数字图像处理（基础）教案
一、基础知识
第一节、数字图像获取
一、目的
1掌握使用扫描仪等数字化设备以及计算机获取数字图像的方法；
2修改图像的存储格式。
二、原理
用扫描仪获取图像也是图像的数字化过程的方法之一。
扫描仪按种类可以分为手持扫描仪，台式扫描仪和滚筒式扫描仪（鼓形扫描仪）。
扫描仪的主要性能指标有x、y方向的分辨率、色彩分辨率（色彩位数）、扫描幅面和接口方式等。各类扫描仪都标明了它的光学分辨率和最大分辨率。分辨率的单位是dpi，dpi是英文Dot Per Inch的缩写，意思是每英寸的像素点数。
扫描仪工作时，首先由光源将光线照在欲输入的图稿上，产生表示图像特征的反射光（反射稿）或透射光（透射稿）。光学系统采集这些光线，将其聚焦在CCD上，由CCD将光信号转换为电信号，然后由电路部分对这些信号进行A/D转换及处理，产生对应的数字信号输送给计算机。当机械传动机构在控制电路的控制下，带动装有光学系统和CCD的扫描头与图稿进行相对运动，将图稿全部扫描一遍，一幅完整的图像就输入到计算机中去了。
图1.1扫描仪的工作原理
扫描仪扫描图像的步骤是:首先将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上，原稿可以是文字稿件或者图纸照片；然后启动扫描仪驱动程序后，安装在扫描仪内部的可移动光源开始扫描原稿。为了均匀照亮稿件，扫描仪光源为长条形，并沿y方向扫过整个原稿；照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙，形成沿x方向的光带，又经过一组反光镜，由光学透镜聚焦并进入分光镜，经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的RGB三条彩色光带分别照到各自的CCD上，CCD将RGB光带转变为模拟电子信号，此信号又被A/D变换器转变为数字电子信号。至此，反映原稿图像的光信号转变为计算机能够接受的二进制数字电子信号，最后通过串行或者并行等接口送至计算机。扫描仪每扫一行就得到原稿x方向一行的图像信息，随着沿y方向的移动，在计算机内部逐步形成原稿的全图。
在扫描仪的工作过程中，有两个元件起到了关键的作用。一个是CCD，它将光信号转换成为电信号；另一个是A/D变换器，它将模拟电信号变为数字电信号。CCD是Charge Couple Device的缩写，称为电荷耦合器件，它是利用微电子技术制成的表面光电器件，可以实现光电转换功能。CCD 在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛，只不过摄像机中使用的是点阵CCD，即包括x、y两个方向用于摄取平面图像，而扫描仪中使用的是线性CCD，它只有x一个方向，y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。CCD芯片上有许多光敏单元，它们可以将不同的光线转换成不同的电荷，从而形成对应原稿光图像的电荷图像。如果我们想增加图像的分辨率，就必须增加CCD上的光敏单元数量。实际上，CCD的性能决定了扫描仪的x方向的光学分辨率。A/D变换器是将模拟量(Analog)转变为数字量(Digital)的半导体元件。从CCD获取的电信号是对应于图像明暗的模拟信号，就是说图像由暗到亮的变化可以用从低到高的不同电平来表示，它们是连续变化的，即所谓模拟量。A/D变换器的工作是将模拟量数字化，例如将0至1V的线性电压变化表示为0至9的10个等级的方法是：0至小于0.1V 的所有电压都变换为数字0、0.1至小于0.2V的所有电压都变换为数字1……0.9至小于1.0V的所有电压都变换为数字9。实际上，A/D变换器能够表示的范围远远大于10，通常是2^8=256、2^10=1024或者2^12=4096。如果扫描仪说明书上标明的灰度等级是10bit，则说明这个扫描仪能够将图像分成1024个灰度等级，如果标明色彩深度为30bit，则说明红、绿、蓝各个通道都有1024个等级。显然，该等级数越高，表现的彩色越丰富。
步骤
1扫描仪与计算机和打印机的连接；
2打开计算机，安装扫描仪的驱动程序；
3分别相描一幅二值、灰度和彩色因像
4调整彩色图像的色彩。
5将获得的图像的格式转换为“*.gif”的格式，保存或拷贝到MATLAB 程序组根目录的“work”文件夹中，以便后面的实验做为“原图像”利用。
6记录和整理实验报告
仪器
1计算机；
2扫描仪（或数码相机、数字摄象机）及其驱动程序盘；
3图像处理软件（画图，photoshop, Microsoft photo edit等）；
4记录用的笔、纸。
实验报告内容
六、思考题
1扫描仪有哪些重要指标？
幅面大小、分辨率、颜色数、接口方式
2你使用过哪些图像获取设备呢？
数码相机、摄相机、扫描仪
第二节、图像压缩
目的
1．理解有损压缩和无损压缩的概念；
2．理解图像压缩的主要原则和目的；
3．了解几种常用的图像压缩编码方式。
4．利用MATLAB程序进行图像压缩。
原理
1.图像压缩原理
图像压缩主要目的是为了节省存储空间，增加传输速度。图像压缩的理想标准是信息丢失最少，压缩比例最大。不损失图像质量的压缩称为无损压缩，无损压缩不可能达到很高的压缩比；损失图像质量的压缩称为有损压缩，高的压缩比是以牺牲图像质量为代价的。压缩的实现方法是对图像重新进行编码，希望用更少的数据表示图像。
信息的冗余量有许多种，如空间冗余，时间冗余，结构冗余，知识冗余，视觉冗余等，数据压缩实质上是减少这些冗余量。高效编码的主要方法是尽可能去除图像中的冗余成分，从而以最小的码元包含最大的图像信息。
编码压缩方法有许多种，从不同的角度出发有不同的分类方法，从信息论角度出发可分为两大类。
（1）.冗余度压缩方法，也称无损压缩、信息保持编码或嫡编码。具体说就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。
（2）信息量压缩方法，也称有损压缩、失真度编码或烟压缩编码。也就是说解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真。
