30452 數字圖像技術大綱（高綱1629）

高綱 1629江蘇省高等教育自學考試大綱 30452　　數字圖像技術　　　　　　　　　　　　　　　南京理工大學編（2016年） 江蘇省高等教育自學考試委員會辦公室Ⅰ 課程性質與課程目標一、課程性質和特點《數字圖像技術》是江蘇省高等教育自學考試電子工程專業的必修課，是為了培養和檢驗自學應考者信號處理的基本知識和基本技能而設置的一門專業課程。隨著計算機和數字信號處理技術的飛速發展，圖像信息的存儲、傳輸和處理都得以數字化，各種產品、軟件層出不窮，在這種形勢下，電子信息工程及其相關專業的學生了解和掌握基本的數字圖像處理知識是十分必要的。本課程即主要介紹數字圖像處理的基本知識、基本原理和基本算法,為電子信息工程、自動化等相關專業的學生進一步學習后續課程打下基礎。二、課程目標課程設置的目的主要是鼓勵自學應考者：1. 能夠掌握數字圖像處理的基本概念和基本原理；2. 能夠應用數字信號處理的基本原理和方法對數字圖像進行各種處理，如：數字圖像信號的采集、表達、各種變換方法和圖像信號的編碼壓縮等；3. 能夠對數字圖像信號處理的最新研究成果與發展趨勢有所了解，以適應現代社會對信息處理越來越高的要求。三、與相關課程的聯系與區別本課程應具備高等數學、線性代數、數字信號處理、計算機編程等學科的知識基礎。四、課程的重點和難點本課程的重點在于圖像各類處理算法，難點在于圖像變換原理，具體內容參見各章節。Ⅱ 考核目標本大綱在考核目標中，按照識記、領會、應用三個層次規定其應達到的能力層次要求。三個能力層次是遞升的關系，后者必須建立在前者的基礎上。各能力層次的含義是：識記（Ⅰ）：要求考生能夠識別和記憶本課程中有關概念及規律的主要內容（如定義、定理、定律、表達式、公式、原理、重要結論、方法及特征、特點等），并能夠根據考核的不同要求，做正確的表述、選擇和判斷。領會（Ⅱ）：要求考生能夠領悟和理解本課程中有關概念及方法的作用、應用場合、理解其原理、理解其與相關知識的區別和聯系。應用（Ⅲ）：要求考生能夠根據已知的知識、運用該方法對圖像進行變換、處理以及計算。Ⅲ 課程內容與考核要求第一章 導論一、學習目的與要求通過本章的學習，了解圖像及圖像處理的基本概念，了解圖像處理系統的組成。二、課程內容本章介紹了圖像的基本概念，數字圖像系統的組成，數字圖像處理的特點及應用。三、考核知識點與考核要求1. 數字圖像處理的概念識記：圖像的概念及分類；圖像處理的定義及分類。2. 數字圖像處理的內容以及與其他學科的關系識記：數字圖像處理三個層次的研究內容；數字圖像處理與其他學科的關系。3. 數字圖像處理系統概述識記：數字圖像處理系統的組成及各個模塊的作用。4. 數字圖像處理的特點及其應用識記：數字圖像處理的特點；數字圖像處理的應用。四、本章重點、難點重點：數字圖像處理的三個層次內容。第二章 數字圖像處理基礎一、學習目的與要求通過本章的學習，了解人眼的視覺原理、掌握圖像數字化的方法、直方圖的定義及性質及應用、熟悉BMP文件結構、了解圖像噪聲的形成原理及特征。二、課程內容本章介紹了數字圖像處理的基礎知識，為以后章節的學習打下了基礎。三、考核知識點與考核要求1. 人眼的視覺原理識記：圖像的形成原理；視覺亮度范圍；人眼的分辨率；視覺適應性；對比靈敏度；亮度的感覺；人眼的色覺；馬赫帶效應。2. 連續圖像的描述領會：亮度圖像的數學描述；彩色圖像的數學描述。3. 圖像數字化識記：采樣的定義；量化的定義；圖像數字化器的性能評價項目。領會：空間分辨率和幅度分辨率對圖像質量的影響；量化的灰度級數與量化位數的關系。應用：根據空間分辨率和幅度分辨率計算圖像存儲量。4. 圖像灰度直方圖識記：直方圖的定義。領會：直方圖的性質。應用：計算圖像的直方圖；利用直方圖檢查圖像灰度級范圍是否合理；利用直方圖選擇邊界閾值；利用直方圖計算圖像信息量。5. 