《数字图像处理技术》课程教学大纲
课程代码：090642009
课程英文名称：Digital Image Processing Technology
课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0
适用专业：光电信息科学与工程
大纲编写（修订）时间：2017.10
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
数字图像处理技术课程是光电信息科学与工程专业的专业选修课，是一门多学科交叉、理论性和实践性都很强的综合性课程，通过对本课程的学习，使学生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，着重掌握数字图像的增强、复原、压缩和分割的基本理论和实现方法，为将来从事相关领域工作和科学研究奠定基础。
通过本课程的学习，学生将达到以下要求：
1．掌握数字图像处理技术原理、算法和实现方法一般规律，具备数字图像处理初步能力；
2．具有运用软件开发工具实现数字图像处理技术的能力；
3．树立正确的设计开发思想，了解国内外新发展和技术前沿。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求
1.基本知识：掌握图像处理的基本概念、基本原理，并在此基础上掌握图像处理的整体结构框架、掌握图像处理的基本方法。
2.基本技能：掌握利用数字图像处理技术的基础知识和基本理论，逐渐形成观察、思考、分析和解决有关理论和实践问题的能力。
（三）实施说明
1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性；注意培养学生提高利用标准、规范及手册等技术资料的能力。讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。
2．教学手段：本课程属于技术基础课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。
3．计算机编程：要求学生能采用软件集成开发环境进行基本算法编程实现。
（四）对先修课的要求
本课程的教学必须在完成先修课程之后进行。本课程主要的先修课程有C语言程序设计、线性代数等。本课程将为数字图像处理课程设计以及毕业设计的学习打下良好基础。
（五）对习题课、实验环节的要求
1．对重点、难点章节（如：空间图像增强、频率域图像增强、图像压缩、图像分割等）应安排习题课，例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识，用以解决实际问题为目的。
2．课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及计算方面的内容，作业要能起到巩固理论，掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力，熟悉标准、规范等的作用，对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并适当安排课内讲评作业。学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。
3．本课程的课程设计单独设课，单独考核，具体要求参见相应的课程设计教学大纲。
（六）课程考核方式
1．考核方式：考查
2．考核目标：在考核学生对数字图像处理基本知识、基本原理和方法的基础上，重点考核学生的分析能力、算法设计能力。
3．成绩构成：本课程的总成绩主要由两部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）占20%，期末考试成绩占80%。平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出。