应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上可以分为以下3类：
（1）无损压缩编码种类
哈夫曼（Huffman）编码，算术编码，行程（RLE）编码，Lempel zev
编码。
（2）有损压缩编码种类
预测编码，DPCM，运动补偿；
频率域方法：正交变换编码(如DCT)，子带编码；
空间域方法：统计分块编码；
模型方法：分形编码，模型基编码；
基于重要性：滤波，子采样，比特分配，向量量化；
（3）混合编码。
有JBIG，H261，JPEG，MPEG等技术标准。
本实验主要利用MATLAB程序进行离散余弦变换（DCT）压缩和行程编码（Run Length Encoding， RLE）。
1)离散余弦变换(DCT)图像压缩原理
离散余弦变换DCT在图像压缩中具有广泛的应用，它是JPEG、MPEG等数据压缩标准的重要数学基础。
和相同图像质量的其他常用文件格式(如GIF(可交换的图像文件格式)，TIFF(标签图像文件格式)，PCX(图形文件格式))相比，JPEG是目前静态图像中压缩比最高的。JPEG比其他几种压缩比要高得多，而图像质量都差不多(JPEG处理的图像只有真彩图和灰度图)。正是由于其高压缩比，使得JPEG被广泛地应用于多媒体和网络程序中。JPEG有几种模式，其中最常用的是基于DCT变换的顺序型模式，又称为基本系统(Baseline)。
用DCT压缩图像的过程为：
(1)首先将输入图像分解为8×8或16×16的块，然后对每个子块进行二维DCT
变换。
(2)将变换后得到的量化的DCT系数进行编码和传送，形成压缩后的图像格
式。
用DCT解压的过程为：
(1)对每个8×8或16×16块进行二维DCT反变换。
(2)将反变换的矩阵的块合成一个单一的图像。
余弦变换具有把高度相关数据能量集中的趋势，DCT变换后矩阵的能量集中在矩阵的左上角，右下的大多数的DCT系数值非常接近于0。对于通常的图像来说，舍弃这些接近于0的DCT的系数值，并不会对重构图像的画面质量带来显著的下降。所以，利用DCT变换进行图像压缩可以节约大量的存储空间。压缩应该在最合理地近似原图像的情况下使用最少的系数。使用系数的多少也决定了压缩比的大小。
在压缩过程的第2步中，可以合理地舍弃一些系数，从而得到压缩的目的。在压缩过程的第2步，还可以采用RLE和Huffman编码来进一步压缩。
2)行程编码（RLE）原理：
例如如下这幅的二值图像，
如果采用行程编码可以按如下格式保存
其中10和8表示图像的宽和高。在这个小例子中行程编码并没有起到压缩图像的作用。这是由于这个图的尺寸过小，当图像尺寸较大时行程编码还是不错的无损压缩方法。对于灰度图像和二值图像，用行程编码—般都有很高的压缩率。行程编码方法实现起来很容易，对于具有长重复值的串的压缩编码很有效，例如：对于有大面积的阴影或颜色相同的图像，使用这种方法压缩效果很好。很多位图文件格式都采用行程编码，如TIFF，PCX，GEM，BMP等。
实验步骤
1打开计算机，启动MATLAB程序；
2调入“实验一”中获取的数字图像，并进行数据的行程（RLE）编码压缩处理；
3 将原图像在Photoshop软件中打开，分别以不同的位图文件格式进行“另保存”，比较它们的数据量。
4记录和整理实验报告
实验仪器
1计算机；
2 MATLAB、Photoshop等程序；
3移动式存储器（软盘、U盘等）。
4记录用的笔、纸。
实验程序
图像压缩编码的MATLAB程序语句
1利用DCT变换进行图像压缩的MATLAB程序
RGB = imread('原图像名.tif');
I = rgb2gray(RGB);
J = dct2(I);
imshow(log(abs(J)),[]), colormap(jet(64)), colorbar
J(abs(J) < 10) = 0;
K = idct2(J);
figure,imshow(I)
figure,imshow(K,[0 255])
2 利用离散余弦变换进行JPEG图像压缩
I=imread(‘原图像名.tif’); %读入原图像；
I=im2double(I); %将原图像转为双精度数据类型；
T=dctmtx(8); %产生二维DCT变换矩阵
B=blkproc(I,[8 8],’P1*x*P2’,T,T’); %计算二维DCT，矩阵T及其
转置T’是DCT函数P1*x*P2的参
数
Mask=[ 1 1 1 1 0 0 0 0
1 1 1 0 0 0 0 0
1 1 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0]; %二值掩膜，用来压缩DCT
系数，只留下DCT系数中左上角的10个 B2=blkproc(B,[8 8],’P1.*x.’,mask); %只保留DCT变换的10个系
数
I2= blkproc(B2,[8,8],’P1*x*P2’,T’,T); %逆DCT，重构图像
Subplot(1,2,1);Imshow(I);title(‘原图像’)； %显示原图像
Subplot(1,2,2); Imshow(I2);title(‘压缩图像’)；%显示压缩后的图
像。对比原始图像和压缩后的图像，虽然
舍弃了85%的DCT系数，但图像仍然清晰
（当然有一些质量损失）
3 利用行程编码（RLE）进行图像压缩
I=checkerboard(10,2); %调入原图像
[m n]=size(I);
J=[];
for i=1:m
value=I(i,1);
num=1;
for j=2:n
if I(i,j)==value
num=num+1;
else
J=[J num value];
num=1;
value=I(i,j);
end
end
I=[J num value 0 0]; %添加的行判断位 0 0 end
disp(‘原图像大小：’)
whos(‘I’);
disp(‘压缩图像大小：’)
whos(‘J’);
disp(‘图像的压缩比：’)
