《数字图像处理基础》课程教学大纲 课程代码:AUB326 开课学期:5 学分/学时:2/32(理论学时:24;实验学时:8) 课程类别:专业基础类必修课 先修课程: 后修课程:无 开课单位:电子信息与电气工程学院 课程团队负责人:周越 责任教授:周越 大纲执笔:周越 审核:赵群飞 、课程学习目标及其与指标点的关系 《数字图像处理基础》是自动化专业的专业必修课程。本课程按照其特点以 课堂教学为主,辅之以团队合作实践,最终以实践成果展示和答辩形式考核。通 过本课程的理论学习和实践训练,使学生具备以下能力: 1.掌握数字图像处理领域的基本概念、基本理论和基本方法,能够运用数字图 像处理的理论与方法认识与分析实际复杂工程问题(如机器人、基于视觉的 复杂工程系统等)。(支撑毕业要求1.3和5.2) 2.掌握分析复杂问题的能力,能够根据具体问题的实际需求,提炼出所需的数 据与要求,并设计与提出合理有效的解决方案,给出正确有效的实施结果。 (支撑毕业要求4.2) 3.培养学生在交叉学科研究中的计算机应用和实践能力。(支撑毕业要求9.1) 4.课程设计将组成2-3人的团队,完成在指定实践平台上的创新实践。培养学 生个人的科研能力与团队精神。(支撑毕业要求9.2)
《数字图像处理基础》课程教学大纲 课程代码：AU326 开课学期：5 学分/学时：2/32 （理论学时：24； 实验学时：8） 课程类别：专业基础类必修课 先修课程： 后修课程：无 开课单位：电子信息与电气工程学院 课程团队负责人: 周越 责任教授：周越 大纲执笔: 周越 审核：赵群飞 一、课程学习目标及其与指标点的关系 《数字图像处理基础》是自动化专业的专业必修课程。本课程按照其特点以 课堂教学为主，辅之以团队合作实践，最终以实践成果展示和答辩形式考核。通 过本课程的理论学习和实践训练，使学生具备以下能力： 1. 掌握数字图像处理领域的基本概念、基本理论和基本方法，能够运用数字图 像处理的理论与方法认识与分析实际复杂工程问题（如机器人、基于视觉的 复杂工程系统等）。（支撑毕业要求 1.3 和 5.2） 2. 掌握分析复杂问题的能力，能够根据具体问题的实际需求，提炼出所需的数 据与要求，并设计与提出合理有效的解决方案，给出正确有效的实施结果。 （支撑毕业要求 4.2） 3. 培养学生在交叉学科研究中的计算机应用和实践能力。（支撑毕业要求 9.1） 4. 课程设计将组成 2-3 人的团队，完成在指定实践平台上的创新实践。培养学 生个人的科研能力与团队精神。（支撑毕业要求 9.2）
、课程学习目标与教学内容和方法的对应关系 课程目标 支撑的毕业要求 教学内容学时教学方法考核方式 指标点 课程目标1 l-3:针对一个复杂工 实验报告 系统问题,能够应用 成果演示 掌握数字图像处理领 域的基本概念、基本 工程基础和专业知识进 课程设计答 数字图像 理论和基本方法,能 行正确认识与推理 处理的发展历 够运用数字图像处理2:基于对复杂工彩与现状0棵堂讲授 的理论与方法认识 实际问题的初步分析结 数字图像 分析实际复杂工程问 果,能够开发、选择与 使用恰当的技术、资 处理的基本原 题(如机器人、基于 视觉的复杂工程系统 源、现代工程工具和信 等) 息技术工具,并知晓其 局限性 果程目标2: 实验报告 学握分析实际复杂问|2:能根据实验目的 成果演示 题的能力,能够根据确定需要的数据及其精 课程设计答 问题的实际需求,提度,能够设计实验,分陕际案例分析 课堂讲授 炼出所需的数据和要断与解释数据 与讲解 求,并设计出合理有 效的算法,给出有效 的结果 课程目标3 1:具备自动化专业 实验报告 培养学生们在一些交叉学科的基础知识 成果演示 叉学科研究中的计算并能很好地表达自己的 8课程设计程设计答 机应用能力 规点和见解 课程实践 课程目标4: 2:能够理解一个多角 实验报告 培养学生们的个人科色团队中每个角色的 成果演示 课外课程设计与课程设计答 研能力和团结合作的 并能在团队中做好 自己承担的角色。 指导