數字圖像處理算法的形式識記：基本功能形式；鄰域。領會：局部處理的形式；迭代處理的形式；跟蹤處理的形式；窗口處理和模板處理的形式；串行處理和并行處理的形式。6. 圖像的數據結構與圖像文件格式識記：BMP文件格式。7. 圖像的特征與噪聲識記：圖像的自然特征與人工特征；噪聲的種類。四、本章重點、難點重點：圖像數字化；直方圖的定義與性質。難點：數字圖像處理算法的形式。第三章 圖像變換一、學習目的與要求通過本章的學習，了解圖像變換的作用、重點掌握傅立葉變換。二、課程內容本章介紹了數字變換的原理及傅立葉變換的相關概念。三、考核知識點與考核要求1. 預備知識識記：δ函數的定義；δ函數的性質；二維線性位移不變系統的定義。2. 傅立葉變換識記：傅立葉變換的定義。領會：傅立葉變換的性質。四、本章重點、難點重點：傅立葉變換。難點：傅立葉變換。第四章 圖像增強一、學習目的與要求通過本章的學習，掌握圖像增強的原理及常用方法。二、課程內容本章介紹了圖像增強的原理、空間域平滑、空間域銳化、頻率域增強、假彩色增強等圖像增強的方法。三、考核知識點與考核要求1. 圖像增強的點運算識記：圖像增強的目的；圖像增強的分類。領會：灰度級校正原理；灰度變換原理；直方圖均衡化原理；直方圖規定化的應用；局部統計法原理。應用：根據已知灰度變換關系式對圖像進行灰度變換；對圖像進行直方圖均衡化修正。2. 圖像空間域平滑領會：圖像平滑的意義；超限像素法的原理；灰度最相近的K個鄰點平均法的原理；梯度倒數加權平滑法的原理；最大均勻性平滑的原理；有選擇保邊緣平滑法的原理；多幅圖像平均法的原理。應用：使用局部平滑法對圖像進行平滑操作；使用超限像素平滑法對圖像進行平滑操作；給定模板下，使用空間低通濾波法對圖像進行平滑操作；使用中值濾波法對圖像進行平滑操作。3. 圖像空間域銳化識記：銳化；梯度。應用：對圖像使用梯度銳化法；使用拉普拉斯算子對圖像進行銳化；使用高通濾波法對圖像進行銳化。4. 頻率域增強識記：頻率域增強的一般過程。領會：理想低通濾波器的原理；Butterworth低通濾波器的原理及特點；指數低通濾波器的原理及特點；梯形低通濾波器的原理；基于高通濾波器的頻率域銳化原理。5. 彩色增強技術識記：彩色增強的定義及目的。領會：偽彩色增強的原理及三種方法；假彩色增強的原理及方法；偽彩色增強與假彩色增強的區別；彩色變換的原理及作用。6. 圖像代數運算領會：各種代數運算的定義及作用。應用：根據不同的目的對圖像進行代數運算。四、本章重點、難點重點：直方圖均衡化處理；空間域平滑；空間域銳化。難點：直方圖均衡化處理。第五章 圖像復原與重建一、學習目的與要求通過本章的學習，掌握圖像復原的原理及常用的復用方法。二、課程內容本章介紹了圖像退化模型、代數恢復方法、頻率域恢復方法、幾何校正以及圖像重建的基本思想。三、考核知識點與考核要求1. 圖像退化識記：圖像退化的定義；圖像退化的典型原因。領會：圖像復原與圖像增強的區別；退化的數字模型。2. 代數恢復方法與頻率域恢復方法識記：無約束復原的原理；約束最小二乘復原的原理；逆濾波恢復法的原理；維納濾波復原法的原理；去除由勻速運動引起的模糊的原理。3. 幾何校正識記：幾何校正的目的；幾何校正的步驟。領會：空間坐標變換中直接法與間接法的原理及區別；像素灰度校正的原理。4. 圖像重建識記：圖像重建的定義及應用場合。領會：斷層掃描的二維重建原理；三維復原的方法。四、本章重點、難點重點：空間坐標變換的方法。難點：頻率域恢復方法。第六章 圖像編碼與壓縮一、學習目的與要求通過本章的學習，掌握統計壓縮編碼的常用方法以及JPEG編碼標準。二、課程內容本章介紹了圖像壓縮編碼的原理、常用的統計壓縮編碼方法、預測編碼思想以及正交編碼的原理，其中詳細介紹了JPEG編碼。三、考核知識點與考核要求1. 概述識記：圖像數據壓縮的必要性與可能性；圖像編碼壓縮技術的分類。2. 