disp(m*n/length(J))
实验报告内容
DCT变换进行的图像压缩
离散余弦变换进的JPEG图像压缩
思考题
简述离散余弦变换（DCT）和行程编码（RLE）的原理。
离散余弦变换（DCT）是通过数学变换可以改变信号能量的分布，从而压缩信息量。行程编码（RLE）是一种简单的无损编码技术，它改变连续出现相同字符的表达方式，以降低码长，传真的二值图像中，连“0”或连“1”总是成串出现，称为“白游程”和“黑游程”。非二值的相同连续数据串，同样简化为两个符号：一个符号代表数据，第二个代表串长。
二、3DMAX实例
生产线设备三维外形图（设备外形图）用在监控中，从建模到出图的过程是：生产线所有单机设备建模，然后单机设备模型组装，给生产线设备外形图渲染、配色，灯光效果输出图片。
三维效果图建模是以二维的平面图建模成为三维效果图的。设备外形图根据cad机械制图按一比一的比例来作图，这样能保证设备外形图按照机械图的要求作出来。若在作设备外形图时，没有cad图纸，作出来的单机备外形图看着比例差异不大，但把生产线的多个设备外形图装配在一起的时候，单个设备外形图大小高矮不同，装配起来衔接不协调。即使调整单个设备外形图的大小后装配在一起，生产线的设备外形图组装在一起，生产线前后搭配的设备看着有些瑕疵。
生产线单机设备外形图建模条件：有cad图纸，图纸包括生产线每个单机设备重要的外形尺寸，包括主视图，和俯视图，或是单机设备图组装图和重要零件的外形图。生产线的装配图需要生产线每个单机设备组装的平面布置图。根据cad图纸保证设备外形图根据图纸要求按照相应的比例作图设备外形。生产线的单机设备外形尺寸主视图如下：
，或是生产线前后相互连接单机设备cad图，如下图：
，无论cad图纸是生产线的单机设备图或其他的图纸，要求图纸标注清楚单机设备的外形，重要尺寸大小等cad图信息。
生产线的平面布置图：
。生产线的平面布置图能看清楚单机设备相互衔接的先后顺序，单机设备放置的位置，标注每个单机设备的序列编号。生产线的平面布置图是组装生产线的三维效果图必不可少的重要依据。根据图纸，生产线的三维效果图可以从开始设备从头到尾的组装，以便于组装生产线三维效果的顺利进行。
生产线设备表就是生长线上每个单机设备的名称。如下图：
当cad图形中没有标注设备名称，看着设备名称表可以确定单机设备的名称。
拿到要建模的生产线cad图纸及生产线设备名称列表后，根据cad图纸看图纸，确定生产线单机设备建模及组装的时间。
每次运行max创建一个新的设备外形图，max默认的尺寸是与工程作图的单位要求不同，为了保证每个三维设备创建的外形单位尺寸相同，在max 设置系统单位，单位尺寸都是mm.如下图：
。
当所有的图纸单位不统一时，统一转换为mm。把每次创建的生产线的单机设备外形图尺寸统一，以便于以后其他工程中用到，这样可以省去重复建模的时间。
生产线的单机设备建模如下：
。生产线的每个单机设备要根据cad图进行建模。即使在生产线的设备外形图装配中需要调整某个单机设备的尺寸，单独调整某个单机设备外形图尺寸后对整个生产线的设备外形图调整影响也不是很大。
生产线组装图如下：
。生产线设备外形图组装时是按设备号的先后顺序，根据生产线的cad平面布置来装配的。生产线设备的摆放也是对应图纸来的。
设备的渲染、配色方案。
生产线组装后的渲染、配色的生产线设备外形效果图。如下：
具体的渲染配色情况如下：
渲染背景色:。
单机设备外形图主要配色：。
单机设备外形图电机罩壳等附加设备配色：。皮带输送带皮带配色：。
风管、皮带输送机机头罩等附件配色：。
振槽附件配色：。
电机配色：。
生产线单机设备配色方案如上图来配色，有些设备的一些局部配色根据监控的需要做调整。
效果图片的输出：在max中图片的输出格式有多种，但是在监控常用的图片格式有两种。一种是bmp文件格式，BMP是微软的位图格式。压缩率很小，容量较大。这种文件格式的图片，色彩比较好。另外一种图片文件格式是JPG文件格式，JPG是压缩图像格式压缩率较大，文件容量偏小。
输出图片有灯光及阴影的效果如下：
。有灯光效果的生产线，有阴影效果看着效果比较实在，符合实际物体的阴影效果现象，且有灯光效果的效果图光感比较舒服。
输出图片没有灯光与阴影的效果如下：
。没有灯光效果图相对暗淡。
在监控中，有些工程的监控画面需要生产线的设备外形图灯光阴影效果，有些工程的监控画面生产线的设备外形图不需要灯光阴影，这些情况根据监控的需要来决定。
在监控中，有些工程的监控画面只需把设备的状态信息显示，把设备的外形图放到监控画面中即可，有些工程的监控画面需要做状态显示或是其他的动画，这部分除了放上设备的外形图外还需要一些显示或是其他的动画图片，这部分图片需要抠图，抠图的情况根据监控上的状态或是动画情况来决定。
三、PHOTOSHOP实例
这个Photoshop教程将向你展示如何用火的照片来与文字相结合。我们现在将看到的是一个漂亮的暗色背景与一个华美的文字效果相结合的全图。
一如既往我们将最先看到最后的效果，这样你将会知道我们最终要做出什么样的效果。这个漂亮
的图像此刻正充当我手提电脑的桌面背景。最后的效果:
第一部分–背景
在photoshop中创建一个新的文档，大小为1920×1200px。
选择渐变工具，画一个棕色的径向渐变(颜色值是由
#5c3d09到#1f1409)，因此你得到了一个像下图一样的效
果。
注意渐变不是从正中间开始画的，而是靠画面的顶部开始画的。我们想要文字顶部是火的效果，因此图像的顶部应
该稍微更亮一些。
步骤2
我们将再一次用到在草的特效文字教程中的一个背景纹理。但是这次并不是从头开始，而是直接复制草的特效文
字教程中已做好的背景，混合所有的图层并且降低饱和度
得到下图你所看到的效果。
如果你需要从头做起，首先你需要到Bittbox中得到最初的纹理图片，然后跟着先前的步骤做。
步骤3
现在我们把纹理放入背景中进行混合，设置混合模式为叠加。
步骤4
让我们运用纹理化滤镜来增加一些纹理。我首先新建一个图层并用棕色(#66500f)来填充。然后运用滤镜>纹理>纹理化，设置纹理画布下的缩放值为80%，凸显为4.
