曲阜师范大学：通信工程专业《数字图像处理》课程教学大纲

“数字图像处理”教学大纲教研室主任：黄勇坚执笔人：张明强一、课程基本信息开课单位：物理工程学院课程名称：数字图像处理课程编号：073309英文名称：Digital ImageProcessing课程类型：专业限选课总学时：51理论学时：36实验学时：12课外学时：3学分：3开设专业：通信工程专业先修课程：《高等数学3》（072103）、《信号与系统》（072209）、《数字信号处理》（072213）二、课程任务目标（一）课程任务《数字图像处理》是电子信息工程、通信工程等专业的专业限选课。本课程主要介绍数字图像处理的基本概念、图像获取、灰度变换与空间滤波、频率域滤波、图像复原与重建、彩色图像处理等基本内容及相关算法。通过本课程学习，使学生掌握数字图像处理的特点、一般原理、方法和手段，具有图像处理算法设计的基本能力，为学生在该领域进一步的学习和研究奠定基础。（二）课程目标1、通过本课程的学习，学生应该了解以下知识：（1）图像处理的历史、现状（2）亮度视觉与颜色视觉基本概念与模型，成像系统的基本模型及图像采样量化（3）彩色图像处理的基本原理和方法2、通过本课程的学习，学生应该熟悉以下知识：（1）图像处理系统的基本组成和作用（2）空间域滤波处理的原理与分类和方法（3）变换域图像滤波处理原理与分类和方法（4）图像复原与重建的基本原理与方法3、通过本课程的学习，学生应该掌握以下知识：

“数字图像处理”教学大纲 教研室主任： 黄勇坚 执笔人：张明强 一、课程基本信息 开课单位：物理工程学院 课程名称：数字图像处理 课程编号： 073309 英文名称：Digital Image Processing 课程类型：专业限选课 总 学 时： 51 理论学时：36 实验学时：12 课外学时：3 学 分：3 开设专业：通信工程专业 先修课程：《高等数学 3》（072103）、《信号与系统》（072209）、《数字信号处理》（072213） 二、课程任务目标 （一）课程任务 《数字图像处理》是电子信息工程、通信工程等专业的专业限选课。本课程主要介绍数字图像 处理的基本概念、图像获取、灰度变换与空间滤波、频率域滤波、图像复原与重建、彩色图像处理 等基本内容及相关算法。通过本课程学习，使学生掌握数字图像处理的特点、一般原理、方法和手 段，具有图像处理算法设计的基本能力，为学生在该领域进一步的学习和研究奠定基础。 （二）课程目标 1、通过本课程的学习，学生应该了解以下知识： （1）图像处理的历史、现状 （2）亮度视觉与颜色视觉基本概念与模型，成像系统的基本模型及图像采样量化 （3）彩色图像处理的基本原理和方法 2、通过本课程的学习，学生应该熟悉以下知识： （1）图像处理系统的基本组成和作用 （2）空间域滤波处理的原理与分类和方法 （3）变换域图像滤波处理原理与分类和方法 （4）图像复原与重建的基本原理与方法 3、通过本课程的学习，学生应该掌握以下知识：

（1）掌握一门可视化编程语言，能熟练获取图像的基本信息，进行图像的算术与逻辑运算（2）掌握图像灰度变换、直方图处理、空间滤波、频域滤波的基本方法，会利用二维离散傅立叶变换进行频域处理。三、教学内容和要求（一）理论教学的内容及要求第一章绪论第一节概述1．了解数字图像处理的含义和数字图像处理的主要内容；2.了解数字图像处理的起源与历史：第二节数字图像处理的应用领域1.了解各种成像方法：2.了解各个领域的应用情况；第三节图像处理系统及图像处理的基本步骤1了解图像处理系统的基本构成及图像处理的基本步骤：2.理解图像处理系统及其基本构成单元的功能；本章重点：数字图像处理的主要内容及特点，图像处理的基本流程。本章难点：图像处理系统及图像处理基本流程。第二章数字图像基础第一节视觉感知要素1.了解人眼的结构及成像原理；2.理解视觉模型和人眼的视觉特性；第二节图像的感知和获取1.了解光度学的基本概念及利用传感器获取图像的基本原理：2.理解视觉系统对光的感知特点；第三节图像取样和量化1.理解取样、量化的基本含义及分辨率的概念：2.理解图像质量与采样量化的关系；第四节像素间基本关系1.掌握相邻像素、邻接性、连通性、区域和边界的含义