圖像保真度準則識記：常用的客觀保真度準則；主觀保真度準則。3. 統計編碼方法識記：信息量和熵；圖像冗余度；編碼效率。領會：行程編碼的特點；霍夫曼編碼的特點；算術編碼的特點。應用：行程編碼；霍夫曼編碼；費諾-香農編碼；算術編碼。4. 預測編碼識記：預測編碼。領會：DPCM的原理及特點。5. 正交變換編碼領會：變換編碼的原理；變換編碼的性質；變化編碼性能比較。6. 圖像編碼的國際標準簡介識記：JPEG；MPEG。四、本章重點、難點重點：霍夫曼編碼；算術編碼。難點：變換編碼。第七章 圖像分割一、學習目的與要求通過本章的學習，掌握圖像分割的原理及常用方法。二、課程內容本章介紹了圖像分割的意義、基于邊緣的分割、基于區域的分割、基于閾值的分割等常用的分割方法。三、考核知識點與考核要求1. 概述識記：圖像分割的定義；圖像分割的分類。領會：圖像分割的作用。2. 邊緣檢測算子識記：邊緣。領會：基于邊緣分割的原理；各種邊緣檢測算子（如梯度算子、Robert算子、Prewitt算子、Sobel算子、方向算子、Laplacian算子、馬爾算子、Canny算子）的原理及特點；曲面擬合法的原理及特點。應用：使用各種邊緣檢測算子對圖像進行分割。3. 邊緣跟蹤識記：邊緣跟蹤。領會：全向跟蹤的原理。應用：采用光柵掃描跟蹤法連接邊緣。4. 線檢測識記：Hough變換檢測直線的原理；廣義Hough變換檢測曲線的原理。5. 區域分割領會：判斷分析法的原理及特點；最佳熵自動閾值法的原理及特點；最小誤差分割的原理及特點。應用：狀態法（峰谷法）對圖像進行分割。6. 區域增長領會：區域生長法原理；質心型增長法的原理及特點；混合型增長法的原理及特點。應用：運用簡單區域生長法進行圖像分割。7. 分裂合并法領會：分裂合并法原理。應用：使用分裂合并法進行圖像分割。四、本章重點、難點重點：邊緣檢測算子；灰度閾值法；區域生長法；分裂合并法。第八章 二值圖像處理與形狀分析一、學習目的與要求通過本章的學習，掌握一些常用的二值圖像描述的特征參數。二、課程內容本章介紹了圖像描述的常用的特征參數，如目標邊界、連接成分、形狀等參數，通過這些參數，為圖像分類識別打下基礎。三、考核知識點與考核要求1. 二值圖像的連接性和距離識記：鄰域；鄰接；像素連接；4-路徑；8-路徑；連接成分；歐拉數；像素的可刪除性；連接數；區域鄰接圖；包含；擊中；不擊中；距離；幾種常用距離。2. 連接成分的變形處理領會：對連接成分進行標記的作用；膨脹和腐蝕的原理及作用；距離變換的原理；細化的原理；邊界跟蹤的原理；區域填充的原理。應用：對連接成分進行標記；對圖像進行膨脹及腐蝕操作。3. 形狀特征提取與分析識記：拓撲描繪子；凹凸性；面積；周長；圓形度；原點矩；中心矩；投影；截口。領會：方向鏈碼的表示法及可提取的幾何特征。應用：對目標邊界用方向鏈碼表示并計算其幾何特征。四、本章重點、難點重點：膨脹和腐蝕、邊界的方向鏈碼表示。第九章 影像紋理分析一、學習目的與要求通過本章學習，掌握紋理的相關概念，了解主要的紋理特征提取與分析的方法。二、課程內容本章介紹了紋理特征提取與分析的主要方法。三、考核知識點與考核要求概述識記：紋理；紋理分類；紋理分析的主要方法。四、本章重點、難點重點：紋理。第十章 模板匹配與模式識別技術一、學習目的與要求通過本章的學習，掌握圖像識別系統的組成以及模板匹配的原理。二、課程內容本章介紹了模式識別的一些基礎知識，包括模板匹配技術、統計模式識別、結構模式識別和人工神經網絡分類的基本概念和原理。三、考核知識點與考核要求1. 模板匹配識記：圖像識別系統的組成。領會：模板匹配的原理。2. 統計模式識別識記：統計模式識別的過程；特征處理；統計分類法。四、本章重點、難點重點：模板匹配的原理。第十一章 數字圖像處理的應用一、學習目的與要求通過本章的學習，對數字圖像處理技術在指紋識別及文字識別等方面的應用有大概的了解。