步骤5
设置此图层的混合模式为叠加，因为我们是在一个很大的画布上工作，所以增加一些好的额外细节会让它看上去更加的
棒。
步骤6
接下来，我们将应用一个图层来稍微降低此图像下半部分的饱和度。这样做的目的是为了让顶部火的位置看上去有一股很热的光，而底部看上去有点冷。
因此我创建一个新的图层，并用颜色(#4b4f3b)进行填充，然后增加一个图层蒙版，利用渐变隐藏图像的上半部分。
(现在你应该得到下图这样的效果)。
现在设置图层的混合模式为颜色，不透明度为45%。
第二部分–文字+ 光感=棒极了
好了，现在我们已经拥有一个漂亮的背景了!现在让我们增加一些文字。我用的字体是Trajan，因为这种字体运用在此处感觉非常棒。我为字体添加一种颜色(#cb9328)，然后设置图层的混合模式为线性减淡(添加)，降低不透明度
为8%。
我们将要运用红色的火焰给这个文字的上半部分增加一些效果，使它从背景中跳出来。这个就意味着我们将要给文字增加一些效果和图层蒙版，目的是为了只显示文字的上半部分，而文字的下半部分仍旧和当前的若隐的效果一
样。
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》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》课程教学大纲 (Digital Image Processing) 课程编号：1223523 课程性质：专业课 适用专业：计算机科学与技术 先修课程：高等数学、线性代数、概率论与数理统计、数据结构、程序设计 后续课程：模式识别 总学分：2.5学分（其中实验学分0.5） 一、教学目的与要求 1．教学目的 数字图像处理是模式识别、计算机视觉、图像通讯、多媒体技术等学科的基础，是一门涉及多领域的交叉学科。通过对本课程的学习，使学生能够较深入地理解数字图像处理的基本概念、基础理论以及解决问题的基本思想方法，掌握基本的处理技术，了解与各个处理技术相关的应用领域。 2．教学要求 根据我院计算机专业的实际情况和教学条件采用讲授实验与学生自学相结合的方法进行教学。教学过程中力求做到重点突出、概念明确、线索清晰，注意适当介绍本学科前沿及当前应用领域中有关的热门问题。 实验是本课程中重要的教学内容，要求学生自己完成规定的实验并认真观察教师的实验演示。 二、课时安排 三、教学内容 1 概论（2学时） (1)教学基本要求
了解：数字图像处理的研究内容，图像处理的发展历史、现状。 掌握：图像处理系统的基本概念、特点和主要内容；数字图像处理系统的硬件组成及其相关应用 (2)教学内容 ①数字图像处理及其特点。（重点） ②数字图像处理的目的和主要内容。 ③数字图像处理系统 ④数字图像处理的应用 ２数字图像处理基础（4学时） (1)教学基本要求 了解：图像数字化设备，色度学基础 掌握：图像数字化技术（采样、量化）；数字图像的类型和文件格式；数字图像的颜色模型（RGB模型和HIS模型） (2)教学内容 ①图像数字化技术。 ②数字图像类型和文件格式。 ③色度学基础与颜色模型。（重点、难点） ３Matlab图像编程基础（3学时） (1)教学的基本要求 了解：数字图像程序设计的各种方法。 掌握：Matlab中各种图像处理的函数。 (2)教学内容 ①Matlab 概述。 ②Matlab图像的代数运算函数。 ③Matlab 图像处理工具箱函数。（重点） ④Matlab图像程序设计。（难点、重点）
《数字图像处理》教案 授课时间*-3-9 第1 次课
四、Photoshop功能 图像处理、绘图、黑白上色、图像格式和颜色模式转换，改变图像大小、分辨率、作网页 五、数码电子暗房的配置 1、输入系统（数码相机、扫描仪） 2、编辑系统（计算机和编辑软件） 3、输出系统（打印机、数码彩扩机） 六、影像加工创意过程： 构思创意效果——确定实施方案——施行加工处理——修订调整
《数字图像处理》教案 授课时间*-3-16 第2 次课
教学内容： 一、PHOTOSHOP7基本功能 支持大量图像格式（PSD、TIF、JEPG、BMP等）处理图像尺寸和分辨率 图层功能 绘画、文本功能 选取功能 色调和色彩功能 旋转和变形 支持多种颜色模式（RGB、CMYK、灰度） 开放式结构（扫描仪和数码相机） 文件浏览器File Browser 二、PHOTOSHOP7安装与删除 光盘安装SETUP.EXE 控制面板——添加/删除程序 三、PHOTOSHOP7启动与退出 启动 退出 Ctrl+Q Alt+F4
《数字图像处理》教案 四、PHOTOSHOP7桌面环境 五、基本概念 （一）图像类型 1、矢量式图像：线条色块为主，容量小，缩放不失真，作3D，用于美工插图与工程绘图。不易制作色调丰富的图像、不逼真、不易在不同软件间交换文件。 2、位图式图像：以点（像素Pixel）组成，逼真、色调丰富，易与其它软件交换文件。文件大、变形后失真，无法3D图像。 Adobe Photoshop 是位图式图像软件 3、位：记录每一个像素或色彩所使用的位的数量，决定了它可能表现出的色彩范围。 用1位数据来记录，只能记录21=2种色彩。 增强色：用8位数据来记录，只能记录28=256种色彩。 真彩色：用24位数据来记录，只能记录224种色彩。 二、图像格式 1、JPG 2、CMYK 3、PSD 三、分辨率 分辨率指在单位长度内所含有点（像素）的多少。 图像分辨率、设备分辨率、屏幕分辨率、位分辨率、输出分辨率 图像分辨率：每英寸图像含有的点数或像素数。单位点/英寸（dpi）。 分辨率大小直接影响图像的品质，分辨率越高，图像越清晰，所产生的文件越大，处理时间长。不同品质的图像需要设置适当的分辨率。图像尺寸大小、图像分辨率、图像大小（总像素数）的关系密切 四、色彩理论 1、三原色 2、加法混合 3、减法混合 五、实例
《数字图像处理》课程教学大纲 Digital Image Processing 一、课程说明 课程编码：045236001 课程总学时（理论总学时/实践总学时）：51（42/9），周学时：3，学分：3，开课学期：第6学期。 1．课程性质：专业选修课 2．适用专业：电子信息与技术专业 3．课程教学目的和要求 《数字图像处理》是信号处理类的一门重要的专业选修课，通过本课程的学习，应在理论知识方面了解和掌握数字图像的概念、类型，掌握数字图像处理的基本原理和基本方法：图像变换、图像增强、图像编码、图像的复原和重建。并通过实验加深理解数字图像处理的基本原理。 4．本门课程与其他课程关系 本课程的先修课程为：数字信号处理和应用 5．推荐教材及参考书 推荐教材： 阮秋琦，《数字图像处理学》（第二版），电子工业出版社，2007年 参考书 （1）姚敏等，《数字图像处理》，机械工业出版社，2006年 （2）何东健，《数字图像处理》（第二版），西安电子工业出版社，2008年 （3）阮秋琦，《数字图像处理基础》，清华大学出版社，2009年 （4）(美)Rafael C. Gonzalez著，阮秋琦译，《数字图像处理》（第二版），电子工业出版社，2007年 6．课程教学方法与手段 主要采用课堂教学的方式，通过多媒体课件进行讲解，课外作业，答疑辅导。并辅以适当的实验加深对数字图像处理的理解。 7．课程考核方法与要求 本课程为考查课 课程的实验成绩占学期总成绩的50%，期末理论考查占50%； 考查方式为笔试。 8．实践教学内容安排 实验一：图像处理中的正交变换 实验二：图像增强 实验三：图像复原
