spContent=数字图像处理是通过计算机处理所获取视觉信息的技术。主要内容包括图像感知与获取、图像增强和复原、图像压缩、图像分割、彩色图像处理、图像表示等原理和技术。
数字图像处理应用于航空航天、通信、工业、医学、军事、公安等领域,在智能监控、视频内容分析、虚拟现实、多模态图像视频生成、人工智能等方面起重要作用。
数字图像处理是通过计算机处理所获取视觉信息的技术。主要内容包括图像感知与获取、图像增强和复原、图像压缩、图像分割、彩色图像处理、图像表示等原理和技术。
数字图像处理应用于航空航天、通信、工业、医学、军事、公安等领域,在智能监控、视频内容分析、虚拟现实、多模态图像视频生成、人工智能等方面起重要作用。
—— 课程团队
课程概述
随着无人机、无人驾驶、机器人、生成式人工智能等新一代信息技术的应用和发展,计算机视觉取代人工视觉成为趋势,数字图像处理是计算机视觉的基础课程。数字图像处理是将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程,主要内容包括人类视觉感知系统、图像获取与数字化、图像基本运算、图像变换、图像增强、图像复原、图像压缩编码、图像分割、彩色图像处理、图像表示与描述等原理和技术方法。
针对数字图像处理课程概念多、内容抽象、学生入门较难的特点,本课程以实践为导向,以实际应用为目标,在讲解数字图像处理技术基础理论及算法原理的同时,特别注意如何用MATLAB软件编程实现一些图像处理的算法,使学生掌握图像处理的理论和方法,运用所学知识解决实际问题。
通过学习本课程,学生能够深刻理解理论方法,并在MATLAB下编程实现算法,理论与应用并重,为将来从事相关领域专业工作打好基础。
授课目标
1.掌握图像获取及数字化、图像增强、图像复原、图像压缩、图像分割和特征提取、彩色图像处理等的原理和方法。能利用Matlab等工具对算法进行设计和编程实现,并对结果进行分析。
2.能够设计一个满足实际问题需要的图像处理系统,并能对系统进行评价。具有解决实际图像处理方面复杂问题的创新思维和技术能力。
3.具有正确的世界观、人生观和价值观,具有坚定的政治信念和思想道德情操。具备图像处理工程创新能力,能够适应形势和环境变化,具备自主学习和终身学习能力。
4.具有科技报国、发展我国信息技术的使命感和责任感,具有科学思想、辩证思维和求精务实的工程态度,成为图像处理、计算机视觉领域的高级专业技术人才。
课程大纲
数字图像处理
课时目标:本课程主要讨论和研究人类视觉感知系统、图像获取与数字化、图像基本运算、图像变换、图像增强、图像复原、图像压缩编码、图像分割、彩色图像处理、图像表示与描述等原理和技术方法。通过本课程的学习,为后续机器学习、人工智能等课程的学习和从事相关应用打下必要的基础。 课程教学团队组成:黄朝兵、杨杰、郭志强、王昱、胡辑伟、曹辉。
课程讲授安排如下:
授课内容 主讲教师
第1讲 概述 杨杰
第2讲 数字图像处理的基础 杨杰
第3讲 图像基本运算 胡辑伟
第4讲 图像变换 郭志强
第5讲 图像增强 黄朝兵
第6讲 图像复原 曹辉
第7讲 图像压缩编码 郭志强
第8讲 图像分割 王昱
第9讲 彩色图像处理 黄朝兵
第10讲 图像表示与描述 黄朝兵
概述
课时目标:学习什么是数字图像处理和数字图像处理系统,课程的主要研究内容、应用和发展。
1.1 数字图像与数字图像处理
1.2 数字图像处理系统组成及研究内容
1.3 数字图像处理技术应用领域
数字图像处理的基础
课时目标:了解人类视觉感知系统,掌握数字图像的基础知识。
2.1 电磁波谱与可见光谱
2.2 人眼的视觉特性
2.3 图像的采样与量化
2.4 像素间的关系
2.5 图像文件类型
图像基本运算
课时目标:学习图像基本运算,包括点运算、代数运算、几何运算,掌握基本运算的原理和方法,能够运用图像运算解决实际问题。
3.1 图像基本运算概述
3.2 点运算
3.3 代数运算
3.4 几何运算
图像变换
课时目标:学习掌握傅里叶变换、二维离散傅里叶变换、离散余弦变换、图像离散傅里叶变换的性质,学会分析傅里叶变换的频谱特性。
4.1 线性系统基本理论与运算
4.2 离散傅里叶变换
4.3 图像傅里叶变换频谱分析
4.4 离散余弦变换
图像增强
课时目标:学习掌握图像增强的概念、空间域增强方法、频率域增强方法。重点掌握基于灰度的增强、基于直方图处理的增强、空间域滤波增强、频率域平滑滤波增强、频率域锐化滤波增强的方法,会运用这些方法设计程序对图像进行增强处理。
