数字图像处理教学大纲
一、说明
（一）课程性质
限选
（二）教学目的
数字图像处理是电子信息工程专业的专业限选课。
通过本课程的学习，使学生系统的了解数字图像的基本概念、数字图像形成的原理，掌握数字图像处理的理论基础和技术方法，培养和增强学生数字图像处理技能的创新意识和创新思维，提高实际动手能力和创新能力，为今后能够从事有关数字图像处理的研究和技术方法应用等工作掌握必备的基础知识。
（三）教学内容
视觉基础，数字图像的空间滤波、频域滤波，数字图像的复原与重建，数字图像压缩。
（四）教学时数
72学时
（五）教学方式
PPT结合板书。
二、本文
理论部分
第1章绪论
教学要点：
1、理解数字图像处理与数字信号处理的关系
2、了解数字图像处理技术现状
3、了解数字图像处理的发展趋势和研究热点
4、了解图像工程的概念及相关学科
教学时数：
2
教学内容：
1.1 什么是数字图像处理（1学时）
一、数字图像处理的基本概念
二、数字图像处理的主要方法
三、数字图像处理的基本内容
1.2 数字图像处理的起源及发展（1学时）
一、数字图像处理的起源
二、数字图像处理的发展
1.3 数字图像处理的应用（1学时）
一、不同波段的应用
二、不同领域的应用
1.4 数字图像处理系统的组成（1学时）
一、输入模块
二、输出模块
三、存储模块
四、通信模块
五、数字图像处理与分析模块
第2章数字图像基础
教学要点：
1、了解人类感知图像的机理和参数
2、了解数字图像处理的基本类型及文件格式
3、掌握图像的基本几何变换
4、掌握图像的基本统计分析
教学时数：
4
教学内容：
2.1 视觉感知要素（0.5学时）
一、人眼的结构
二、视觉系统成像
三、亮度视觉
四、颜色视觉
2.2 图像感知和获取（0.5学时）
一、使用传感器获取图像
二、简单的成像模型
三、图像数字化
2.3 图像的几何变换（1学时）
一、像素间的基本关系
二、基本坐标变换
三、几何失真校正
四、灰度插值
2.4 数字图像处理的数学方法（1学时）
一、算数操作
二、逻辑操作
三、灰度变换
四、频域变换
五、概率方法
第3章灰度变换与空间滤波教学要点：
1、掌握基本的灰度变换及应用
2、掌握直方图匹配的原理及设计
3、掌握图像的卷积运算
4、掌握图像的统计排序滤波器设计
教学时数：
6
教学内容：
3.1 基本灰度变换（2学时）
一、线性变换
二、分段线性变换
三、灰度级分层（窗切片）
四、对数变换
五、幂次（伽马）变换
六、比特面分层
3.2 直方图处理（2学时）
一、直方图均衡
二、直方图匹配（规定化）
三、局部直方图均衡
3.3 空间滤波基础（2学时）
一、空间滤波原理
二、平滑空间滤波器
三、锐化空间滤波器
四、混合空间增强法
第4章频域滤波
教学要点：
1、掌握二维傅里叶变换的基本性质
2、掌握基本频域滤波器的设计
3、掌握数字图像的离散余弦变换
教学时数：
4
教学内容：
4.1 傅里叶变换（1学时）
一、一维傅里叶变换
二、二维傅里叶变换
4.2 频率域滤波（2学时）
一、低通滤波器设计
二、高通滤波器设计
三、选择性滤波器设计
四、同态滤波
4.3 离散余弦变换（1学时）
一、一维离散余弦变换
二、二维离散余弦变换
三、数字图像离散余弦变换的应用
第5章图像复原与重建教学要点：
1、了解图像的基本噪声特性
2、掌握用于图像复原的空间滤波方法
3、掌握用于图像复原的频域滤波方法
教学时数：
8
教学内容：
5.1 图像退化/复原模型（0.5学时）
一、图像退化/复原模型的设计
二、图像复原的基本方法
5.2 噪声模型（0.5学时）
一、常见噪声的概率密度函数
二、周期噪声
三、噪声参数的估计
5.3 只存在噪声的复原——空间滤波（2学时）
一、均值滤波