二、课程学习目标与教学内容和方法的对应关系 课程目标 支撑的毕业要求- 指标点 教学内容 学时 教学方法 考核方式 课程目标 1: 掌握数字图像处理领 域的基本概念、基本 理论和基本方法，能 够运用数字图像处理 的理论与方法认识与 分析实际复杂工程问 题（如机器人、基于 视觉的复杂工程系统 等）。 1-3：针对一个复杂工 程系统问题，能够应用 工程基础和专业知识进 行正确认识与推理 1. 数字图像 处理的发展历 史与现状 2. 数字图像 处理的基本原 理. 20 课堂讲授 实验报告 成果演示 课程设计答 辩 5-2: 基于对复杂工程 实际问题的初步分析结 果，能够开发、选择与 使用恰当的技术、资 源、现代工程工具和信 息技术工具，并知晓其 局限性； 课程目标 2： 掌握分析实际复杂问 题的能力，能够根据 问题的实际需求，提 炼出所需的数据和要 求，并设计出合理有 效的算法，给出有效 的结果 4-2：能根据实验目的 确定需要的数据及其精 度,能够设计实验，分 析与解释数据 实际案例分析 与讲解 4 课堂讲授 实验报告 成果演示 课程设计答 辩 课程目标 3： 培养学生们在一些交 叉学科研究中的计算 机应用能力 9-1：具备自动化专业 交叉学科的基础知识， 并能很好地表达自己的 观点和见解 课程实践 8 课程设计 实验报告 成果演示 课程设计答 辩 课程目标 4： 培养学生们的个人科 研能力和团结合作的 能力 9-2：能够理解一个多角 色团队中每个角色的作 用，并能在团队中做好 自己承担的角色。 课外 课程设计与 指导 实验报告 成果演示 课程设计答 辩
、课程考核方式和评分标准 本课程的考核方式为:实验报告30%+课程设计成果展示30%+课程设计 答辩40% 实验报告:针对课程设计撰写技术报告。评分标准如下 得分率 100% 70% 50% 30% 提交时间 按时按格式要求按时递交,格式迟交 补交 分 提交 有缺陷 研究内容 研究思想与内容研究思想与内容研究思想与内容 (5分) 有新意且清晰完表达完整 表达较为模糊 整 实现技术途径技术途径运用正技术途径运用正技术途径运用基技术途径运 合理与表述确且独立查询文确,运用了基本本正确,设计与算用有缺陷, (10分) 献,运用高级算法|算法, 法较为简单。 设计与算法 过于简化 实验结果正确实验结果充分、正有实验结果且正有实验结果不充有实验结果 性与完整性确,实验分析全面确,实验分析欠分且正确,实验分有问题,无 (10分) 透彻。 析欠缺。 分析 课程设计成果展示:根据预设的多种实践平台,学生运用所学数字图形处理 的原理方法,自设题目和主题进行设计与实现。期末将最终设计成果通过现场演 示作为课程设计的验收标准之一。评分标准如下: 得分率 100% 70% 50% 30% 演示效果 成功无瑕疵 基本成功有瑕疵多次实验后成功部分成功 (15分) 团队协作 分工明确,协调一分工不均衡,能分工不明确,演示分工不明 (10分) 致有力保障演示保障演示 保障能力较差确,基本无 保障能力 沟通与表达讲解清晰,现场表|讲解和现场表达|讲解和现场表达|讲解混乱和 (5分) 达能力好 能力一般 能力差 现场表达能 力差 课程设计答瓣:针对各自的课程设计进行答辩,考核学生的基本理论掌握的 情况,以及在课程设计中独立思考问题能力的考察。评分标准如下: 得分率 100% 70% 50% 30% 基本知识与理所运用的理论与所运用的理论与所运用的理论与所运用的理 论的掌握情况算法清晰深入正|算法较为正确「算法基本正确,有|论与算法概 (10分) 定缺陷 念较为模糊 对课程设计|设计思路正确、技设计思路正确、设计思路有一定设计思路有 (复杂工程问术运用合理 技术运用较为合瑕疵、技术运用合较大问题