（七）参考书目:
《数字图像处理(第二版)》，冈萨雷斯等著，阮秋琦等译，电子工业出版社 2003年。
《图像处理和分析（第二版）》章毓晋，清华大学出版社，2002年。
《数字图像处理（MATLAB 版）》冈萨雷斯，电子工业出版社，2004年
二、中文摘要
本课程是光电信息科学与工程专业学生必修的一门专业选修课程。通过对课程的讲授，使学生，培养学生利用数字图像处理技术的原理和方法解决实际问题的能力。课程主要内容包括：数字图像基础、数字图像增强、数字图像复原、彩色数字图像处理、数字图像压缩、数字图像分割等。
三、课程学时总体分配表
四、教学内容及基本要求
第1部分概论
总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0
第1.1部分数字图像处理的应用实例（讲课1学时）具体内容：
1）X射线成像；
2）可见光及红外波段成像；
3）无线电波成像。
第1.2部分数字图像处理的基本步骤、系统部件（讲课1学时）具体内容：
1）数字图像处理的基本步骤；
2）数字图像处理系统的部件。
重点:
数字图像处理与数字图像处理系统
难点：
图像工程及其与相关学科的联系与交叉点
习题
无
第2部分数字图像基础
总学时(单位：学时):3 讲课:3 实验:0 上机:0
第2.1部分图像感知和获取（讲课1学时）
具体内容：
1）用带状传感器获取图像；
2）用传感器阵列获取图像；
3）简单的图像形成模型。
第2.2部分图像取样和量化（讲课1学时）
具体内容：
1）取样和量化的基本概念；
2) 数字图像表示；
3）空间和灰度级分辨率。
第2.3部分像素间的一些基本关系、线性和非线性操作（讲课1学时）
具体内容：
1）邻接性、连通性、区域和边界；
2）距离度量；
3）线性和非线性操作。
重点：
人眼的视觉特性、连续图像的数学描述，采样和量化，像素间的联系，算术和逻辑运算难点：
采样和量化参数的选择
习题
数量4 – 5题，由浅入深，涵盖重点内容。
第3部分空间图像增强
总学时(单位：学时):5 讲课:5 实验:0 上机:0
第3.1部分空间图像增强的背景知识、基本灰度变换（讲课1学时）
具体内容：
1）图像反转；
2）对数变换；
3）幂次变换。
第3.2部分直方图处理（讲课1学时）
具体内容：
1）直方图均衡化；
2）直方图匹配（规定化）；
3）局部增强。
第3.3部分算术/逻辑操作增强（讲课1学时）
具体内容：
1) 图像减法处理；
2) 图像平均处理。
第3.4部分空间滤波基础、平滑空间滤波器（讲课1学时）
具体内容：
1) 平滑线性滤波器；
2) 统计排序滤波器。
第3.5部分锐化空间滤波器及混合空间增强法（讲课1学时）
具体内容：
1) 基于二阶微分的图像增强——拉普拉斯算子；
2) 基于一阶微分的图像增强——梯度法。
重点:
直接灰度增强，直方图处理，锐化滤波器，局部增强
难点：
图像的空间域平滑，中值滤波，图像锐化方法
[教学建议]：
习题
数量4 – 5题，由浅入深，涵盖重点内容。
第4部分频率域图像增强
总学时(单位：学时): 4 讲课:4 实验:0 上机:0
第4.1部分傅立叶变换和频率域介绍（讲课1学时）
具体内容：
1）二维DFT及其反变换；
2）频率域滤波。
第4.2部分频率域的平滑滤波器（讲课1学时）
具体内容：
1）理想低通滤波器；
2）巴特沃思低通滤波器；
3）高斯低通滤波器。
第4.3部分频率域的锐化滤波器（讲课1学时）
具体内容：
1) 理想高通滤波器；
2) 巴特沃思高通滤波器；
3）高斯型高通滤波器。
第4.4部分同态滤波器（讲课1学时）
重点:
二维傅里叶变换和性质，快速傅里叶变换算法实现，可分离图像变换，频率域的平滑滤波器难点：
频率域的锐化滤波器及同态滤波器的实现
习题：
数量4 – 5题，由浅入深，涵盖重点内容。
第五部分图像复原
总学时(单位：学时):5 讲课:5 实验:0 上机:0
第5.1部分图像退化/复原过程的模型、噪声模型（讲课1学时）