二、課程內容本章介紹了數字圖像處理在指紋識別及文字識別等領域的應用。三、考核知識點與考核要求1. 指紋識別系統識記：指紋特征。領會：指紋識別系統。2. 文字識別技術領會：文字圖像處理流程。四、本章重點、難點重點：指紋識別系統。Ⅳ 關于大綱的說明與考核實施要求一、自學考試大綱的目的和作用課程自學考試大綱是根據專業自學考試計劃的要求，結合自學考試的特點而確定。其目的是對個人自學、社會助學和課程考試命題進行指導和規定。課程自學考試大綱明確了課程學習的內容以及深廣度，規定了課程自學考試的范圍和標準。因此，它是編寫自學考試教材和輔導書的依據，是社會助學組織進行自學輔導的依據，是自學者學習教材、掌握課程內容知識范圍和程度的依據，也是進行自學考試命題的依據。二、課程自學考試大綱與教材的關系課程自學考試大綱是進行學習和考核的依據，教材是學習掌握課程知識的基本內容與范圍，教材的內容是大綱所規定的課程知識和內容的擴展與發揮。大綱與教材所體現的課程內容應基本一致；大綱里面的課程內容和考核知識點，教材里一般也要有。反過來教材里有的內容，大綱里就不一定體現。三、關于自學教材《數字圖像處理》（第三版），賈永紅編著，武漢大學出版社， 2016年版。四、關于自學要求和自學方法的指導本大綱的課程基本要求是依據專業考試計劃和專業培養目標而確定的。課程基本要求還明確了課程的基本內容，以及對基本內容掌握的程度。基本要求中的知識點構成了課程內容的主體部分。因此，課程基本內容掌握程度、課程考核知識點是高等教育自學考試考核的主要內容。為有效地指導個人自學和社會助學，本大綱已指明了課程的重點和難點，在章節的基本要求中一般也指明了章節內容的重點和難點。本課程共 5 學分。本課程是一門理論性較強的課，重點在于對各種數字圖像處理算法的理解及實際應用能力。自學考試主要是通過個人自學、教師輔導、社會助學和國家考試來考核應考者掌握專業知識和能力的方法。應考者應根據自己的特點，找出適合自己的學習方法，此外，考生在自學過程中，應注意以下幾點：1．在開始閱讀指定教材某一章之前，先翻閱大綱中有關這一章的考核知識點及對知識點的能力層次要求和考核目標，以便在閱讀教材時做到心中有數，有的放矢。2．本課程內容涉及數字圖像處理的各個方面，知識、范圍比較廣泛，全書是一個整體，但各章之間又有相對獨立性。自學者應首先全面系統地學習各章的內容，深刻領會各種處理算法的理論知識；其次，要注意各章之間的聯系；然后，在全面系統的基礎上掌握重點，有目的地深入學習重點章節，但切忌在沒有了解全貌的情況下孤立地去抓重點，押題目。3．在自學過程中，既要思考問題，也要做好閱讀筆記，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，這可從中加深對問題的認知、理解和記憶，以利于突出重點，并涵蓋整個內容，可以不斷提高自學能力。4．完成書后作業是理解、消化和鞏固所學知識，培養分析問題、解決問題及提高能力的重要環節，在做練習之前，應認真閱讀教材，按考核目標所要求的不同層次，掌握教材內容，在練習過程中對所學知識進行合理的回顧與發揮，注重理論聯系實際和具體問題具體分析，解題時應注意培養邏輯性，針對問題圍繞相關知識點進行層次（步驟）分明的論述或推導，明確各層次（步驟）間的邏輯關系。五、應考指導1. 如何學習很好的計劃和組織是你學習成功的法寶。…如果你正在接受培訓學習，一定要跟緊課程并完成作業。…為了在考試中作出滿意的回答，你必須對所學課程內容有很好的理解。…使用“行動計劃表”來監控你的學習進展。…你閱讀課本時可以做讀書筆記。如有需要重點注意的內容，可以用彩筆來標注。如：紅色代表重點；綠色代表需要深入研究的領域；黃色代表可以運用在工作之中。可以在空白處記錄相關網站，文章。2. 如何考試卷面整潔非常重要。書寫工整，段落與間距合理，卷面賞心悅目有助于教師評分，教師只能為他能看懂的內容打分。