三、课程考核方式和评分标准 本课程的考核方式为：实验报告 30% + 课程设计成果展示 30% + 课程设计 答辩 40% 实验报告：针对课程设计撰写技术报告。评分标准如下： 得分率 100% 70% 50% 30% 提交时间 （5 分） 按时按格式要求 提交 按时递交，格式 有缺陷 迟交 补交 研究内容 （5 分） 研究思想与内容 有新意且清晰完 整 研究思想与内容 表达完整 研究思想与内容 表达较为模糊 实现技术途径 合理与表述 （10 分） 技术途径运用正 确且独立查询文 献，运用高级算法 技术途径运用正 确，运用了基本 算法， 技术途径运用基 本正确，设计与算 法较为简单。 技术途径运 用有缺陷， 设计与算法 过于简化 实验结果正确 性与完整性 （10 分） 实验结果充分、正 确，实验分析全面 透彻。 有实验结果且正 确，实验分析欠 缺。 有实验结果不充 分且正确，实验分 析欠缺。 有实验结果 有问题，无 分析。 课程设计成果展示：根据预设的多种实践平台，学生运用所学数字图形处理 的原理方法，自设题目和主题进行设计与实现。期末将最终设计成果通过现场演 示作为课程设计的验收标准之一。评分标准如下： 得分率 100% 70% 50% 30% 演示效果 （15 分） 成功无瑕疵 基本成功有瑕疵 多次实验后成功 部分成功 团队协作 （10 分） 分工明确，协调一 致有力保障演示 分工不均衡，能 保障演示 分工不明确，演示 保障能力较差 分 工 不 明 确，基本无 保障能力 沟通与表达 （5 分） 讲解清晰，现场表 达能力好 讲解和现场表达 能力一般 讲解和现场表达 能力差 讲解混乱和 现场表达能 力差 课程设计答辩：针对各自的课程设计进行答辩，考核学生的基本理论掌握的 情况，以及在课程设计中独立思考问题能力的考察。评分标准如下： 得分率 100% 70% 50% 30% 基本知识与理 论的掌握情况 （10 分） 所运用的理论与 算法清晰深入正 确 所运用的理论与 算法较为正确 所运用的理论与 算法基本正确，有 一定缺陷 所运用的理 论与算法概 念较为模糊 对 课 程 设 计 （复杂工程问 设计思路正确、技 术运用合理 设计思路正确、 技术运用较为合 设计思路有一定 瑕疵、技术运用合 设计思路有 较大问题
题)的认识、分 理,有改进空间理性有缺陷 技术运用不 析与设计能力 合理 (15分 综合运用交叉算法程序设计合算法程序设计合算法程序设计有算法程序设 学科知识能力理高效,能够结合理,结合设计与缺陷合理,结合设计有较大问 与给出有效结实际问题充分分实验结果做出合计与实验结果未题影响课程 果并总结的能析实验结果,并得理分析并得出结做出合理分析并设计的结 出正确有益的结论 得出结论 果 (10分) 论 团队合作与个分工明确、能体现分工明确但不均不能明确自身的个人贡献基 人价值体现能出协同精神和个衡,协同与个人任务与贡献 本可以忽略 人的贡献 贡献模糊 (5分) 四、持续改进 本课程根据学生实验报告、成果展示与答辩核情况,以及在课程设计过程中 的答疑情况与督导课堂听课等反馈,及时对教学中不足之处进行改进,并在下 轮课程教学中改进提高,确保相应毕业要求指标点达成 五、教材及参考书目 教材: 1.数字图像处理(第三版):冈萨雷斯,伍兹著,阮秋琦,阮智宇等译.北京:电子 工业出版社,2011.6. 2.图像工程(上册):图像处理(第3版),章毓晋编著,清华大学出版社
