《数字图像处理双语教学》教学大纲Word文档下载推荐.docx
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周次
学时数
教学主要内容
教学方法
备注
1-2
6
数字图像,数字化,灰阶,灰度级,相关研究领域
课堂教学
3-4
图像数字化器,数字化器的特性,矩阵表示,图像的大小,HIS彩色系统,半色调和抖动
5-6
欧几里德距离,城市街区距离,棋盘距离,图像直方图,图像直方图的性质,直方图均衡,线性运算
7-8
图像全局平均,图像局部平均,差值图像运算,图像梯度,Sobel边缘算子,图像相乘运算,图像掩模运算,中值滤波运算
9-10
空间位置插值,灰度级插值,双线性插值,空间变换,平移、旋转和尺度变换,形变技术
11-12
Matlab软件简介,数字图像处理箱,
读入和显示图像,Matlab图像类型,
直方图和直方图均衡
图像写出,空间变换,边缘检测图
像代数,图像增强,线性滤波
13-15
9
图像阈值化分割、最优阈值化、基于边缘的分割、边缘松弛、边缘跟踪、Hough变换、基于区域的分割、区域合并、区域分裂、分裂与合并
16-17
线性离散图像变换、离散余弦变换、离散图像变换的应用、图像数据压缩、图像数据压缩中的离散图像变换
3
考查
第一章图像与数字处理
Chapter1Imagesanddigitalprocessing
一、学习目的
通过本章的学习,帮助同学了解数字图像,数字化,灰阶,灰度级相关研究领域的内容和情况,对图像建立起大致概念,为后文的学习打下基础。
本章计划6学时。
二、课程内容
1.数字图像:
DefinitionsofImage:
(1)Image:
Anyrepresentationofaphysicalsceneorofanotherimage;
(2)Digitalimage:
Anarrayofintegersrepresentinganimageofascene;
(3)Digitalimageprocessing:
Digitalprocessingofaimage,themanipulationofinformationbycomputer.
2.数字化
Digitization:
(1)Sampling;
(2)Quantization;
3.灰阶
Grayscale:
Thesetofallpossiblegraylevelsinadigitalimage.
4.灰度级
Graylevel:
Thevalue,associatedwithapixelinadigitalimage,representingthebrightnessoftheoriginalsceneatthepoint.
5.相关研究领域
Relatedareas:
(1)DigitalImageProcessing:
startswithoneimageandproducesamodifiedversionofthatimage;
(2)ComputerGraphics:
isconcernedwiththeprocessinganddisplayofimagesofthingsthatexistconceptuallyorasmathematicaldescriptionsratherthanassolidobjects;
(3)ImageAnalysis:
Theprocessofdescribingorevaluationanimageintermsofitsparts,properties,andrelationships;
(4)PatternRecognition:
Theanalysis,description,identification,andclassificationofobjectsorothermeaningfulregularitiesbyautomaticorsemiautomaticmeans;
(5)ComputerVision:
isconcernedwithdevelopingsystemsthatcaninterpretthecontentofnaturalscene.
三、重点、难点提示和教学手段
(一)掌握数字图像的概念
(二)模拟图像数字化,灰阶,灰度级
四、思考与练习
1.用三种灰度级变换设计程序,判断变换是否有用。
(1)负片变换
(2)设置分段线性函数增强图像在亮度p1和p2之间的对比度
(3)图像亮度阈值化
第二章图像的数字化和显示
Chapter2Digitizinganddisplayimages
通过本章的学习,帮助同学了解图像数字化器,数字化器的特性,矩阵表示,图像的大小,HIS彩色系统,半色调和抖动等数字图像的相关基础知识,让同学们加深对数字图像的了解。
1.图像数字化器
a.Elementsofdigitizer:
(1)Samplingaperture(取样光圈)
(2)ScanningMechanism
(3)Lightsensor(CCDarray,Photodiodes…)
(4)Quantizer(Analog-to-digitalconverter)
(5)Storagemedium
b.DigitizingImages:
(1)Scanning
(2)Sampling
(3)Quantization
2.数字化器的特性
DigitizerProperties
(1)DigitizerSpatialProperties;
(2)DigitizerAmplitudeProperties
3.图像的矩阵表示
MathematicalRepresentation
(1)Pixelintensityasafunctionofrow/columnposition
(2)MatrixRepresentation
4.图像的大小
ImageSize:
Pixelsinwidth,Pixelsinheight
5.HIS彩色系统
(1)ChromaticityDiagram(色度图)
–AnycolorcharacterizedbyitsH,S,andI
–Mathematicallyconvertibletootherrepresentations,e.g.,RGB
(2)Hue(色调)
–Commonlyreferredtoascolor
(3)Saturation(色饱和度)
–How“red”thecolorredis
(4)Intensity(亮度)
–How“bright”thecoloris
6.半色调
Half-toneforGrey:
Areproductionofagrayscaleimagewhichusesdotsofvaryingsizeordensitytogivetheimpressionofareasofgray.