具体内容：
1）噪声的空间和频率特性；
2）些重要噪声的概率密度函数；
3）噪声参数的估计。
第5.2部分噪声条件下的图像复原空间滤波（讲课1学时）
具体内容：
1）均值滤波器；
2）顺序统计滤波器；
3）自适应滤波器。
第5.3部分频率域滤波削减周期噪声（讲课1学时）
具体内容：
1）带阻滤波器；
2）带通滤波器；
3）陷波滤波器。
第5.4部分线性位置不变的退化、估计退化函数（讲课1学时）
具体内容：
1）图像观察估计法；
2）试验估计法；
3）模型估计法。
第5.5部分逆滤波及维纳滤波（讲课1学时）
具体内容：
1）逆滤波；
2）维纳滤波。
重点:
单纯噪声条件下的图像复原空间滤波、频率域滤波削减周期噪声、线性位置不变的退化、估计退化函数、逆滤波及维纳滤波
难点：
退化函数的估计、逆滤波及维纳滤波
习题：
数量4 – 5题，由浅入深，涵盖重点内容。
第六部分彩色图像处理
总学时(单位：学时):5 讲课:5 实验:0 上机:0
第6.1部分彩色基础（讲课1学时）
第6.2部分彩色模型（讲课1学时）
具体内容：
1）RGB彩色模型；
2）CMY和CMYK模型；
3）HSI彩色模型。
第6.3部分伪彩色处理（讲课1学时）
具体内容：
1）强度分层；
2）灰度级到彩色转换。
第6.4部分全彩色处理基础（讲课1学时）
第6.5部分彩色变换（讲课1学时）
具体内容：
1）公式；
2）补色；
3）彩色分层。
重点:
彩色基础和模型、伪彩色处理、全彩色处理基础及彩色变换
难点：
不同颜色空间的定义和选择
习题：
数量4 – 5题，由浅入深，涵盖重点内容。
第七部分图像压缩
总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0
第7.1部分图像压缩理论及模型（讲课1学时）
具体内容：
1）编码冗余；
2）信源编码器和信源解码器；
3）信道编码器和解码器。
第7.2部分无损压缩（讲课1学时）
具体内容：
1）变长编码；
2）LZW编码；
3）无损预测编码。
第7.3部分有损压缩（讲课1学时）
具体内容：
1）有损预测编码；
2）变换编码；
3）小波编码。
第7.4部分图像编码常用方法，评价方法和国际标准（讲课1学时）具体内容：
1）二值图像压缩标准；
2）连续色调静止图像压缩标准；
3）视频压缩标准。
重点:
无损预测编码，有损预测编码，变换编码系统
难点：
变换选择，子图像尺寸选择，比特分配
习题：
数量4 – 5题，由浅入深，涵盖重点内容。
第八部分图像分割
总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0
第8.1部分间断检测（讲课1学时）
具体内容：
1）点检测；
2）线检测；
3）边缘检测。
第8.2部分边缘连接和边界检测（讲课1学时）
具体内容：
1）局部处理；
2）通过霍夫变换进行整体处理；
3）通过图论技术进行全局处理。
第8.3部分门限处理（讲课1学时）
具体内容：
1）亮度的作用；
2）基本全局门限；
3）基本自适应门限。
第8.4部分基于区域的分割（讲课1学时）
具体内容：
1）基本公式；
2）区域生长；
3）区域分离与合并。
重点:
间断检测、边缘连接和边界检测、基于区域的分割边缘检测难点：
图像分割，轮廓跟踪
习题：
数量4 – 5题，由浅入深，涵盖重点内容。
数字图像处理 课程编码：3073009223 课程名称：数字图像处理 总学分： 2 总学时：32 (讲课28，实验4) 课程英文名称：Digital Image Processing 先修课程：概率论与数理统计、线性代数、C++程序设计 适用专业：自动化专业等 一、课程性质、地位和任务 数字图像处理课程是自动化专业的专业选修课。本课程着重于培养学生解决智能化检测与控制中应用问题的初步能力，为在计算机视觉、模式识别等领域从事研究与开发打下坚实的理论基础。