二、统计排序滤波
三、自适应滤波
5.4 频域滤波消除周期噪声（1学时）
一、带阻滤波器
二、带通滤波器
三、陷波滤波器
四、最佳陷波滤波器
5.5 频域滤波消除周期噪声（1学时）
一、带阻滤波器
二、带通滤波器
三、陷波滤波器
四、最佳陷波滤波器
5.6 估计退化函数（1学时）
一、图像观察估计法
二、试验估计法
三、模型估计法
5.7 图像复原方法（2学时）
一、逆滤波图像复原
二、无约束最小二乘法
三、有约束最小二乘法
四、维纳滤波
五、功率谱平衡复原
六、平滑约束复原
第6章图像压缩教学要点：
1、掌握二维傅里叶变换的基本性质
2、掌握基本频域滤波器的设计
3、掌握数字图像的离散余弦变换
教学时数：
4
教学内容：
6.1 图像压缩基础（1学时）
一、图像冗余
二、图像信息的度量
三、保真度准则
四、图像压缩标准
6.2 基本压缩方法（3学时）
一、霍夫曼编码
二、算术编码
三、比特面编码
四、预测编码
五、变换域编码
第7章形态学图像处理教学要点：
1、了解数学形态学基础
2、掌握二值形态学图像处理方法
3、掌握灰度形态学图像处理方法
教学时数：
3
教学内容：
7.1 二值形态学图像处理（1学时）
一、腐蚀与膨胀
二、开运算与闭运算
7.2 灰度形态学图像处理（1学时）
一、腐蚀与膨胀
二、开运算与闭运算
7.3 形态学滤波及骨架抽取（1学时）
一、形态学滤波
二、骨架抽取
第8章图像分割技术教学要点：
1、掌握基于阈值的图像分割方法
2、掌握基于区域的图像分割方法
3、掌握基于边缘检测的图像分割方法
4、掌握基于Hough变换的线-圆检测
5、掌握运动目标分割
教学时数：
7
教学内容：
8.1 基于阈值选取的图像分割方法（1学时）
一、灰度阈值分割
二、直方图阈值
8.2 基于区域的图像分割方法（2学时）
一、区域生长法
二、分裂-合并方法
8.3 基于边缘检测的图像分割（1学时）
一、边缘检测的基本原理
二、边缘检测算子
8.4 基于Hough变换的线-圆检测（1学时）
一、Hough变换原理
二、Hough变换的应用
8.5 运动目标分割（1学时）
一、图像背景差值法
二、图像差分法
实验部分
（一）基本要求
1、了解MATLAB图像处理的主要功能
2、掌握MATLAB处理图像的基本函数
2、掌握图像处理基本算法的Matlab语言编程
（二）实验项目总表
（三）实验项目内容及要求
实验目的：
1、熟练使用MATLAB完成图像处理的主要功能
2、通过实验使学生更好地掌握数字图像处理课程的内容
实验设备：
教师示范用投影仪一台
微型计算机每个学生一台
实验内容：
1、Matlab图像处理工具箱的使用
掌握Matlab图像处理的基本函数
2、图像的几何变换
实现图像的缩放、旋转，插值。
3、图像的灰度变换
实现图像的线性变换、非线性变换，直方图均衡。
4、图像的空域滤波
实现图像的平滑、锐化。
5、图像的频域滤波
实现低通、高通、带通滤波器。
6、图像的恢复
用空间滤波法实现图像的复原
7、图像的压缩编码
实现霍夫曼编码或频域压缩编码
8、数学形态学图像处理
对图像进行形态学操作
9、静态图像分割
实现阈值分割与区域增长法对图像进行分割
10、运动图像目标分割
运用背景差值、图像差分方法进行运动目标分割
11、综合性实验
实现基于DCT或小波变换的数字水印。
三、参考书目
1、冈萨雷斯等著，阮秋琦等译，《数字图像处理》，电子工业出版社，2011年第3版。
2、冈萨雷斯著，阮秋琦等译，《数字图像处理MATLAB版》，电子工业出版社，2013第2版年。
3、章毓晋著，《图像工程（上）》，清华大学出版社，2012年第3版。
本课程使用教具和现代教育技术的指导性意见
PPT结合板书，示范典型图像处理的M语言代码。