數字圖像處理(武漢理工大學建設的慕課)

數字圖像處理課程是武漢理工大學建設的慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程。該課程於2018年12月30日首次在中國大學MOOC開課，授課教師為黃朝兵、楊傑、郭志強、王昱、胡輯偉、曹輝。據2021年9月中國大學MOOC官網顯示，該課程已運行4學期。

數字圖像處理課程共十一章，包括人類視覺感知系統、圖像獲取與數位化、圖像基本運算、圖像變換、圖像增強、圖像復原、圖像壓縮編碼、圖像分割、彩色圖像處理、圖像表示與描述等內容。

基本介紹

• 中文名：數字圖像處理
• 外文名：Digital Image Processing
• 類別：慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程
• 授課平台：中國大學MOOC
• 開課時間：2018年12月30日（首次）
• 授課教師：黃朝兵、楊傑、郭志強、王昱、胡輯偉、曹輝
• 建設院校：武漢理工大學

課程性質

課程背景

隨著無人機、無人駕駛、機器人、人工智慧、新能源汽車等新一代信息技術的套用和發展，計算機視覺取代人工視覺已成為趨勢：大到航空航天、通信、工業、醫學、軍事公安等領域，小到智慧型監控、視頻內容分析、虛擬現實、人工智慧等方面。

課程定位

數字圖像處理課程是一門把圖像信號轉換成數位訊號並利用計算機對其進行處理過程的課程，通過對人類視覺感知系統、圖像獲取與數位化、圖像基本運算、圖像增強、圖像復原、圖像壓縮編碼、彩色圖像處理、圖像表示與描述等內容的學習，使學習者掌握圖像獲取及數位化、圖像增強、圖像復原、圖像壓縮、圖像分割和特徵提取、彩色圖像處理等的原理和方法。

課程簡介

數字圖像處理課程共十一章，緒章介紹圖像表示與描述等知識點；第一章講述數字圖像與數字圖像處理等內容；第二章介紹圖像的採樣與量化等知識點；第三章講述代數運算等內容；第四章介紹圖像傅立葉變換頻譜分析等知識點；第五章講述頻率域銳化濾波器等內容；第六章介紹圖像復原及退化模型等知識點；第七章講述數字圖像壓縮編碼基礎等內容；第八章介紹二值圖像處理等知識點；第九章講述全彩色圖像處理等內容；第十章介紹區域描述等知識點。

課程大綱

續章 數字圖像處理 課時 0.1概述 0.2數字圖像處理的基礎 0.3圖像基本運算 0.4圖像變換 0.5圖像增強 0.6圖像復原 0.7圖像壓縮編碼 0.8圖像分割 0.9彩色圖像處理 0.10圖像表示與描述 第一章 概述 課時 1.1數字圖像與數字圖像處理 1.2數字圖像處理系統組成及研究內容 1.3數字圖像處理技術套用領域 第二章 數字圖像處理的基礎 課時 2.1電磁波譜與可見光譜 2.2人眼的視覺特性 2.3圖像的採樣與量化 2.4像素間的關係 2.5圖像檔案類型 第三章 圖像基本運算 課時 3.1圖像基本運算概述 3.2點運算 3.3代數運算 3.4幾何運算 第四章 圖像變換 課時 4.1線性系統基本理論與運算 4.2離散傅立葉變換 4.3圖像傅立葉變換頻譜分析 4.4離散餘弦變換 第五章 圖像增強 課時 5.1圖像增強概述

5.2基於直方圖處理的圖像增強 5.3空間域濾波增強 5.4頻率域平滑濾波器 5.5頻率域銳化濾波器 第六章 圖像復原 課時 6.1圖像復原及退化模型 6.2噪聲模型 6.3空間域濾波復原 6.4頻率域濾波復原 6.5估計退化函式 6.6逆濾波和維納濾波 第七章 圖像壓縮編碼 課時 7.1數字圖像壓縮編碼基礎 7.2變長編碼 7.3算術編碼 7.4變換編碼 第八章 圖像分割 課時 8.1概述 8.2邊緣檢測 8.3邊緣連線 8.4閾值分割 8.5區域分割 8.6二值圖像處理 第九章 彩色圖像處理 課時 9.1彩色圖像基礎 9.2彩色模型 9.3偽彩色處理 9.4全彩色圖像處理 第十章 圖像表示與描述 課時 10.1顏色描述 10.2紋理描述 10.3邊界描述 10.4區域描述

（註：課程大綱排版從左到右排列）

開課信息

開課次數	開課時間	學時安排	參與人數
第1次開課	2018年12月30日-2019年02月15日	6-8小時每周	5525
第2次開課	2019年02月25日-2019年05月17日	1.5小時每周	17685
第3次開課	2020年02月20日-2020年06月10日	3-5小時每周	20972
第4次開課	2021年03月01日-2021年05月16日	3-6小時每周	9953
該課程1-4次開課授課教師均為黃朝兵、楊傑、郭志強、王昱、胡輯偉、曹輝。