主要任务是学习数字图像处理的基本概念、基本原理、实现方法和实用技术，并能应用这些基本方法开发数字图像处理系统，为学习图像处理新方法奠定理论基础。 二、教学目标及要求 1．了解图像处理的概念及图像处理系统组成。 2．掌握数字图像处理中的灰度变换和空间滤波的各种方法。 3．了解图像变换，主要是离散和快速傅里叶变换等的原理及性质。 4．理解图像复原与重建技术中空间域和频域滤波的各种方法。 5. 理解解彩色图像的基础概念、模型和处理方法。 6. 了解形态学图像处理技术。 7. 了解图像分割的基本概念和方法。 三、教学内容及安排 第一章：绪论（2学时） 教学目标：了解数字图像处理的基本概念，发展历史，应用领域和研究内容。通过大量的实例讲解数字图像处理的应用领域；了解数字图像处理的基本步骤；了解图像处理系统的组成。 重点难点：数字图像处理基本步骤和图像处理系统的各组成部分构成。 1.1 什么是数字图像处理 1.2 数字图像处理的起源
1.3.1 伽马射线成像 1.3.2 X射线成像 1.3.3 紫外波段成像 1.3.4 可见光及红外波段成像 1.3.5 微波波段成像 1.3.6 无线电波成像 1.3.7 使用其他成像方式的例子 1.4 数字图像处理的基本步骤 1.5 图像处理系统的组成 第二章：数字图像基础（4学时） 教学目标：了解视觉感知要素；了解几种常用的图像获取方法；掌握图像的数字化过程及其图像分辨率之间的关系；掌握像素间的联系的概念；了解数字图像处理中的常用数学工具。 重点难点：要求重点掌握图像数字化过程及图像中像素的联系。 2.1 视觉感知要素（1学时） 2.1.1 人眼的构造 2.1.2 眼镜中图像的形成 2.1.3 亮度适应和辨别 2.2 光和电磁波谱 2.3 图像感知和获取（1学时） 2.3.1 用单个传感器获取图像 2.3.2 用条带传感器获取图像 2.3.3 用传感器阵列获取图像 2.3.4 简单的图像形成模型 2.4 图像取样和量化（1学时） 2.4.1 取样和量化的基本概念 2.4.2 数字图像表示 2.4.3 空间和灰度级分辨率 2.4.4 图像内插 2.5 像素间的一些基本关系（1学时） 2.5.1 相邻像素 2.5.2 临接性、连通性、区域和边界 2.5.3 距离度量 2.6 数字图像处理中所用数学工具的介绍 2.6.1 阵列与矩阵操作
数字图像处理技术试题库 一、单项选择题：(本大题 小题, 2分/每小题,共 分) 1.自然界中的所有颜色都可以由（）组成 A.红蓝绿 B.红黄绿 C.红黄蓝绿 D.红黄蓝紫白 2. 有一个长宽各为200个象素，颜色数为16色的彩色图，每一个象素都用R(红)、G(绿)、B(蓝)三个分量表示，则需要（）字节来表示 A.100 B.200 C.300 D. 400 3.颜色数为16种的彩色图，R(红)、G(绿)、B(蓝)三个分量分别由1个字节表示，则调色板需要（）字节来表示 A.48 B.60 C.30 D. 40 4.下面哪一个不属于bmp 文件的组成部分 A ．位图文件信息头 B. 位图文件头 C.调色板 D. 数据库标示 5.位图中，最小分辨单元是 A.像素 B.图元 C.文件头 D.厘米 6.真彩色的颜色数为 A.888?? B. 161616?? C.128128128?? D.256256256?? 7.如果图像中出现了与相邻像素点值区别很大的一个点，即噪声，则可以通过以下方式去除 A.平滑 B.锐化 C. 坐标旋转 D. 坐标平移 8.下面哪一个选项不属于图像的几何变换() A.平移 B.旋转 C. 镜像 D. 锐化 9.设平移量为x x t t (,)，则平移矩阵为() A .1 0 00 1 0 1x y t t ?????????? B. 1 0 00 -1 0 1x y t t ??-???????? C.1 0 00 1 0 - 1x y t t ????????-?? D.1 0 00 1 0 - -1x y t t ?????????? 10.设旋转角度为a ，则旋转变换矩阵为() A ．