5.1 图像增强概述
5.2 基于直方图处理的图像增强
5.3 空间域滤波增强
5.4 频率域平滑滤波器
5.5 频率域锐化滤波器
图像复原
课时目标:学习掌握图像复原及退化模型、空间域复原方法、频率域复原方法。重点掌握图像退化模型、均值滤波器、中值滤波器、频率域滤波复原、估计退化函数、逆滤波和维纳滤波等原理和方法,会运用这些方法设计程序对图像进行复原处理。
6.1 图像复原及退化模型
6.2 噪声模型
6.3 空间域滤波复原
6.4 频率域滤波复原
6.5 估计退化函数
6.6 逆滤波和维纳滤波
图像压缩编码
课时目标:学习掌握数字图像压缩编码的概念、评价准则、无失真图像压缩编码方法、有限失真图像压缩编码方法。重点掌握Huffman编码、算术编码、变换编码等原理和方法,能用MATLAB编程实现编码算法。
7.1 数字图像压缩编码基础
7.2 变长编码
7.3 算术编码
7.4 变换编码
图像分割
课时目标:学习掌握图像边缘检测与连接、阈值分割、区域分割、二值图像处理等方法。重点掌握边缘检测方法、阈值分割方法、区域生长方法、区域分裂与合并方法、数学形态学处理方法,能够运用这些方法借助MATLAB工具实现对图像的分割处理,解决实际问题。
8.1 概述
8.2 边缘检测
8.3 边缘连接
8.4 阈值分割
8.5 区域分割
8.6 二值图像处理
彩色图像处理
课时目标:学习掌握彩色图像基础、彩色模型、伪彩色处理、全彩色图像处理。重点掌握彩色模型及其转换方法、伪彩色图像处理技术、全彩色图像处理技术,能够运用这些方法设计程序对彩色图像按照实际问题的需要进行处理。
9.1 彩色图像基础
9.2 彩色模型
9.3 伪彩色处理
9.4 全彩色图像处理
图像表示与描述
课时目标:学习掌握图像的颜色描述、纹理描述、边界描述、区域描述的原理和方法。重点掌握颜色特征、纹理特征、边界特征、区域特征的计算方法,能够用MATLAB工具编程实现常用各类特征计算方法。
10.1.颜色描述
10.2 纹理描述
10.3 边界描述
10.4 区域描述
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预备知识
参考资料
推荐教材:
数字图像处理及MATLAB实现,主编:杨杰,黄朝兵,中国工信出版集团,电子工业出版社,第3版,出版或修订时间:2019.11.
参考教材:
1.Digital Image Processing(英文版), 主编:Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods,电子工业出版社,第3版,出版或修订时间:2010.12.
2. 数字图像处理的MATLAB实现,主编:Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods,Steven L.Eddins,阮秋琦译,清华大学出版社,第2版,出版或修订时间:2018.5.
3. 数字图像处理,主编:姚敏,机械工业出版社,第1版,出版或修订时间:2008.3.
4.图像工程(上册)-图像处理,主编:章毓晋,清华大学出版社,第3版,出版或修订时间:2012.2.
5.数字图像处理,主编:Kenneth R.Castleman,朱志刚等译,电子工业出版社,第1版,出版或修订时间:2011.3.
6.实用MATLAB深度学习:基于项目的方法,主编:Michael Paluszek,Stephanie Thomas,罗俊海译,清华大学出版社,第1版,出版或修订时间:2021.2.
常见问题
Q : 错过了单元测验、作业和考试提交的截止时间怎么办?
A : 单元测验、作业和考试截止时间是按照课程进度安排的,都有明确标示,临近截止时间(一般提前3-7天)都会发布提醒公告,要注意关注课程公告。如果仍然错过了前面部分的提交任务,就要把握好后面部分的任务;错过太多的话,只能参加下次开课了。
Q : 课程如何满足不同要求学习者的需要?
A : MOOC学习者范围广,层次参差不齐,要求有低有高。为了使不同学习者都有收获,课程设有基本资源和拓展资源,初学者以基本资源结合教材学习,基础较好的学习者将基本资源结合教材和拓展资源、参考资料等进行深入学习,可以在讨论区提问交流问题。有条件的地方结合课堂教学,参加老师的答疑效果更好。