题）的认识、分 析与设计能力 （15 分） 理，有改进空间 理性有缺陷 技术运用不 合理 综合运用交叉 学科知识能力 与给出有效结 果并总结的能 力 （10 分） 算法程序设计合 理高效，能够结合 实际问题充分分 析实验结果，并得 出正确有益的结 论 算法程序设计合 理，结合设计与 实验结果做出合 理分析并得出结 论 算法程序设计有 缺陷合理，结合设 计与实验结果未 做出合理分析并 得出结论 算法程序设 计有较大问 题影响课程 设 计 的 结 果。 团队合作与个 人价值体现能 力 （5 分） 分工明确、能体现 出协同精神和个 人的贡献 分工明确但不均 衡，协同与个人 贡献模糊 不能明确自身的 任务与贡献 个人贡献基 本可以忽略 四、持续改进 本课程根据学生实验报告、成果展示与答辩核情况，以及在课程设计过程中 的答疑情况与督导课堂听课等反馈，及时对教学中不足之处进行改进，并在下一 轮课程教学中改进提高，确保相应毕业要求指标点达成。 五、教材及参考书目 教材： 1. 数字图像处理(第三版)：冈萨雷斯,伍兹著,阮秋琦,阮智宇等译. 北京:电子 工业出版社,2011.6. 2. 图像工程(上册):图像处理(第 3 版)，章毓晋编著，清华大学出版社， 2005 年
附件1:课时安排 第一章绪论(2学时) 1、学习目的和要求 通过学习了解数字图像处理的任务和作用及发展史,知道数字图像处理的特 点,明白本课程的学习方法 2、课程内容 (1)数字图像处理的分类很特点 (2)数字图像处理内容和方法 (3)数字图像处理系统的组成 (4)数字图像处理应用简介 3、考核知识点和考核要求 (1)识记:数字图像处理内容和方法 (2)领会:数字图像处理学习方法 第二章数字图像基础(4学时) 1、学习目的和要求 通过本章学习,掌握图像形成基础、图像的感知及图像的数字化问题 2、课程内容 (1)图像的视觉原理(辐射度与光学基础、色度学基础、视觉系统、图像 自量评价); (2)图像的采样、量化与数据结构(采样定理、采样误差、均匀量化、非 均匀量化、一维数组方式、二维数组方式、分层结构方式、树结构方式、多波段 图像数据组合结构); 3、考核知识点和考核要求 (1)识记:辐射度与光学基础、色度学基础、采样定理、二维数组方式、 多波段图像数据组合结构 (2)领会:视觉系统、图像自量评价、采样误差、均匀量化、非均匀量化 一维数组方式、分层结构方式、树结构方式
附件 1：课时安排 第一章 绪论 （2 学时） 1、学习目的和要求 通过学习了解数字图像处理的任务和作用及发展史，知道数字图像处理的特 点，明白本课程的学习方法。 2、课程内容 （1）数字图像处理的分类很特点 （2）数字图像处理内容和方法 （3）数字图像处理系统的组成 （4）数字图像处理应用简介 3、考核知识点和考核要求 （1）识记：数字图像处理内容和方法 （2）领会：数字图像处理学习方法 第二章 数字图像基础（4 学时） 1、学习目的和要求 通过本章学习，掌握图像形成基础、图像的感知及图像的数字化问题 2、课程内容 （1）图像的视觉原理（辐射度与光学基础、色度学基础、视觉系统、图像 自量评价）； （2）图像的采样、量化与数据结构（采样定理、采样误差、均匀量化、非 均匀量化、一维数组方式、二维数组方式、分层结构方式、树结构方式、多波段 图像数据组合结构）； 3、考核知识点和考核要求 （1）识记：辐射度与光学基础、色度学基础、采样定理、二维数组方式、 多波段图像数据组合结构 （2）领会：视觉系统、图像自量评价、采样误差、均匀量化、非均匀量化、 一维数组方式、分层结构方式、树结构方式