cos() sin() 0sin() cos() 00 0 1a a a a -?????????? B ．cos() sin() 0sin() cos() 00 0 1a a a a ?????????? C ．sin() cos() 0 sin() cos() 0 0 0 1a a a a -?????????? D ．cos() sin() 0sin() cos() 00 0 1a a a a -????-?????? 11.下面哪一个选项是锐化模板 A ．-1 -1 -1-1 9 -1-1 -1 -1??????????g B ．-1 -1 -1-1 -9 -1-1 -1 -1??????????g C ．-1 -1 -1-1 8 -1-1 -1 -1??????????g D ．-1 -1 -1-1 6 -1-1 -1 -1?????????? g 12.真彩色所能表示的颜色数目是 A ．128128? B ．256256256 ?? C ．256 D ．6059
数字图像处理技术从基础到实战 本课程包含图像处理的基础知识以及案例应用，通过视频教程+在线交流的形式展现，力求为读者提供最便捷、直接的技术支持，解决学员在图像处理相关研发过程中遇到的最具体、实际的技术难点，争取与广大学员分享研发过程中所涉及的功能模块及某些成熟的系统框架，为读者进行科学实验、项目开发提供一定的技术支持。 课程大纲： 第1课数字图像处理概述 1、数字图像处理发发展史 2、数字图像处理是概述？ 3、数字图像处理工具箱介绍？ 4、数字图像处理常用技能 5、数字图像在计算机中怎么表示？ 6、数字图像常用计算机表示类型 7、数字图像转换技巧 8、数字图像数组处理技巧 9、案例演示：常用图像处理技术GUI编程 第2课图像时域变换 1、时域空间概述 2、常见的灰度变换函数 3、直方图的概念 4、时域空间滤波基础 5、什么是平滑空间滤波器？ 6、什么是锐化空间滤波器？ 7、什么是混合空间增强？ 8、案例演示：图像去雾 第3课图像频域变换 1、什么是频域空间？ 2、常用的基本概念 3、什么是傅里叶变换？ 4、离散傅里叶变换用法 5、多维傅里叶变换用法 6、案例演示：图像频域滤波可视化编程 第4课图像复原和重建技术 1、常见的图像噪声模型 2、空间滤波图像复原 3、频域滤波图像复原 4、逆滤波图像复原 5、维纳滤波图像复原
6、约束的最小二乘滤波图像复原 7、Lucy-Richardson图像复原 8、案例演示：盲卷积图像复原 第5章彩色图像处理 1、彩色图像概述 2、常见的彩色模型 3、伪彩色图像处理 4、全彩色图像处理 5、彩色变换 6、平滑和锐化 7、基于彩色的图像分割 8、彩色图像中的噪声处理 9、彩色图像压缩 10、案例演示：彩色图像处理 第6课小波和多分辨率处理 1、图像中的小波 2、多分辨率处理 3、一维小波变换 4、快速小波变换 5、二维小波变换 6、案例演示：基于小波分解的图像融合案例 第7课图像压缩处理技术 1、压缩处理原理 2、图像压缩处理常用方法 3、案例演示：数字图像水印嵌入及提取案例 第8课形态学图像处理 1、图像形态学概述？ 2、腐蚀和膨胀 3、开操作与闭操作 4、击中或击不中变换 5、常见形态学算法 6、灰度级形态学 7、案例演示：图像形态学去噪 第9课图像分割处理技术 1、图像分割注意事项 2、点、线和边缘检测 3、阈值处理 4、基于区域的分割 5、使用形态学分水岭的分割