回答所提出的問題。要回答所問的問題，而不是回答你自己樂意回答的問題！避免超過問題的范圍3. 如何處理緊張情緒 正確處理對失敗的懼怕，要正面思考。如果可能，請教已經通過該科目考試的人，問他們一些問題。做深呼吸放松，這有助于使頭腦清醒，緩解緊張情緒。考試前合理膳食，保持旺盛精力，保持冷靜。4. 如何克服心理障礙這是一個普遍問題！如果你在考試中出現這種情況，試試下列方法：使用“線索”紙條。進入考場之前，將記憶“線索”記在紙條上，但你不能將紙條帶進考場，因此當你閱讀考卷時，一旦有了思路就快速記下。按自己的步調進行答卷。為每個考題或部分分配合理時間，并按此時間安排進行。六、對社會助學的要求要針對重點章、次重點章和一般章節分別提出自學或助學的基本學時建議和要求（如在章節后面已有，這里也可不再闡述），在助學活動中應注意的問題。要強調注意正確引導、把握好助學方向，正確處理學習知識和提高能力的關系。七、對考核內容的說明1. 本課程要求考生學習和掌握的知識點內容都作為考核的內容。課程中各章的內容均由若干知識點組成，在自學考試中成為考核知識點。因此，課程自學考試大綱中所規定的考試內容是以分解為考核知識點的方式給出的。由于各知識點在課程中的地位、作用以及知識自身的特點不同，自學考試將對各知識點分別按三個認知（或叫能力）層次確定其考核要求。2. 本大綱在考核目標中，按照識記、領會和應用三個層次要求考生掌握，三個能力層次是遞進關系。3. 本課程分為十一部分，分別是導論、數字圖像處理基礎、圖形變換、圖像增強、圖像復原與重建、圖像編碼與壓縮、圖像分割、二值圖像處理與形狀分析、影像紋理分析、模板匹配與模式識別技術、數字圖像處理的應用；考試試卷中所占的比例大約分別為：10%、11%、5%，15%，5%，15%，15%，15%，3%，3%，3%。八、關于考試命題的若干規定本課程的命題考試，應根據本大綱規定的考試內容和考核目標來確定考試范圍和考核要求，按大綱規定試題中主觀性題和客觀性題的比例來組配試卷，適當掌握試題的內容覆蓋面、能力層次和難易度。1. 本課程考試方法采用閉卷筆試，考試時間為120分鐘，評分采用100分制，60分為及格線。試卷的題型有：選擇題、填空題、名詞解釋、簡答題、計算題，各種題型的具體樣式參見本大綱附錄。2. 本大綱各章所規定的基本要求、知識點及知識點下的知識細目，都屬于考核的內容。考試命題既要覆蓋到章，又要避免面面俱到。要注意突出課程的重點、章節重點，加大重點內容的覆蓋度。3. 命題不應有超出大綱中考核知識點范圍的題目，考核目標不得高于大綱中所規定的相應的最高能力層次要求。命題應著重考核自學者對基本概念、基本知識和基本理論是否了解或掌握，對基本方法是否會用或熟練。不應出與基本要求不符的偏題或怪題。4. 本課程在試卷中對不同能力層次要求的分數比例大致為：識記占30%，領會占40%，應用占30%（注：不同專業、不同課程在具體規定上可有所區別）。5. 要合理安排試題的難易程度，試題的難度可分為：易、較易、較難和難四個等級。每份試卷中不同難度試題的分數比例一般為：2:3:3:2。必須注意試題的難易程度與能力層次有一定的聯系，但二者不是等同的概念。在各個能力層次中對于不同的考生都存在著不同的難度。在大綱中要特別強調這個問題，應告誡考生切勿混淆。在命題工作中必須按照本課程大綱中所規定的題型命制，考試試卷使用的題型可以略少，但不能超出本課程對題型規定。附錄 題型舉例一、選擇題如：下列處理與圖像的直方圖無關的是：（ ）A．算術編碼 B．計算圖像的熵C．峰谷法確定圖像分割的閾值 D．判斷圖像量化是否得當二、填空題如：一幅8位，800*600的灰度圖像中，在沒有經過壓縮的情況下，其數據量大小為 Bytes.三、名詞解釋如：數字圖像處理四、簡答題如：已知四個相鄰像素的灰度值：,,,,用雙線性插值法確定點(1.5,1.8)的灰度值。