第三章图像变换(4学时) 1、学习目的和要求 通过本章学习,了解傅立叶变换、拉普拉斯变换、Z变换、离散沃尔什变换、 离散哈达玛变换、离散余弦变换、K-L变换等,掌握卷积和快速傅立叶变换(FFT)。 2、课程内容 (1)离散傅立叶变换(一维离散傅立叶变换、二维离散傅立叶变换); (2)二维离散傅立叶变换的基本性质(可分离性、平移性、比例尺性质、 旋转性质、微分性质、平均值性质); (3)离散卷积和离散相关(离散卷积和卷积定理、离散相关和相关定理) (4)快速傅立叶变换 (⑦)离散图像变换(离散图像变换的代数表达式、离散沃尔什变换、离散 哈达玛变换、离散余弦变换、K-L变换) 3、考核知识点和考核要求 (1)识记:卷积和快速傅立叶变换(FFT)。 (2)领会:离散图像变换的代数表达式 (3)综合应用:图像变换方法。 第四章图像增强(4学时) 1、学习目的和要求 通过本章学习,掌握对变劣的图像进行恰当的处理,使处理后的图像更适合 于人眼观察或有利于从图像提取信息。 2、课程内容 (1)灰度修改技术(灰度变换、直方图法图像增强、直方图均衡与规整); (2)图像平滑(空域低通滤波、频域低通滤波); (3)图像锐化(空域高通滤波、频域高通滤波) (4)同态滤波; (5)伪彩色图像处理。 3、考核知识点和考核要求 (1)识记:灰度修改技术:空域低/髙通滤波、频域低/高髙通滤波
第三章 图像变换（4 学时） 1、学习目的和要求 通过本章学习，了解傅立叶变换、拉普拉斯变换、Z 变换、离散沃尔什变换、 离散哈达玛变换、离散余弦变换、K-L 变换等，掌握卷积和快速傅立叶变换（FFT）。 2、课程内容 （1）离散傅立叶变换（一维离散傅立叶变换、二维离散傅立叶变换）； （2）二维离散傅立叶变换的基本性质（可分离性、平移性、比例尺性质、 旋转性质、微分性质、平均值性质）； （3）离散卷积和离散相关（离散卷积和卷积定理、离散相关和相关定理） （4）快速傅立叶变换 （7）离散图像变换（离散图像变换的代数表达式、离散沃尔什变换、离散 哈达玛变换、离散余弦变换、K-L 变换） 3、考核知识点和考核要求 （1）识记：卷积和快速傅立叶变换（FFT）。 （2）领会：离散图像变换的代数表达式。 （3）综合应用：图像变换方法。 第四章 图像增强（4 学时） 1、学习目的和要求 通过本章学习，掌握对变劣的图像进行恰当的处理，使处理后的图像更适合 于人眼观察或有利于从图像提取信息。 2、课程内容 （1）灰度修改技术（灰度变换、直方图法图像增强、直方图均衡与规整）； （2）图像平滑（空域低通滤波、频域低通滤波）； （3）图像锐化（空域高通滤波、频域高通滤波）； （4）同态滤波； （5）伪彩色图像处理。 3、考核知识点和考核要求 （1）识记：灰度修改技术；空域低/高通滤波、频域低/高通滤波
(2)领会:同态滤波和伪彩色图像处理。 (3)综合应用:常见滤波器在图像增强中的应用。 (2)领会:图像退化模型、图像代数复原法。 (3)综合应用:图像几何复原法 第五章图像压缩编码(4学时) 1、学习目的和要求 通过本章学习,掌握压缩编码基本概念和几种常用的压缩编码方法。 2、课程内容 (1)图像压缩编码概述(压缩编码及分类、压缩编码系统评价); (2)统计编码(霍夫曼编码、算术编码、跳过白色块编码、方块编码); (3)预测编码(差分脉冲编码调制(DCPM)、自适应预测编码); (4)变换编码(变换编码的一半原理、各种变换编码性能比较); (5)混合编码(子带编码、小波变换编码、分形基编码) 3、考核知识点和考核要求 (1)识记:各种编码的原理。 (2)领会:编码方式不同的内在含义。 (3)综合应用:图像编码。 第六章图像分析基础(4学时) 1、学习目的和要求 通过本章学习,掌握从图像中提取有用的数据或信息。 2、课程内容 (1)图像分割(门限法、统计门限法、边缘检测) (2)图像描述(区域描述、关系描述、相似性描述); 3、考核知识点和考核要求 (1)识记:门限法图像分割 (2)领会:区域描述、纹理分析 (3)综合应用:图像分割各种典型方法