数字图像处理课程设计报告 姓名：x x 学号：xxxxxxx 班级： xxxxxxxxxxxxxxx 设计题目：红细胞数目检测 教师：xxxxxx老师 提交日期： xx月xx日
一、设计内容： 主题：《红细胞数目检测》 详细说明：读入红细胞图片，通过中值滤波，开运算，闭运算，以及贴标签等方法获得细胞个数。 二、现实意义： 细胞数目检测在现实生活中的意义主要体现在医学上的作用，可通过细胞数目的检测来查看并估计病人或动物的血液中细胞数，如估测血液中红细胞、白细胞、血小板、淋巴细胞等细胞的数目，同时也可检测癌细胞的数目来查看医疗效果，根据这一系列的指标来对病人或动物进行治疗，是具有极其重要的现实作用的。 三、涉及知识内容： 1、中值滤波 2、开运算 3、闭运算 4、二值化 5、贴标签 四、实例分析及截图效果： （1）代码显示： 1、程序中定义图像变量说明 （1）Image--------------------------------------------------------------原图变量;
（2）Image_BW-------------------------------------------------------值化图象; （3）Image_BW_medfilt-------------------------中值滤波后的二值化图像; （4）Optimized_Image_BW---通过“初次二值化图像”与“中值滤波后的二值化图像”进行“或”运算优化图像效果； （5）Reverse_Image_BW--------------------------优化后二值化图象取反；（6）Filled_Image_BW----------------------已填充背景色的二进制图像；（7）Open_Image_BW--------------------------------------开运算后的图像； 2、实现代码： Image = imread('红细胞5.jpg'); figure,imshow(Image); title('【原图】'); Theshold = graythresh(Image); Image_BW = im2bw(Image,Theshold); figure,imshow(Image_BW); title('【初次二值化图像】'); Image_BW_medfilt= medfilt2(Image_BW,[13 13]); figure,imshow(Image_BW_medfilt); title('【中值滤波后的二值化图像】'); Optimized_Image_BW = Image_BW_medfilt|Image_BW; figure,imshow(Optimized_Image_BW); title('【进行“或”运算优化图像效果】'); Reverse_Image_BW = ~Optimized_Image_BW;
第一章数字图像处理概论 *图像是对客观存在对象的一种相似性的、生动性的描述或写真。 *模拟图像 空间坐标和明暗程度都是连续变化的、计算机无法直接处理的图像 *数字图像 空间坐标和灰度均不连续的、用离散的数字（一般整数）表示的图像（计算机能处理）。是图像的数字表示，像素是其最小的单位。 *数字图像处理（Digital Image Processing） 利用计算机对数字图像进行（去除噪声、增强、复原、分割、特征提取、识别等）系列操作，从而获得某种预期的结果的技术。（计算机图像处理） *数字图像处理的特点（优势） （1）处理精度高，再现性好。（2）易于控制处理效果。（3）处理的多样性。（4）图像数据量庞大。（5）图像处理技术综合性强。 *数字图像处理的目的 （1）提高图像的视感质量，以达到赏心悦目的目的 a.去除图像中的噪声； b.改变图像的亮度、颜色； c.增强图像中的某些成份、抑制某些成份； d.对图像进行几何变换等，达到艺术效果； （2）提取图像中所包含的某些特征或特殊信息。 a.模式识别、计算机视觉的预处理 （3）对图像数据进行变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输。 **数字图像处理的主要研究内容 （1）图像的数字化 a.如何将一幅光学图像表示成一组数字，既不失真又便于计算机分析处理 b.主要包括的是图像的采样与量化 （2*）图像的增强 a.加强图像的有用信息，消弱干扰和噪声 （3）图像的恢复 a.把退化、模糊了的图像复原。模糊的原因有许多种，最常见的有运动模糊，散焦模糊等（4*）图像的编码 a.简化图像的表示，压缩表示图像的数据，以便于存储和传输。 （5）图像的重建 a.由二维图像重建三维图像（如CT） （6）图像的分析 a.对图像中的不同对象进行分割、分类、识别和描述、解释。 （7）图像分割与特征提取 a.图像分割是指将一幅图像的区域根据分析对象进行分割。 b.图像的特征提取包括了形状特征、纹理特征、颜色特征等。 （8）图像隐藏 a.是指媒体信息的相互隐藏。 b.数字水印。 c.图像的信息伪装。 （9）图像通信
《数字图像处理技术基础》课程教学大纲 一、课程基本信息 二、课程教学目标 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。具体包括：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、教学学时分配 《数字图像处理技术基础》课程理论教学学时分配表
＊理论学时包括讨论、习题课等学时。 《数字图像处理技术基础》课程实验内容设置与教学要求一览表
四、教学内容和教学要求 以“章节”为单位说明本章节的主要内容，重点、难点，各节相应习题要点，有关实验和实践环节的主要内容。并按“了解”、“理解”、“掌握”三个层次写明本章节的教学要求。具体格式如下： 第一章绪论（2学时） （一）教学要求 通过本章内容的学习，了解数字图像处理研究对象、目的、发展简史与研究现状；理解数字图像处理相关的学科和领域，掌握图像处理的概念。 （二）教学重点与难点
教学重点：数字图像处理的研究目的与研究内容。 教学难点：图像处理与计算机图像学的区别和联系。 （三）教学内容 第一节数字图像处理的发展及应用 1．数字图像处理的发展概况 2．数字图像处理的主要应用 第二节数字图像处理 1．数字图像处理的基本特点 2．数字图像处理的研究目的与研究内容 第三节相关学科和领域 1．图形处理的几个术语 2．计算机图形学 3．图像处理与计算机图形学的区别和联系 本章习题要点：熟悉图像处理的相关概念及方向。 第二章图像的基本知识（6学时） （一）教学要求 了解图像的基本格式，理解计算机图像数据处理的方式；掌握数字图像获取及数字化的方法；掌握彩色空间的两种模型。 （二）教学重点与难点 教学重点：图像的获取及数字化的方法及彩色空间的两种模型 教学难点：：图像数字化的方法 （三）教学内容 第一节图像获取、图像数字化、数字图像的描述 1．图像获取 2．图像函数 3．图像数字化 4．数字图像的描述 第二节计算机图像数据处理 1．数字图像的矩阵表示 2．二维数组和数字图像的关系