（1）掌握一门可视化编程语言， 能熟练获取图像的基本信息，进行图像的算术与逻辑 运算 （2）掌握图像灰度变换、直方图处理、空间滤波、频域滤波的基本方法，会利用二维 离散傅立叶变换进行频域处理。 三、教学内容和要求 （一）理论教学的内容及要求 第一章 绪论 第一节 概述 1．了解数字图像处理的含义和数字图像处理的主要内容； 2．了解数字图像处理的起源与历史； 第二节 数字图像处理的应用领域 1. 了解各种成像方法； 2. 了解各个领域的应用情况； 第三节 图像处理系统及图像处理的基本步骤 1．了解图像处理系统的基本构成及图像处理的基本步骤； 2．理解图像处理系统及其基本构成单元的功能； 本章重点：数字图像处理的主要内容及特点，图像处理的基本流程。 本章难点：图像处理系统及图像处理基本流程。 第二章 数字图像基础 第一节 视觉感知要素 1．了解人眼的结构及成像原理； 2．理解视觉模型和人眼的视觉特性； 第二节 图像的感知和获取 1．了解光度学的基本概念及利用传感器获取图像的基本原理； 2．理解视觉系统对光的感知特点； 第三节 图像取样和量化 1．理解取样、量化的基本含义及分辨率的概念； 2．理解图像质量与采样量化的关系； 第四节 像素间基本关系 1．掌握相邻像素、邻接性、连通性、区域和边界的含义；

2.理解距离度量的方法：第五节图像处理的数学工具介绍1.理解并辈握向量与矩阵的基本操作：2.理解并掌握集合与逻辑操作，图像的空间操作：本章重点：图像的取样量化、像素间基本关系、相关数学工具。本章难点：取样量化原理、数学工具的理解。第三章灰度变换第一节像素间联系1.理解像素间邻接，连接和连通的基本含义。3．掌握像素间距离计算方法。第二节基本的灰度变换1.理解图像基本坐标变换的含义。3．掌握平移、缩放、旋转等基本坐标变换方法。4理解坐标变换的级连、反变换及推广。第三节形态变换1：了解形态变换的基本概念及分类。2．了解投影变换的含义。3．理解一般仿射变换及其性质。4.理解特殊仿射变换的基本原理以及变换的层次。第四节几何失真校正1.理解几何失真校正的含义及主要步骤。2.掌握几何失真校正的空间变换及灰度插值方法。本章重点：图像坐标变换方法及几何失真校正。本章难点：仿射变换与几何失真校正方法。第四章空域增强技术第一节概述1.理解图像增强的基本含义。2.了解空域增强技术的分类。第二节图像间运算1.理解图像间运算的含义。2.掌握图像间运算的方法及其应用

2．理解距离度量的方法； 第五节 图像处理的数学工具介绍 1．理解并掌握向量与矩阵的基本操作； 2．理解并掌握集合与逻辑操作，图像的空间操作； 本章重点：图像的取样量化、像素间基本关系、相关数学工具。 本章难点：取样量化原理、数学工具的理解。 第三章 灰度变换 第一节 像素间联系 1．理解像素间邻接，连接和连通的基本含义。 3．掌握像素间距离计算方法。 第二节 基本的灰度变换 1．理解图像基本坐标变换的含义。 3．掌握平移、缩放、旋转等基本坐标变换方法。 4．理解坐标变换的级连、反变换及推广。 第三节 形态变换 1．了解形态变换的基本概念及分类。 2．了解投影变换的含义。 3．理解一般仿射变换及其性质。 4．理解特殊仿射变换的基本原理以及变换的层次。 第四节 几何失真校正 1．理解几何失真校正的含义及主要步骤。 2．掌握几何失真校正的空间变换及灰度插值方法。 本章重点：图像坐标变换方法及几何失真校正。 本章难点：仿射变换与几何失真校正方法。 第四章 空域增强技术 第一节 概述 1．理解图像增强的基本含义。 2．了解空域增强技术的分类。 第二节 图像间运算 1．理解图像间运算的含义。 2．掌握图像间运算的方法及其应用

