数字图像采集与处理 教学大纲

一、课程说明

课程编号： 090143Z10

课程名称：数字图像采集与处理/Digital Image Capturing and Processing 课程类别：专业课

学时/学分：40/2.5 （其中实验学时：8 ）

先修课程：多媒体技术基础、模拟电子技术、数字电子技术、传感器与检测技术

适用专业：测控技术与仪器、自动化、电气工程及自动化

教材、教学参考书：

1.刘文耀. 数字图像采集与处理.北京：电子工业出版社.2007年； 2.阮秋琦. 数字图像处理学. 北京：电子工业出版社. 2013年；

3.章毓晋. 图像处理和分析教程. 北京：人民邮电出版社. 2009；

4.冈萨雷斯(著)，阮秋琦(译).数字图像处理(第三版).北京：电子工业出版社.2011年

二、课程设置的目的意义

本课程是为测控技术与仪器、自动化、电气工程及其自动化专业高年级本科生开设的专业选修课。本课程的设置目的是让学生系统学习图像信号采集、处理等方面基本概念，掌握有关图像采集器件、图像处理基础技术知识，并学习有关图像量测、压缩编码、物体识别等应用扩展知识。使学生具备获取、处理图像、从图像中获取有用的信息的基本技能，并为学习机器视觉、模式识别等知识奠定基础。

三、课程的基本要求

知识：了解图像分类与表示；掌握图像成像系统组成、成像设备的工作原理，了解人类视觉知识；掌握图像离散化、傅立叶分析基本概念；掌握图像信号采样、图像增强、几何变换、图像分割、图像压缩、二值图像处理等基本概念；掌握模式匹配、图像量测、物体识别等知识；了解图像处理在工业中的应用实例等。

能力：通过学习图像信号采集、处理等方面基本概念，要求学生了解图像采集器件及技术特点、深入掌握图像处理基础技术知识，学会必要的算法编程技术，并了解有关应用扩展知识，具备获取、处理、识别图像的基本技能。最终具备将数字图像处理中的各种方法及实现算法用于解决实际的工程问题的能力。

素质：培养学生分析图像、发现特征、制定问题解决方案等方面的技术素质，参考人脑处理识别图像信息方式，实现到视觉处理算法机器实现的科研思维。提高理论和实际问题结合的分析，提高学以致用等基本素质。通过课程实验，在实践中提升检验判断解决问题的意识，形成初步的科研素质，提倡培养创新意识。

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四、教学内容、重点难点及教学设计

章节 教学内容 总学时 学时分配 讲课 实教学重点 (含研践 讨) 图像基本概念、的特点，与人们生活、工业生产的关系 教学难点 教学方案设计（含教学方法、教学手段） 多媒体授课，加强客观刺激与主观响应分析。用典型的应用和实例结合现状和发展讲解图像的概念及其分类，并说明数字图像处理的意义和研究内容。 教学思路：按模拟-数字-彩色-灰度-二值图像推进；扩展立体视、立体、时变、频谱的图像。结合分类介绍表述方法。 教学模式：各种实例展示，实例分析。 教学思路：说明光学成像的原理、导出计算机图像采集的过程 教学模式：结合电视制式、扫描过程展示数据获取过程。 另安排2学时实验 教学思路：讲解视觉知识原理；结合各种图像色彩、错视进行讲解。 教学模式：通过大量实例来激发学生视觉知识深入理解；将视觉冲击上升到理论高层 教学思路：借助一维信号分析完成二维频率域的扩展； 教学模式：通过傅里叶变换、反变换揭示图像频谱特征，数字化中的采样密度的影响。 教学思路：调整灰度分布，改善图像质量、突出有效信息、抑制无效部分。把握信号处理中的信噪比提升关键，展开灰度图像增强各种算法； 教学模式：结合photoshop软件介第1讲 图像信息导论 2 2 多角度描述图像，图像信息特征。 图像分类方法、特点、表第2讲 示； 图像处理系统构成 2 2 图像分类方法、特点，它们相图像数学 互关系及模型 转换。图像建模实验系统组成 成像原理与采第3讲 集过程 图像文件格式 4 2 电视制式、图像扫描隔行扫描 信号转换 2 特点 BMP图像BMP图像标准 文件结构 第4讲 视觉知识，色彩知识； 2 2 色彩系统色彩系统、模型特点、 形态特点、错视的原错视现象。 因分析 图像离散化方第5讲 法及其频谱 分析 2 2 采样函数、离散化方傅里叶频法、结果 谱分析、 分析、 空间频率 概念 直方图、正规化、平坦化、线性与非线性变换 几种平滑原理与算法 灰度映射、对数、指数型变换关系 抑制噪声与保持边缘的矛盾 第6讲 图像增强----—灰度变换 图像增强----—平滑与去噪 图像增强 2 2 第7讲 第8讲 2 4 2 2 2 边缘增强高频信息、第 2 页/ 共 4 页