30452计算题复习 一、直方图均衡化（P68） 对已知图像进行直方图均衡化修正。 例：表1为已知一幅总像素为n=64×64的8bit数字图像（即灰度级数为8），各灰度级（出现的频率）分布列于表中。要求将此幅图像进行均衡化修正（变换），并画出修正（变换）前后的直方图。 表1 原图像灰 度级r k 原各灰度级 像素个数n k 原分布概率 p r(r k) r0=0 790 0.19 r1=1 1023 0.25 r2=2 850 0.21 r3=3 656 0.16 r4=4 329 0.08 r5=5 245 0.06 r6=6 122 0.03 r7=7 81 0.02 解：对已知图像均衡化过程见下表： 原图像灰 度级r k 原各灰度级 像素个数n k 原分布概率 p r(r k) 累积分布函 数s k计 取整扩展 s k并 确定映射 对应关系 r k→s k 新图像灰 度级s k 新图像各灰 度级像素个 数n sk 新图像分 布概率 p s(s k) r0=0 790 0.19 0.19 1 0→1 1 790 0.19 r1=1 1023 0.25 0.44 3 1→3 3 1023 0.25 r2=2 850 0.21 0.65 5 2→5 5 850 0.21 r3=3 656 0.16 0.81 6 3→6 6 985 0.24 r4=4 329 0.08 0.89 6 4→6 r5=5 245 0.06 0.95 7 5→7 7 448 0.11 r6=6 122 0.03 0.98 7 6→7 r7=7 81 0.02 1.00 7 7→7 画出直方图如下：
名词：*数字图像，数字图像处理，图像采样，线性拉伸，高通滤波，低通滤波，中值滤波，特征空间，图像分析，图像分割 问答题：1、设一幅图像有如图所示直方图，对该图像进行直方图均衡化，写出均衡化过程，并画出均衡化后的直方图。若在原图像一行上连续8个像素的灰度值分别为：0、1、2、3、4、5、6、7，则均衡后，他们的灰度值为多少？ 如图为一幅16级灰度的图像。请写出均值滤波和中值滤波的3x3滤波器；说明这两种滤波器各自的特点；并写出两种滤波器对下图的滤波结果（只处理灰色区域，不处理边界）。（15分） 设一幅灰度图像，其目标和背景的像素点灰度呈正态分布，灰度直方图如图所示。其中：、分别为目标点的灰度分布密度函数、均值；、分别为背景点的灰度分布密度函数、均值。并设目标点和背景点的方差均为，目标点个数和图像总像点数的比为1:2。T是根据最小误差准则确定的最佳阈值。（15分） 试证明：
1．根据所学过的图像处理和分析方法，设计一套算法流程来实现汽车牌照的定位和数字的识别（给出设计思想即可）。 1、如图所示，A和B的图形完全一样，其背景与目标的灰度值分别标注于图中， 请问哪一个目标人眼感觉更亮一些？为什么？（10分） 选择题： 图像灰度方差说明了图像哪一个属性。（B ） A 平均灰度 B 图像对比度 C 图像整体亮度D图像细节 下列算法中属于图象锐化处理的是：( C ) A.低通滤波 B.加权平均法 C.高通滤波 D. 中值滤波 高通滤波后的图像通常较暗，为改善这种情况，将高通滤波器的转移函数加上一常数量以便引入一些低频分量。这样的滤波器叫 B 。 A. 巴特沃斯高通滤波器 B. 高频提升滤波器 C. 高频加强滤波器 D. 理想高通滤波器 ( )7.下列图象边缘检测算子中抗噪性能最好的是：
《数字图像处理》教学大纲 课程名称及代码：数字图像处理/10011301 课程学分与学时：4分/64学时(课堂讲授32，实验实践32，自主学习0) 先修课程：高等数学、程序设计 适用专业：计算机科学与技术专业 一、课程性质、目的与任务 1、课程性质 数字图像处理是计算机科学与技术专业学生选修的一门前沿性、专业拓展课。 2、课程目的 本课程侧重于数字图像的基本处理方法和理论。通过本课程的学习，使学生了解数字图像的获取、显示、存储等基本技术，深刻理解图像的运算、增强、去噪、边缘检测等基本原理和技术，通过MATLAB图像处理工具箱，编程解决实际中的图像处理的相关问题。要求学生通过该课程的学习，学生应该具备基础的图像处理能力，为今后从事计算机视觉、模式识别等图像信息处理和研究工作奠定坚实的理论基础，并为深入研究图像处理做好必要的理论准备。 3、课程任务 本课程的主要任务是培养学生 ①了解图像处理的基本概念和图像处理系统组成，了解数字图像处理的最新 发展方向 ②掌握数字图像处理的基础知识，包括图像的数字化技术、数字图像像素间 的关系。了解数字图像的存储文件格式、数字图像的颜色模型。 ③掌握数字图像的基本运算，包括各种灰度变换处理、几何运算、代数运算 和其它运算。 ④掌握图像增强的基本原理，掌握基于灰度变换的图像增强处理技术、掌握 图像的空域滤波技术和图像的频域增强技术。 ⑤理解和掌握图像的傅里叶变换的基本性质，掌握图像频域滤波的基本步骤 和处理函数，掌握图像的低通滤波处理、高通滤波处理和带通滤波处理的
原理和方法。 ⑥理解彩色图像模型，掌握不同色彩空间的相互转换技术和方法，实现对伪 彩色图像、全彩色图像的处理，并能将灰度图像处理的理论和方法应用到彩色图像的处理中。 ⑦了解图像特征提取的基本概念，掌握图像边缘检测的基本算子，并能使用 这些算子和门限法等进行边缘检测。 ⑧能熟练综合使用图像处理的基本原理和方法解决现实中的图像处理问题。 二、教学内容与学时分配 教学模块教学内容教学要求讲授 学时 实验实 践学时 自主 学时 绪论1、数字图像处理及其特点 2、数字图像处理的目的和 主要内容 3、图像工程与相关学科 3、数字图像处理系统 4、数字图像处理的应用 5、数字图像处理发展方向 理解图像、数字图像等基本概念、 了解数字图像处理系统组成、了解 数字图像的基本应用，了解图像的 最新发展方向 2 0 0 数字图像处理基础1、图像数字化技术 2、数字图像类型 3、图像文件格式 4、色度学基础与颜色模型 掌握图像数字化技术、了解图像的 类型和图像存储文件格式，了解彩 色图像的颜色模型 2 0 0 Matlab处理 基础1、Matlab简介 2、Matlab数据类型 3、Matlab程序设计基础 4、Matlab变量和函数设计 5、Matlab矩阵运算 6、Matlab数学运算 7、Matlab绘图基础 8、Matlab图像处理函数 了解Matlab软件的基本知识，重 点掌握Matlab的数据的矩阵表 示、处理、了解Matlab的基本运 算函数，掌握图像在Matlab中的 存储和提取。 3 4 0 数字图像的基本运算1、灰度反转 2、对数变换 3、灰度直方图 4、图像的平移、旋转、镜 像运算 5、图像的代数运算 6、图像的几何运算 7、图像的其它运算 掌握图像的整体处理的各种运算 公式，并能通过程序实现各种图像 处理运算 3 6 0
数字图像处理实验指导书 信息科学与工程学院电子系 二○○六年
前言 数字图像处理是研究数字图像处理的基本理论、方法及其在智能化检测中应用的学科，是电子信息类本科专业的专业课。 本课程侧重于数字图像的基本处理，并对图像分析的基本理论和实际应用进行系统介绍；目的是使学生系统掌握数字图像处理的基本概念、原理和实现方法，学习图像分析的基本理论、典型方法和实用技术，具备解决通信领域的图像相关问题的初步能力，为今后的研究与开发打下扎实的基础。
目录 实验一常用的图像文件格式与格式转换和图像矩阵的显示方法 (2) 实验二傅立叶变换 (4) 实验三图像增强及编程处理 (5)