教學目標

• 總目標

通過對數字圖像處理課程的學習，使學習者達到以下目標：

1、掌握圖像獲取及數位化、圖像增強、圖像復原、圖像壓縮、圖像分割和特徵提取、彩色圖像處理等的原理和方法，並能套用這些原理方法解決實際問題；

2、能夠利用Matlab等工具進行算法編程仿真，並對結果進行分析和評價；

3、能夠根據問題需求，設計一個圖像處理系統，滿足實際工程的需要；

4、了解數字圖像處理的發展動態，學習新思想、新技術、新套用，初步具備運用新技術創造性地解決複雜問題的能力。

• 分目標

章節題目	章節目標
續章 數字圖像處理	掌握人類視覺感知系統、圖像獲取與數位化、圖像基本運算、圖圖像增強、圖像復原、圖像壓縮編碼、圖像分割、彩色圖像處理、圖像表示與描述等原理和技術方法。
第一章 概述	了解數字圖像處理和數字圖像處理系統。
第二章 數字圖像處理的基礎	1、了解人類視覺感知系統； 2、掌握數字圖像的基礎知識。
第三章 圖像基本運算	1、掌握基本運算的原理和方法； 2、具備運用圖像運算解決實際問題的能力。
第四章 圖像變換	1、掌握傅立葉變換、二維離散傅立葉變換、離散餘弦變換、圖像離散傅立葉變換的性質； 2、學會分析傅立葉變換的頻譜特性。
第五章 圖像增強	1、掌握圖像增強的概念、空間域增強方法、頻率域增強方法； 2、掌握基於灰度的增強、基於直方圖處理的增強、空間域濾波增強、頻率域平滑濾波增強、頻率域銳化濾波增強的方法。
第六章 圖像復原	1、掌握圖像復原及退化模型、空間域復原方法、頻率域復原方法； 2、掌握圖像退化模型、均值濾波器、中值濾波器、頻率域濾波復原、估計退化函式、逆濾波和維納濾波等原理和方法。
第七章 圖像壓縮編碼	1、掌握數字圖像壓縮編碼的概念、評價準則、無失真圖像壓縮編碼方法、有限失真圖像壓縮編碼方法； 2、掌握Huffman編碼、算術編碼、變換編碼等原理和方法。
第八章 圖像分割	1、掌握圖像邊緣檢測與連線、閾值分割、區域分割、二值圖像處理等方法； 2、掌握邊緣檢測方法、閾值分割方法、區域生長方法、區域分裂與合併方法、數學形態學處理方法。
第九章 彩色圖像處理	1、掌握彩色圖像基礎、彩色模型、偽彩色處理、全彩色圖像處理； 2、掌握彩色模型及其轉換方法、偽彩色圖像處理技術、全彩色圖像處理技術。
第十章 圖像表示與描述	1、掌握圖像的顏色描述、紋理描述、邊界描述、區域描述的原理和方法； 2、掌握顏色特徵、紋理特徵、邊界特徵、區域特徵的計算方法。

學習預備

預備知識

學習數字圖像處理課程需要掌握機率論與數理統計、數位訊號處理、電腦程式設計基礎等課程基礎知識。

學習資料

書名	作者	出版時間/修訂時間	出版社
《數字圖像處理及MATLAB實現（第3版）》	楊傑、黃朝兵	2019年11月	中國工信出版集團、電子工業出版社
《數字圖像處理（第2版）》	岡薩雷斯	2003年3月	電子工業出版社
《Digital Image Processing（Third Edition）》	Rafael C. Gonzalez、Richard E. Woods	2017年1月
《 數字圖像處理的MATLAB實現（第2版）》		2018年5月	清華大學出版社
《圖象處理和分析（第2版）》	章毓晉	2002年12月
《數字圖像處理》	姚敏	2008年3月	機械工業出版社
《Digital Image Processing》	Kenneth R	2000年	Castleman. Prentice Hall

（註：表格內容參考資料）

所獲榮譽

2019年，數字圖像處理課程被中華人民共和國教育部認定為“國家精品線上開放課程”。

2020年11月24日，數字圖像處理課程被中華人民共和國教育部認定為“首批國家級一流本科課程”。

教師簡介

黃朝兵，武漢理工大學信息工程學院教授。

楊傑，武漢理工大學信息工程學院教授，從事圖象分析及識別的理論和算法、人工智慧理論與套用等領域研究工作。

郭志強，武漢理工大學信息工程學院教授，從事信號處理、圖像處理、模式識別、數據挖掘等領域研究工作。

王昱，武漢理工大學信息工程學院副教授，承擔數字圖像處理、模式識別等課程教學工作。

胡輯偉，武漢理工大學信息工程學院副教授，從事算機視覺、模式識別與人工智慧等領域研究工作。

曹輝，武漢理工大學信息工程學院講師，從事源定位、信號參數估計、陣列信號處理等領域研究工作。