第三节直接灰度映射1.理解灰度映射的原理。2．掌握典型灰度映射方法及其应用。第四节直方图变换1.理解直方图变换方法的基本概念。2．掌握直方图均衡化的原理与算法。2．掌握直方图规定化的原理与算法。第五节线性滤波1.了解线性滤波的技术分类和实现原理。2．理解图像平滑、锐化的意义。3．掌握平滑算法的具体实现。4．了解加权平均法的原理。第六节非线性滤波1.了解非线性滤波的分类及发展方向。2．掌握一维、二维中值滤波原理及算法。3．了解非线性锐化滤波的特点及性质。第七节局部增强1.了解局部增强的含义及常见算法。本章重点：灰度映射、直方图均衡、图像平滑、锐化、中值滤波算法。本章难点：直方图均衡、图像平滑、中值滤波的算法实现。第五章频率域滤波第一节可分离和正交图像变换1.了解典型和常用的图像变换方法。2.理解可分离变换和正交变换的原理。第二节傅立叶变换1：了解傅立叶变换的相关背景。2．掌握二维傅立叶变换的定义及其频谱特性。3.理解二维傅立叶变换定理的性质。4了解快速傅立叶变换的原理。第三节频域滤波原理1.了解频域滤波的基本步骤

第三节 直接灰度映射 1．理解灰度映射的原理。 2．掌握典型灰度映射方法及其应用。 第四节 直方图变换 1．理解直方图变换方法的基本概念。 2．掌握直方图均衡化的原理与算法。 2．掌握直方图规定化的原理与算法。 第五节 线性滤波 1．了解线性滤波的技术分类和实现原理。 2．理解图像平滑、锐化的意义。 3．掌握平滑算法的具体实现。 4．了解加权平均法的原理。 第六节 非线性滤波 1．了解非线性滤波的分类及发展方向。 2．掌握一维、二维中值滤波原理及算法。 3．了解非线性锐化滤波的特点及性质。 第七节 局部增强 1．了解局部增强的含义及常见算法。 本章重点：灰度映射、直方图均衡、图像平滑、锐化、中值滤波算法。 本章难点：直方图均衡、图像平滑、中值滤波的算法实现 。 第五章 频率域滤波 第一节 可分离和正交图像变换 1．了解典型和常用的图像变换方法。 2．理解可分离变换和正交变换的原理。 第二节 傅立叶变换 1．了解傅立叶变换的相关背景。 2．掌握二维傅立叶变换的定义及其频谱特性。 3．理解二维傅立叶变换定理的性质。 4．了解快速傅立叶变换的原理。 第三节 频域滤波原理 1．了解频域滤波的基本步骤

2.了解频域滤波的相关算法及其应用。第四节频域低通滤波器1.理解低通滤波的意义与应用。2．掌握理想低通滤波器原理及算法实现。3.掌握巴特沃斯低通滤波器原理。4.了解其他常见低通滤波器特点。第五节频域高通滤波1.理解高通滤波的意义与应用。2.掌握理想高通滤波器原理及算法实现。3.了解其他常见低通滤波器特点。第六节空域技术与频域技术1.了解空域技术与频域技术的特点与区别。2.理解空域技术与频域技术的关系及选择依据。本章重点：傅立叶变换的基本原理及算法实现、频域低通、高通滤波原理。本章难点：傅立叶变换的基本原理及算法实现，滤波器设计方法。第六章图像恢复第一节退化与噪声1.了解图像恢复的基本含义以及与图像增强的区别。2.了握常见的退化原因及噪声来源。3.掌握常见噪声模型及特点。第二节退化模型和对角化1.理解退化模型及其原理。2.了解退化模型的计算方法。3.了解对角化的特点及退化模型对角化的效果。第三节图像复原方法1.了解图像复原的代数方法的基本特点。2.理解非约束和约束复原方法的原理与特点。3.了解常见最小二乘滤波器用于图像复原的方法。第四节几种其他空间复原技术1.了解常见几何畸变校正方法。2.了解盲目图像复原技术