7.抖动
ColorDithering:
Ditheringistheattemptbyacomputerprogramtoapproximateacolorfromamixtureofothercolorswhentherequiredcolorisnotavailable.
(一)图像数字化器的组成和特性
(二)数字图像的矩阵表示与HIS彩色系统
(三)数字图像的半色调和抖动技术
1.假设我们要做两个有限的数字函数的卷积,问对于给定大小的域来讲,需要多少基本运算(加法和乘法)?
若使用卷积定理的话,又需要多少运算(不考虑傅立叶变换的代价)?
第三章直方图与点运算
Chapter3Histogramandpointoperations
通过本章的学习,了解学习和掌握欧几里德距离,城市街区距离,棋盘距离,着重掌握图像直方图,图像直方图的性质,直方图均衡,线性运算。
1.
(1)欧几里德距离
Euclideandistance:
(2)城市街区距离
Cityblockdistance:
(3)棋盘距离
Chessboarddistance:
2.图像直方图
Grey-ScaleHistograms:
(1)Definition:
Thegray-levelhistogramisafunctionshowing,foreachgraylevel,thenumberofpixelsintheimagethathavethespecificgraylevel;
(2)Plotoffrequencyofoccurrenceasfunctionofpixelvalue;
(3)Numberofpixelsateachgrey-levelorinarangeofgreylevels;
(4)Statisticalequivalent(aposteriori)ofaprobabilitydensityfunction.
3.图像直方图的性质
HistogramProperties:
(1)Histogramisamany-to-onemapping,spatialinformationisnotincluded;
(2)Animagehasuniquehistogram,butdifferentimagesmayhavesamehistogram;
(3)Histogramisinvariantundercertainimageoperations:
Shifting,rotation,reflection;
(4)Ifobjecthasconstantgrey-levelorrangeofgreylevels,thenrelativeareaisthesumofhistogramlinesatthatlevel(s);
(5)Normalizinghistogramto1makesitadiscreteapproximationtoapdf(概率密度函数).
4.直方图均衡
Histogramequalization:
Atechniquewhichaimstocreateanimagewithequallydistributedbrightnesslevelsoverthewholebrightnessscale.Histogramequalizationenhancescontrastforbrightnessvaluesclosetohistogrammaxima,anddecreasescontrastnearminima.
(2)Way:
DenotetheinputhistogrambyH(p)andrecallthattheinputgray-scaleis.Theintentionistofindamonotonicpixelbrightnesstransformationq=T(p)suchthatthedesiredoutputhistogramG(q)isuniformoverthewholeoutputbrightnessscale
5.线性运算
LinearPointOperations:
a:
slope,b:
interception
重点:
欧几里德距离,图像直方图,图像直方图的性质,直方图均衡
难点:
城市街区距离,棋盘距离,直方图均衡,线性运算
1.编写一个程序计算图像的直方图。
对于一定范围的图像,画出其直方图。
当彩色图像分别用下面的模型表示时,画出其三个分量的直方图。
第四章代数运算
Chapter4Algebricoperations
通过本章的学习,学习和掌握图像全局平均,图像局部平均,差值图像运算,着重掌握图像梯度,Sobel边缘算子,图像相乘运算,图像掩模运算,中值滤波运算。
1.图像全局平均
Imageaveraging:
ifnimagesofthesamesceneareavailable,thesmoothingcanbeaccomplishedwithoutblurringtheimageby,thenoisewillbesuppressed.