《数字图像处理》研研究生课程教学大纲 （课程编号S009108 学分-学时-上机 3-54-12） 东南大学计算机科学与工程学院 一、课程的性质与目的 本课程为计算机科学与技术一级学科中图像处理与科学可视化方向的重要专业课，包含了该专业方向学生必须掌握的专业知识。 通过课程学习，学生除了掌握必须的专业技术知识外，还需要了解该方向的研究前沿，提高阅读专业学术资料和解决实际问题的能力。 二、课程内容的教学要求 本课程采用讲课+自学+讨论的教学模式。其中，讲课环节以综述为主，重点介绍各知识点的问题提出、解决思路、主要算法、评估；自学环节需要学生阅读专业论文并进行实验，得出结论；讨论环节由学生进行论文阅读及实验结论的交流，加深理解，并由此了解研究前沿。 讲课课时安排（24课时）： 1.数字图像处理概述（3）：数字图像处理技术的发展历史，包含的主要内容，应 用，相关的学科方向 2.线性系统分析方法、傅里叶变换（3）：复习线性系统基本知识，复习一维傅里 叶变换，掌握二维傅氏变换及性质，线性滤波器设计。 3.图像几何变换及插值（3）：图像几何变换应用，重点插值方法 4.图像增强综述（6）：图像增强的目的，算法分类，各类算法的基本原理及性能 5.图像分割综述（6）：图像分割的目的，算法分类，各类算法的基本原理及性能 6.图像压缩综述（3）：图像压缩的目的，算法分类，各类算法的基本原理及性能， JPEG标准简介 实验及讨论课时安排（30课时）： 1.图像插值（实验3 +讨论3） 2.图像增强（实验3 +讨论3） 3.图像分割（实验3 +讨论3） 4.图像压缩（实验3+讨论3） 5.课程论文（讨论6） 三、上机实验要求 实现选择算法，并给出实验结果及算法性能评估数据。 四、能力培养的要求 1.自学能力的培养：提高学生自学及查阅学术文献的能力。 2.分析能力和实验能力的培养：要求学生能够实现文献提供的算法，并能自主给出算 法性能的评价。 3.科研和创新能力的培养：培养独立思考、深入钻研问题的习惯，提高学术交流能力。
数字图像处理技术练习
1． 图像中每个像素点的灰度值如下图所示： 分别求经过邻域平滑模板、邻域高通模板和中值滤波处理后的结果。其中不能 处理的点保持不变如果处理后的值为负数则变为0。邻域平滑模 板01011 14010H ????=??????，邻域高通模板010141010H -????=--????-?? ，中值滤波窗口取3×3矩阵，窗口中心为原点。 2． 图像中每个像素点的灰度值如下图所示： 分别求经过邻域平滑模板、邻域高通模板和中值滤波处理后的结果。其 中不能处理的点保持不变如果处理后的值为负数则变为0。邻域平滑模 板11111018111H ????=??????，邻域高通模板111181111H ---????=--????---?? ，中值滤波窗口取3×3矩阵，窗口中心为原点。 3．设有以下信源符号w1,w2,w3,w4,w5和概率P(w1)=0.3, P(w2)=0.2, P(w3)=0.2, P(w4)=0.2, P(w5)=0.1。请对此信源进行Huffman 编码，并计 算熵，平均码长和编码效率。 (log 20.3= -1.737,log 20.2= -2.322,log 20.1=-3.322) 4．设有以下信源符号w1,w2,w3,w4,w5和概率P(w1)=0.5, P(w2)=0.2, P(w3)=0.1, P(w4)=0.1, P(w5)=0.1, 请对此信源进行Huffman 编码，并计算熵，平均码
幅 4．一个灰度变换形式如下图所示，该灰度变换的作用是（ B ）。 A ．灰度反转 B ．二值化 C ．灰度均衡 D ．对比度增强 5．一个灰度变换形式如下图所示，该灰度变换的作用是（ A ）。 A ．灰度反转 B ．二值化 C ．灰度均衡 D ．对比度增强 6．一个三段线性变换如下图所示,横轴表示原始灰度，纵轴表示变换后灰度。以下关于该变换的说法错误的是（ A ）。 A ．(0,80)区间的灰度对比度增强 B ．（80，130）区间的灰度对比度增强 C ．(130,255)区间的灰度对比度降低 D ．变换后的灰度的区间还是（0，255） 7．将灰度或单一波段的图像变换为彩色图像，从而把人眼不能区分的微小的灰度差别显示为明显的彩色差异。这种处理方法称为（ C ）。 A ．真彩色增强 B ．假彩色增强 C ．伪彩色增强 D ．彩色图像灰度化 8．灰度图像的高帽变换的定义为THT()()f f f g =-，该变换的作用是0 320255