实验一常用的图像文件格式与格式转换和 图像矩阵的显示方法 1．实验目的 熟悉Matlab语言的初步使用； 熟悉常用的图像文件格式与格式转换； 熟悉图像矩阵的显示方法（灰度、索引、黑白、彩色）； 熟悉图像矩阵的格式转换 2．实验内容 练习图像读写命令imread和imwrite并进行图像文件格式间的转换。特别是索引图像与1，4，8，16比特图像的存储与转换。 熟悉下列模块函数 Image file I/O. imread - Read image file. imwrite - Write image file. Image display. colorbar - Display colorbar. getimage - Get image data from axes. image - Create and display image object. imagesc - Scale data and display as image. immovie - Make movie from multiframe indexed image. imshow - Display image. subimage - Display multiple images in single figure. truesize - Adjust display size of image. warp - Display image as texture-mapped surface. zoom - Zoom in and out of image or 2-D plot. 3．实验步骤 a. Load cameraman.tif image from your hard disk (using function imread). b. Show the image in a figure window (using function image or imshow). c. Draw a brightness bar on the right side of the image(using function colorbar). d. Get image data from the current figure(axes) (using function getimage). e. Show the gray level of the image between 64 to 128 (using function imagesc). f. Make a movie from a 4-D image (load mri, make the movie by immovie, then show movie by function movie).
《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
关于数字图像处理的理论基础及常用处理方法 数字图像处理(DigitalImageProcessing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。数字图像处理的产生和迅速发展主要受三个因素的影响:一是计算机的发展;二是数学的发展(特别是离散数学理论的创立和完善);三是广泛的农牧业、林业、环境、军事、工业和医学等方面的应用需求的增长。 摘要：本文介绍了数字信号处理的起源、发展，并简要概述了数字图像处理所研究的内容和处理数字图像的几大模块。同时，也大致介绍了常用的处理数字图像的方法。最后展望了数字图像处理的发展前景。 Abstract: This paper describes the origin of digital image processing, development, and a brief overview of digital image processing of the content and process digital images of several modules. Also a broad overview of the commonly used method of processing digital images. Finally, looking ahead the future prospects for the development of digital image processing. 关键词：数字图像处理（Digital Image Processing）；理论基础；处理方法 一、数字图像处理的起源及发展 数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机图像处理，它是指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。 数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。但是50年代的计算机主要还是用于数值计算，满足不了处理大量数据图像的要求。 数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。伴随着第三代计算机的研制成功，以及快速傅里叶变换算法的的发现和应用使得对图像的某些计算得以实际实践。 早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。在70年代图像技术有了长足进展，80年代，硬件的发展使得人们不仅能处理2-D图像而且能处理3-D图像，许多能获取3-D图像的设备和处理分析3-D图像的系统研制成功，图像技术得到广泛应用。 二、数字图像处理的研究内容 数字图象处理，就是采用计算机对图象进行信息加工。图象处理的主要内容有：图像的采集、增强、复原、变换、编码、重建、分割、配准、嵌拼、融合、特征提取、模式识别和图象理解。 对图像进行处理(或加工、分析)的主要目的有三个方面：
数字图像处理（基础）教案 一、基础知识 第一节、数字图像获取 一、目的 1掌握使用扫描仪等数字化设备以及计算机获取数字图像的方法； 2修改图像的存储格式。 二、原理 用扫描仪获取图像也是图像的数字化过程的方法之一。 扫描仪按种类可以分为手持扫描仪，台式扫描仪和滚筒式扫描仪（鼓形扫描仪）。 扫描仪的主要性能指标有x、y方向的分辨率、色彩分辨率（色彩位数）、扫描幅面和接口方式等。各类扫描仪都标明了它的光学分辨率和最大分辨率。分辨率的单位是dpi，dpi是英文Dot Per Inch的缩写，意思是每英寸的像素点数。 扫描仪工作时，首先由光源将光线照在欲输入的图稿上，产生表示图像特征的反射光（反射稿）或透射光（透射稿）。光学系统采集这些光线，将其聚焦在CCD上，由CCD将光信号转换为电信号，然后由电路部分对这些信号进行A/D转换及处理，产生对应的数字信号输送给计算机。当机械传动机构在控制电路的控制下，带动装有光学系统和CCD的扫描头与图稿进行相对运动，将图稿全部扫描一遍，一幅完整的图像就输入到计算机中去了。