2．了解频域滤波的相关算法及其应用。 第四节 频域低通滤波器 1．理解低通滤波的意义与应用。 2．掌握理想低通滤波器原理及算法实现。 3．掌握巴特沃斯低通滤波器原理。 4．了解其他常见低通滤波器特点。 第五节 频域高通滤波 1．理解高通滤波的意义与应用。 2．掌握理想高通滤波器原理及算法实现。 3．了解其他常见低通滤波器特点。 第六节 空域技术与频域技术 1．了解空域技术与频域技术的特点与区别。 2．理解空域技术与频域技术的关系及选择依据。 本章重点：傅立叶变换的基本原理及算法实现、频域低通、高通滤波原理。 本章难点：傅立叶变换的基本原理及算法实现，滤波器设计方法。 第六章 图像恢复 第一节 退化与噪声 1．了解图像恢复的基本含义以及与图像增强的区别。 2．了握常见的退化原因及噪声来源。 3．掌握常见噪声模型及特点。 第二节 退化模型和对角化 1．理解退化模型及其原理。 2．了解退化模型的计算方法。 3．了解对角化的特点及退化模型对角化的效果。 第三节 图像复原方法 1．了解图像复原的代数方法的基本特点。 2．理解非约束和约束复原方法的原理与特点。 3．了解常见最小二乘滤波器用于图像复原的方法。 第四节 几种其他空间复原技术 1．了解常见几何畸变校正方法。 2．了解盲目图像复原技术

3.了解递归图像复原技术。本章重点：退化、噪声模型、图像复原的代数方法及其实现。本章难点：最小二乘滤波器用于图像复原的算法实现。第七章彩色图像处理第一节彩色视觉和描述1.了解彩色视觉的生理基础及特点。2．掌握三基色原理及色匹配方法。3．掌握彩色特性的基本感知量的含义。4.理解色度图的基本原理。第二节彩色模型1：了解彩色模型的分类情况。2.掌握RGB、CMY、YUV彩色模型的转换原理。3.了解面向视觉感知的彩色模型的基本特点。第三节伪彩色增强1.了解伪彩色增强的含义及应用。2.理解亮度切割及灰度一彩色转换原理。3.掌握伪彩色增强的基本方法。第四节真彩色处理1.了解真彩色处理的基本特点与处理策略。2．掌握单分量变换增强的基本方法。3.了解全彩色增强的基本方法。本章重点：彩色模型的相互转换、伪彩色增强，真彩色增强算法原理及实现。本章难点：伪彩色增强，真彩色增强算法原理及实现。（二）实践教学的内容及要求1.常见图像处理应用软件与开发软件的使用了解常用图像处理应用软件（如photoshop、acdsee、3dmax）的功能特点，掌握matlab图像处理工具箱的使用方法，掌握图像处理算法设计的基本流程。2.图像基本坐标变换、仿射变换算法实现。了解Matlab图像相关函数使用方法，掌握图像平移、缩放、旋转算法实现。3.图像的空间域增强了解Matlab图像相关函数使用方法，掌握直方图均衡、图像平滑、锐化及中值滤波算法实现