章节 教学内容 ----边缘提取与锐化 总学时 第9讲 几何变换 2 第10讲 图像分割与二值化 2 第11讲 二值图像处理1 2 第12讲 二值图像处理2 4 第13讲 哈佛变换与线条检测 2 第14讲 图像压缩 2 第15讲 图像匹配 2 学时分配 教学方案设计（含教讲课 实教学重点 教学难点 学方法、教学手段） (含研践 讨) 原理与算最佳边缘 绍，加强灰度变换的法 提取 感性认识和理性知识。多方法优缺点比较 教学思路：多种变换的数学模型来讲解多种变换图像的几何变换；结几何位置的数学模合应用场合分析说2 正变换与型、点到点明。 反 变换 形态描述教学模式：原理讲授与渲染 后课内演示变形动画生成技术、图像几何调整编程技术。 教学思路：强调场景物体分析识别的必二值化概经之路、分割依据与各种二值念、适应场方法；结合应用例子化方式的合、阈值选2 分析图像分割方法， 思路与实取、非均匀教学模式：结合道路现方法 关照问题场景、生产线物件分的对策 离应用进行讲述，重点在二值化。 拓扑特性、教学思路：把握二值连通性、拓标号化、收图像的特点与二值扑特性、各2 缩扩张融图像处理的特殊性,种算法分合、距离 把握物体量测与识析思路 变换 别必须的形态特征参数提取 技术。 大量处理边界追踪、算法设计教学模式：处理步曲线追踪、分析与实方法的思路、2 2 矩特性、复现技术途骤、算法实现途径、展示处理过程、进行杂度 径 实例效果分析 教学思路：通过哈佛变换讲述信息智能处理的关键在于自哈佛变换三个基本集聚，在变换空间实2 原理、直线 规律、变换 现信息 获取 检测 空间 教学模式：空间变换映射，道路、建筑物直线提取分析 教学思路：图像信息的频率域特征、信息各种压缩有损无损的取舍、压缩与复原2 方法，余弦压缩、频谱 原理 正交变换 分析 教学模式：各种压缩方式、结果分析。 教学思路：通过学习图像识别的计算方法，了解旋转、大小、基本方法色彩对图像匹配的复杂度分2 与改进方影响。 析、无关性 法 教学模式：匹配识别过程样例演示，复杂度分析、降维方法介绍 第 3 页/ 共 4 页

章节 教学内容 总学时 学时分配 讲课 实教学重点 (含研践 讨) 教学难点 教学方案设计（含教学方法、教学手段） 第16讲 应用案例 2 2 工业应用实例介绍，实际问题2 分析和数字图像处理系统的构成 合计 40 32 8 教学思路：给出多个科研实例，引导学生分析问题，运用图像处理理论和技术，解决实际系统的各种解决问题问题。展示复杂过的思路与程。 实现技术 教学模式：介绍3途径 种典型实际项目，演示现场情况并进行评价； 学生通过实验课进行编程，实现图像量测与识别。 注：实践包括实验、上机等 五、实践教学内容和基本要求

实验名称 图像采集 图像应用软件 实验内容 通过实物和实际操作掌握数字图像的采集过程 各类图像增强方法的比较 使用课堂学习到的处理算法编程处理图像，实现图像读写、显示、直方图统计、平滑、锐化、二值化等基本 功能 通过前面的图像处理和分割等高级功能实现一个简单的数字图像处理系统构建 学时 2 2 基本要求 掌握用摄像头、图像采集卡采集图像的基本操作知识 掌握Photoshop软件的基本使用方法，使用各种手法处理采集到的图像 图像处理算法实现 2 能编程实现各类图像处理方法 图像处理系统 2 对数字图像处理系统有一个全面认识 六、考核方式及成绩评定

教学过程中采取讲授、讨论、分析、实验的方式进行，注意过程实践考核，考核方式包括：笔试、实验报告、习题等；过程考核占总评成绩的40%，期末考试点60%。 考核方式 课程考勤 实验与报告、习题 期末考试 考核内容 知识学习基本要求 解决问题和创新能力 课程知识和分析能力 成绩比例（%） 10 30 60 备注 七、大纲主撰人： 大纲审核人：

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