（2）领会：同态滤波和伪彩色图像处理。 （3）综合应用：常见滤波器在图像增强中的应用。 （2）领会：图像退化模型、图像代数复原法。 （3）综合应用：图像几何复原法 第五章 图像压缩编码（4 学时） 1、学习目的和要求 通过本章学习，掌握压缩编码基本概念和几种常用的压缩编码方法。 2、课程内容 （1）图像压缩编码概述（压缩编码及分类、压缩编码系统评价）； （2）统计编码（霍夫曼编码、算术编码、跳过白色块编码、方块编码）； （3）预测编码（差分脉冲编码调制（DCPM）、自适应预测编码）； （4）变换编码（变换编码的一半原理、各种变换编码性能比较）； （5）混合编码（子带编码、小波变换编码、分形基编码） 3、考核知识点和考核要求 （1）识记：各种编码的原理。 （2）领会：编码方式不同的内在含义。 （3）综合应用：图像编码。 第六章 图像分析基础 (4 学时) 1、学习目的和要求 通过本章学习，掌握从图像中提取有用的数据或信息。 2、课程内容 （1）图像分割（门限法、统计门限法、边缘检测）； （2）图像描述（区域描述、关系描述、相似性描述）； 3、考核知识点和考核要求 （1）识记：门限法图像分割 （2）领会：区域描述、纹理分析 （3）综合应用： 图像分割各种典型方法
第七章课程设计(课内12学时,课外32学时) 1、学习目的和要求 微缩车基于图像信息的自主行进与控制;实际图像处理系统的算法实现。 2、课程内容 (1)基于图像信息的微缩车自主行进与控制 (2)基于 Kinect的微缩车行进与控制
第七章 课程设计（课内 12 学时，课外 32 学时） 1、学习目的和要求 微缩车基于图像信息的自主行进与控制；实际图像处理系统的算法实现。 2、课程内容 （1）基于图像信息的微缩车自主行进与控制； （2）基于 Kinect 的微缩车行进与控制
附件2:自研本课程教学实验设备 ◇自行研发 CyerDIP20套:通过图像处理,实现计算机自主控制 CyberDIP玩安卓和I0S系统的平板和手机游戏。 ◇自行研发微缩车视觉平台12套:通过实时视觉信息获取,并在本地 自主进行图像处理与模式实分析,从而实现简易无人车自主驾驶功能。如 倒车入库、交通标志牌的识别、车道线识别、按照交通规则行车、跟车随行 等 kinect智能车24套:通过 Kinect感知人的肢体语言,下传指令至智能车 进行受控运动;或者从智能车上的摄像头实时采集视觉信息通过蓝牙传回计算机 处理后,下传相应控制指令,实现自主行驶 无线摄像 B接收器 充电器 蓝牙串口 (包括发 送端和接 无线摄像头 无线摄像头
附件 2：自研本课程教学实验设备 自行研发 CyerDIP 20 套:通过图像处理，实现计算机自主控制 CyberDIP 玩安卓和 IOS 系统的平板和手机游戏。 自行研发微缩车视觉平台 12 套：通过实时视觉信息获取，并在本地 自主进行图像处理与模式实分析，从而实现简易无人车自主驾驶功能。如： 倒车入库、交通标志牌的识别、车道线识别、按照交通规则行车、跟车随行 等。 kinect 智能车 24 套：通过 Kinect 感知人的肢体语言，下传指令至智能车 进行受控运动；或者从智能车上的摄像头实时采集视觉信息通过蓝牙传回计算机 处理后，下传相应控制指令，实现自主行驶