3．了解递归图像复原技术。 本章重点：退化、噪声模型、图像复原的代数方法及其实现。 本章难点： 最小二乘滤波器用于图像复原的算法实现。 第七章 彩色图像处理 第一节 彩色视觉和描述 1．了解彩色视觉的生理基础及特点。 2．掌握三基色原理及色匹配方法。 3．掌握彩色特性的基本感知量的含义。 4．理解色度图的基本原理。 第二节 彩色模型 1．了解彩色模型的分类情况。 2．掌握 RGB、CMY、YUV 彩色模型的转换原理。 3．了解面向视觉感知的彩色模型的基本特点。 第三节 伪彩色增强 1．了解伪彩色增强的含义及应用。 2．理解亮度切割及灰度－彩色转换原理。 3．掌握伪彩色增强的基本方法。 第四节 真彩色处理 1．了解真彩色处理的基本特点与处理策略。 2．掌握单分量变换增强的基本方法。 3．了解全彩色增强的基本方法。 本章重点：彩色模型的相互转换、伪彩色增强，真彩色增强算法原理及实现。 本章难点：伪彩色增强，真彩色增强算法原理及实现。 （二）实践教学的内容及要求 1．常见图像处理应用软件与开发软件的使用 了解常用图像处理应用软件（如 photoshop、acdsee、3dmax）的功能特点，掌握 matlab 图像处 理工具箱的使用方法，掌握图像处理算法设计的基本流程。 2．图像基本坐标变换、仿射变换算法实现。 了解 Matlab 图像相关函数使用方法，掌握图像平移、缩放、旋转算法实现。 3．图像的空间域增强 了解 Matlab 图像相关函数使用方法，掌握直方图均衡、图像平滑、锐化及中值滤波算法实现

4.图像的频域增强了解Matlab图像相关函数及使用方法，掌握图像傅立叶变换算法实现，理解变换域图像的特点。理解图像低通、高通算法实现。5.图像复原了解Matlab图像相关函数及使用方法，掌握退化与噪声模型的构造方法，理解最小二乘方滤波算法原理。6.图像的伪彩色增强与真彩色处理了解Matlab图像相关函数及使用方法，掌握伪彩色增强、单分量变换增强算法实现。四、学时分配各教学环节学时分配讨章习次小讲实上课备注计授外验机题论33第一章绪论862第二章数字图像基础532第三章像素空间关系682第四章：空域增强技术9211第五章：频率域滤波-52第六章：图像恢复246第七章：彩色图像处理3511236合计五、考核说明考核方法：考查成绩评定：平时成绩（20%），实验成绩（40%），综合程序设计作业（40%）六、主要教材及教学参考书目（一）主要教材1.R.C.冈萨雷斯等著，阮秋琦等译，数字图像处理（第三版）电子工业出版社2011年版

4．图像的频域增强 了解 Matlab 图像相关函数及使用方法，掌握图像傅立叶变换算法实现，理解变换域图像的特点。 理解图像低通、高通算法实现。 5．图像复原 了解 Matlab 图像相关函数及使用方法，掌握退化与噪声模型的构造方法，理解最小二乘方滤波 算法原理。 6．图像的伪彩色增强与真彩色处理 了解 Matlab 图像相关函数及使用方法，掌握伪彩色增强、单分量变换增强算法实现。 四、学时分配 章 次 各教学环节学时分配 小 计 讲 授 实 验 上 机 习 题 讨 论 课 外 备 注 第一章 绪论 3 3 第二章 数字图像基础 8 6 2 第三章 像素空间关系 5 3 2 第四章：空域增强技术 8 6 2 第五章：频率域滤波 11 9 2 第六章：图像恢复 7 5 2 第七章：彩色图像处理 6 4 2 合 计 51 36 12 3 五、考核说明 考核方法：考查 成绩评定：平时成绩(20%),实验成绩(40%),综合程序设计作业（40%） 六、主要教材及教学参考书目 （一）主要教材 1. R.C.冈萨雷斯等著，阮秋琦等译，数字图像处理(第三版) 电子工业出版社 2011 年版

（二）主要参考书目1.章毓晋著，《图像工程（上）图像处理》，清华大学出版社2006年第2版：2.R.C.冈萨雷斯等著，阮秋琦等译，数字图像处理（matlab版）电子工业出版社2012年版3.阮秋琦著，《数字图像处理学（第2版）》，电子工业出版社2007年版

（二）主要参考书目 1．章毓晋著，《图像工程（上）图像处理》，清华大学出版社 2006 年第 2 版； 2. R.C.冈萨雷斯等著，阮秋琦等译，数字图像处理(matlab 版) 电子工业出版社 2012 年版 3．阮秋琦著，《数字图像处理学（第 2 版）》，电子工业出版社 2007 年版