图1.1扫描仪的工作原理 扫描仪扫描图像的步骤是:首先将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上，原稿可以是文字稿件或者图纸照片；然后启动扫描仪驱动程序后，安装在扫描仪内部的可移动光源开始扫描原稿。为了均匀照亮稿件，扫描仪光源为长条形，并沿y方向扫过整个原稿；照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙，形成沿x方向的光带，又经过一组反光镜，由光学透镜聚焦并进入分光镜，经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的RGB三条彩色光带分别照到各自的CCD上，CCD将RGB光带转变为模拟电子信号，此信号又被A/D变换器转变为数字电子信号。至此，反映原稿图像的光信号转变为计算机能够接受的二进制数字电子信号，最后通过串行或者并行等接口送至计算机。扫描仪每扫一行就得到原稿x方向一行的图像信息，随着沿y方向的移动，在计算机内部逐步形成原稿的全图。 在扫描仪的工作过程中，有两个元件起到了关键的作用。一个是CCD，它将光信号转换成为电信号；另一个是A/D变换器，它将模拟电信号变为数字电信号。CCD是Charge Couple Device的缩写，称为电荷耦合器件，它是利用微电子技术制成的表面光电器件，可以实现光电转换功能。CCD 在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛，只不过摄像机中使用的是点阵CCD，即包括x、y两个方向用于摄取平面图像，而扫描仪中使用的是线性CCD，它只有x一个方向，y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。CCD芯片上有许多光敏单元，它们可以将不同的光线转换成不同的电荷，从而形成对应原稿光图像的电荷图像。如果我们想增加图像的分辨率，就必须增加CCD上的光敏单元数量。实际上，CCD的性能决定了扫描仪的x方向的光学分辨率。A/D变换器是将模拟量(Analog)转变为数字量(Digital)的半导体元件。从CCD获取的电信号是对应于图像明暗的模拟信号，就是说图像由暗到亮的变化可以用从低到高的不同电平来表示，它们是连续变化的，即所谓模拟量。A/D变换器的工作是将模拟量数字化，例如将0至1V的线性电压变化表示为0至9的10个等级的方法是：0至小于0.1V 的所有电压都变换为数字0、0.1至小于0.2V的所有电压都变换为数字1……0.9至小于1.0V的所有电压都变换为数字9。实际上，A/D变换器能够表示的范围远远大于10，通常是2^8=256、2^10=1024或者2^12=4096。如果扫描仪说明书上标明的灰度等级是10bit，则说明这个扫描仪能够将图像分成1024个灰度等级，如果标明色彩深度为30bit，则说明红、绿、蓝各个通道都有1024个等级。显然，该等级数越高，表现的彩色越丰富。 步骤
《数字图像处理》课程教学大纲 课程代码：0806603056 课程名称：数字图像处理 英文名称：Digital Image Processing 总学时：48 讲课学时：40 实验学时：8 学分：3 适用对象：测控技术与仪器专业 先修课程：信号与线性系统、数字信号处理、概率论与数理统计、线性代数、物理光学 一、课程性质、目的和任务 数字图像处理课程是测控技术与仪器专业的一门专业必修课。本课程讲授数字图像处理的基本理论、方法，侧重于机器视觉中的预处理技术和实际应用。学习的本课程目的是使学生系统掌握数字图像处理的基本概念、基本原理、实现方法和实用技术，了解数字图像处理国内外的发展方向。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扎实的理论基础。 二、教学基本要求 本课程的教学要求是使学生掌握数字图像处理的基本概念，熟练使用分析数字图像处理编程的基本工具，了解数字图像处理的发展和工程应用。学完本课程应达到以下基本要求：1．了解图像处理的概念及图像处理系统组成。 2．理解视觉成像设备、原理、视觉特性及彩色模型。 3．掌握数字图像处理中的基本运算以及图像卷积与滤波运算，理解图像矩阵类型和矩阵运算。 4．掌握图像变换，主要是离散和快速傅里叶变换等的原理及性质。 5．理解各种图像增强方法，特别是要求掌握空域图像增强的各种方法。理解图像频域滤波增强等方法。 7．理解编码概念及其基本原理，掌握预测编码、变换编码的原理及方法，了解部份国际编码标准。 8．理解图像退化的模型，理解常用的几种图像恢复的方法。 9．理解模式识别概念和方法，掌握图像分割和特征提取方法，理解几种分类技术及其应用。 10．理解图像融合基本原理及几种融合技术。 11．了解数字图像处理系统设计方法，能利用所学知识设计简单的数字图像处理系统。 12．掌握数字图像处理中最基本、最广泛应用的概念、原理、理论和算法以及基本技术和方法；着重培养学生对数字图像处理的分析能力，能熟练用MATLAB或c++编程，实现对图像进行处理。 三、教学内容及要求 （一）绪论 1. 数字图像处理的发展
一、图像的预处理技术 图像处理按输入结果可以分为两类，即输入输出都是一副图像和输入一张图像输出不再是图像的数据。图像处理是个很广泛的概念，有时候我们仅仅需要对一幅图像做一些简单的处理，即按照我们的需求将它加工称我们想要得效果的图像，比如图像的降噪和增强、灰度变换等等。更多时候我们想要从一幅图像中获取更高级的结果，比如图像中的目标检测与识别。如果我们将输出图像中更高级的结果视为目的的话，那么我们可以把输入输出都是一幅图像看作是整个处理流程中的预处理。下面我们将谈到一些重要的预处理技术。 （一）图像增强与去噪 图像的增强是一个主观的结果，原来的图像按照我们的需求被处理成我们想要的效果，比如说模糊、锐化、灰度变换等等。图像的去噪则是尽可能让图像恢复到被噪声污染前的样子。衡量标准是可以度量的。不管是图像的增强与去噪，都是基于滤波操作的。 1．滤波器的设计方法 滤波操作是图像处理的一个基本操作，滤波又可分为空间滤波和频域滤波。空间滤波是用一个空间模板在图像每个像素点处进行卷积，卷积的结果就是滤波后的图像。频域滤波则是在频率域看待一幅图像，使用快速傅里叶变换将图像变换到频域，得到图像的频谱。我们可以在频域用函数来保留或减弱/去除相应频率分量，再变换回空间域，得到频域滤波的结果。而空间滤波和频域滤波有着一定的联系。频域滤波也可以指导空间模板的设计，卷积定理是二者连接的桥梁。 （1）频域滤波 使用二维离散傅里叶变换（DFT ）变换到频域： ∑∑-=+--==10)//(210),(),(N y N vy M ux i M x e y x f v u F π 使用二维离散傅里叶反变换（IDFT ）变换到空间域： ∑∑-=-=+=1010)//(2),(1),(M u N v N vy M ux i e v u F MN y x f π 在实际应用中，由于该过程时间复杂度过高，会使用快速傅里叶变换（FFT ）来加速这个过程。现在我们可以在频域的角度看待这些图像了。必须了解的是，图像中的细节即灰度变化剧烈的地方对应着高频分量，图像中平坦变化较少的地方对应着低频分量。图像中的周期性图案/噪声对应着某一个频率区域，那么在频域使用合适的滤波器就能去除相应的频率分量，再使用傅里叶反变换就能看到实际想要的结果。 不同的是，在频域的滤波器不再是做卷积，而是做乘积，因为做乘法的目的在于控制频率分量。比较有代表性的有如下几个滤波器： 高斯低通滤波器 222/),(),(σv u D e v u H -= D 是距离频率矩形中心的距离。该滤波器能保留低频分量，逐渐减小高频分量，对原图像具有模糊作用。