2.图像局部平均
Localaveraging:
1)Resultsareacceptableifthenoiseissmallerinsizethanthesmallestobjectsofinterestintheimage,butblurringofedgesisaseriousdisadvantage
2)Inmanycasesonlyoneimagewithnoiseisavailable,andaveragingisthenrealizedinalocalneighborhood.
3.差值图像运算
Differentialimage:
Ifthereexistsmotionobjectsintwoimages,wecanextractthechangeoftheobjectsbyimagesubtraction–mainlyforsecuritypurposes.
4.图像梯度
Gradient:
(1)Gradientcalculation;
(2)Gradientmagnitudeapproximation;
(3)GradientImage;
(4)GradientOperators:
Sobel,Roberts,Prewitt,Laplacian.
5.Sobel边缘算子
Sobeledgedetection:
下图示的两个卷积核形成Soebl边缘算子。
图像中的每个点都用这两个核做卷积,一个核对垂直边缘响应最大,而另一个对水平边缘响应最大。
两个卷积的最大值或它们的模作为该点的输出位。
运算结果将是一幅边缘幅度图。
-1
1
-2
2
6.图像相乘运算
MultiplicationforMasking:
Aregionofanimagecanbezeroedbymultiplyingbyanarrayofoneswiththeregiontobemaskedreplacedbyzeroes
7.图像掩模运算
Averagingusingarotatingmask
•Avoidsedgeblurringbysearchingforthehomogeneous(均匀的)partofthecurrentpixelneighborhood
•Brightnessaverageiscalculatedonlywithinthehomogeneousregion
•Abrightnessdispersionisusedastheregionhomogeneitymeasure.
LetnbethenumberofpixelsinaregionRandgbetheinputimage.Dispersioniscalculatedas:
8.中值滤波运算
Mediansmoothing:
•Inasetoforderedvalues,themedianisthecentralvalue.
•Medianfilteringreducesblurringofedges.
•Theideaistoreplacethecurrentpointintheimagebythemedianofthebrightnessinitsneighborhood.
•Themaindisadvantageofmedianfilteringinarectangularneighborhoodisitsdamagingofthinlinesandsharpcornersintheimage--thiscanbeavoidedifanothershapeofneighborhoodisused.
•Advantages:
•eliminatesimpulsivenoisequitewell
•doesnotbluredgesmuchandcanbeappliediteratively
图像梯度,Sobel边缘算子,图像掩模运算,中值滤波运算
图像梯度,Sobel边缘算子,图像相乘运算,图像掩模运算,中值滤波运算
题目:
设在每个象素处的噪声数值
是独立分布的随机变量,均值和标准差分别为0和
,证明:
的均值为0,标准差为
第五章几何运算
Chapter5GeometricOperations
通过本章的学习,学习和掌握空间位置插值,灰度级插值,双线性插值,空间变换,平移、旋转和尺度变换,形变技术。
1.空间位置插值
GeometricOperations
Step:
(1)Determiningthepixelco-ordinatetransformation;
---mappingoftheco-ordinatesoftheinputimagepixeltothepointintheoutputimage.
---theoutputpointco-ordinatesshouldbecomputedascontinuousvalues(realnumbers)asthepositiondoesnotnecessarilymatchthedigitalgridafterthetransform.
(2)Findingthepointinthedigitalrasterwhichmatchesthetransformedpointanddeterminingitsbrightness.Brightnessisusuallycomputedasaninterpolationofthebrightnessofseveralpointsintheneighborhood.
2.灰度级插值
Gray-levelInterpolation:
1)Generalway:
Pixel(x’,y’)isinoutputimagewherex’andy’lieonthediscreteraster.Theco-ordinatesofthepoint(x,y)intheoriginalimagecanbeobtainedbyinvertingtheplanartransformation:
(x,y)=T-1(x’,y’)
2)GrayLevelInterpolationMethods:
Ingeneral,(x,y)isnotinteger,sobrightnessisnotknown.Denotetheresultofthebrightnessinterpolationby
andth
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