想；对实际案例进行分析，说明图像增强的应用，（6小时）；
第五章图像分割，介绍图像分割的概念及其在图像处理中的重要地位；介绍传统的分割算法，包括阈值分割、边缘检测、区域生长以及Hough变换等；介绍基于动态聚类的分割算法，介绍K均值聚类的原理、聚类分割的结果以及影响K均值聚类的主要因素，介绍模糊C均值聚类算法；介绍基于神经网络的分割方法，包括自组织神经网络（SOM）和自生成神经网络(SGNN)，（6小时）
第六章数学形态学在图像处理中的应用，介绍形态学的基本探测思想及相关概念；介绍基本的形态学运算，包括腐蚀、膨胀、开闭运算及其滤波性质、击中击不中运算及其应用；介绍二值形态学处理，包括二值形态学边界、条件膨胀、骨架算法、二值流域分割等典型算法及应用；介绍灰值形态学处理，包括灰值腐蚀和膨胀、开闭运算及其滤波性质、top-hat变换及其应用、灰值流域分割等典型算法及应用；对实际案例进行分析，介绍形态学方法在图像处理中的应用，（6小时）
第七章：图像恢复，图像恢复的概念，图像恢复与增强的异同；学习运动图像复原技术的定义与分类，介绍建立图像退化模型的方法及典型的图像退化模型；介绍运动模糊图像复原的基本原理，典型的运动模糊图像复原方法；几种恢复方法的性能比较；图像复原质量评价；运动图像复原方法的应用，（3小时）
第八章：小波原理及其图像应用，介绍从傅里叶变换到小波变换的时频分析法的理论发展过程，通过介绍小波变换的多分辨分析特性，分别介绍了离散小波变换与二进小波变换的快速实现，介绍了图像的多分辨分解与重建过程。从应用角度分别用实际案例介绍了小波变换在图像边缘检测中的应用，小波变换在图像去噪中的应用以及小波变换在图像融合中的应用，全面掌握小波的一系列典型应用，（3小时）
第九章目标检测、跟踪与识别应用，介绍目标检测、跟踪与识别技术的意义，举例说明目标探测、跟踪与识别系统的国内外发展现状与典型应用；介绍图像的特征形态与描述方法，以及运用图像分割技术进行目标检测和利用特征匹配技术的目标检测方法；介绍目标跟踪涉及的基本问题与基本原理，常用的目标跟踪方法；介绍克服交叉、遮挡的多目标跟踪方法，多种复杂环境下的跟踪算法实例（6小时）
第十章图像压缩，介绍图像压缩的思想、目的及可行性分析，压缩失真度衡量标准和技术指标；介绍与信息有关的基本概念，包括信息的度量、信息熵；介绍可逆保真编码方法，包括Huffman编码、B码、移位码、行程编码等典型无失真编码；介绍有限失真编码，包括插值编码、按块取齐编码等；介绍变换域编码、预测编码、矢量编码、图象帧间编码等各种编码算法原理；介绍JPEG与MPEG压缩标准，（3小时）
第十一章图像重建，介绍图像重建的概念、意义，介绍重建的基本原理；介绍典型的重建方法，滤波——逆投影法的重建原理，代数投影变换法的重建原理；图象重建技术的应用和发展，（3小时）。
2
、实验部分：
第一次实验课图像格式及可视化编程，介绍文件的输入与输出概念，介绍BMP图像文件结构及其读写过程；介绍图像数据的编程技巧及图像的可视化编程，（ 3小时）
第二次上机基础性实验，通过本次上机，学习BMP图像文件的基本结构，学习图像可视化编程；理解图像傅立叶变换的原理，掌握图像处理的基本操作，及其在频域的处理过程和技巧；自行完成基础部分的课后作业，（2小时）
第二次上机综合性实验，对细胞图像进行分割与测量；通过本次上机，分析细胞图像特点，在典型算法应用程序框架上完成细胞图像的分割和测量，并分析测量结果；将图像预处理、分割、分析等关键技术结合起来，理论与实践相结合，提高图像处理关键技术的综合应用能力，（2小时）
第三次上机开放性实验，根据给定实验任务，自主查阅相关文献、设计实验方案并进行结果分析；通过该开放性实验，激发学生学习兴趣，提高学生独立思考、综合运用所学基本知识的能力，培养创造性思维（2小时）
三．
教学安排及方式
理论教学：48小时，16次课，每次3小时。以课堂讲授为主，讲授与自学相结合，并在教授过程中穿插案例教学，以提高学生对知识的理解能力并提高学生的学习兴趣。
实践教学：9个小时，分基础性、综合性、开放性实验三个层次，提高学生的动手能力并培养学生分析问题和解决问题的能力；
四．
考核方式
上机实践及作业40%，笔试60%
五．
参考教材
2、 谢凤英，赵丹培. Visual C++数字图像处理，电子工业出版社，2008。
六．开课老师
姜志国 教授 宇航学院
谢凤英 副教授 宇航学院
赵丹培 讲师 宇航学院
李露 助理实验师 宇航学院
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