Компьютерная обработка изображений. Рабочая программа дисциплины

Компьютерная обработка изображений Рабочая программа дисциплины по направлениям подготовки: 551900 «Оптотехника (бакалавр, магистр)» факультеты: Оптико-информационных систем и технологий

1. Цели и задачи дисциплины Дисциплина "Компьютерная обработка изображений" относится к основным дисциплинам содержания образовательных программ по специализации "Компьютерная оптика" и имеет своей целью формирование у студентов-оптиков теоретической базы цифровой обработки изображений как дискретных двумерных сигналов и ознакомление с методами и средствами компьютерной обработки изображений. Дисциплина базируется на знаниях теоретических основ современной оптики, приобретенных при изучении дисциплин "Основы оптики", "Введение в оптическую информатику", "Компьютерное моделирование и оценка качества изображения", а также основ разработки прикладного программного обеспечения, полученных при изучении дисциплин "Прикладное программирование". Задачами дисциплины являются:

• • • •

изучение математической теории цифровых интегральных преобразований и их специфических свойств; освоение эффективных алгоритмов быстрого выполнения интегральных преобразований; приобретение знаний современных принципов компьютерного кодирования изображений, в том числе методик цветового кодирования; приобретение знаний и навыков использования основных методов обработки изображений (геометрические преобразования, препарирование, фильтрация и др.).

2. Требования к уровню освоения содержания дисциплины Студент считается освоившим содержание дисциплины, если он:

• • • •

знаком c теорией цифровой обработки сигналов и методами обработки изображений; знает основные алгоритмы компьютерной обработку изображений и их практическую ценность; имеет практические навыки по использованию методов и средств компьютерной обработки изображений; имеет навыки реализации математических моделей обработки изображения в виде программных модулей.

3. Объем дисциплины и виды учебной работы Вид учебной работы

Всего часов

Общая трудоемкость дисциплины Аудиторные занятия Лекции Лабораторные работы (ЛР) Самостоятельная работа Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

119 68 34 34 51 зачет, экзамен

Семестры 10 119 68 34 34 51 зачет, экзамен

4. Содержание дисциплины 4.1. Разделы дисциплин и виды занятий № п/п 1. 2. 3. 4.

Раздел дисциплины

Лекции

ЛР

Введение Основы цифровой обработки оптических сигналов Регистрация и кодирование изображений Методы и алгоритмы обработки изображений

2 12 8 12

10 24

СРС

4.2. Содержание разделов дисциплины 1. Введение Основные понятия компьютерной обработки изображений. Модели и алгоритмы, методы и средства обработки оптических изображений. 2. Основы цифровой обработки оптических сигналов Основные понятия теории сигналов: сигнал, импульсная реакция, спектр, линейные операции, изопланатичность. Математическое описание перехода от непрерывных сигналов и преобразований к дискретным. Дискретизация и квантование изображений. Дискретное представление преобразований сигналов. Цифровые фильтры. Теорема отсчетов и ее применение для анализа процесса дискретизации функций с непрерывным финитным спектром. Дискретное преобразование Фурье - основные понятия, свойства симметрии, четности, перестановок, связь цифровой свертки и ДПФ. Одномерное и двумерное преобразования Фурье. Понятие свертки в дискретной форме. Автокорреляция. Свойства циклической свертки. Переналожение спектров и следствия этого, методы аппроксимации, потери и сохранение информации, принципы использования ДПФ для хранения изображений на компьютерных носителях информации. Понятие быстрых алгоритмов. Алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ) - формулировка и матричное представление, свойства симметрии и перестановки данных. Алгоритм быстрой перестановки. Различные алгоритмы БПФ. 3. Регистрация и кодирование изображений Методы и средства регистрации и ввода изображений в память компьютера. Принципы кодирования изображений. Методы и форматы для хранения изображений. Принципы сжатия изображений без потерь и с потерями. Кодирование цветных изображений. Теория цвета. Квантование цвета. Цветовые пространства и стандарты цветового кодирования (системы RGB, CMYK, HSB и другие). Компьютерная визуализация изображений. 4. Методы и алгоритмы обработки изображений Геометрические преобразования изображений. Масштабирование изображений. Зеркальные отражения изображений. Повороты изображений. Поэлементные преобразования изображений. Препарирование изображений. Понятие lookup-таблицы. Бинаризация. Яркостный срез. Линейное контрастирование. Пилообразное контрастирование. Соляризация. Понятие гистограммы изображения. Эквализация. Восстановление изображений. Модели изображений и их искажений (смаз, расфокусировка, шум и т.п.). Фильтрация изображений. Масочная фильтрация. Нелинейная фильтрация. Алгебраические методы восстановления изображений. Выполнение логических и арифметических операций над изображениями. Проведение измерений на изображениях. Распознавание образов.

5. Лабораторный практикум, практические занятия и курсовые проекты 5.1. Лабораторный практикум № п/п 1.

№ раздела дисциплины 3

2.

3

3.

4

4. 5. 6.

4 4 4

Наименование лабораторных работ Регистрация и ввод изображений в компьютер Кодирование и декодирование изображений с использованием растровых графических форматов Исследование методов геометрических преобразований изображений Исследование методов препарирования изображений Исследование методов фильтрации изображений Приведение измерений на изображениях

6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 6.1. Рекомендуемая литература а) основная литература 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Бейтс Р. Мак-Доннелл М. Восстановление и реконструкция изображений. -М: Мир, 1989. Борн Г. Форматы данных. -К. Торгово-издательское бюро BHV, 1995. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. -М. Мир, 1988. с. 15-141. Климов А. С. Форматы графических файлов. -К: НИПФ "ДиаСофт Лтд.", 1995. Оппенгейм А. В., Шафер Р. В. Цифровая обработка сигналов. -М. Связь, 1979. -416 с. Папулис А. Теория систем и преобразований в оптике. -М. Мир, 1971. -496 с.

7. 8.

Прэтт У. Цифровая обработка изображений. -М: Мир, 1979. Рабинер Л. Р., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. -М. Мир, 1978. с. 62-72, 394-421. 9. Ярославский Л. П. Введение в цифровую обработку изображений. -М. Сов. радио, 1979. -312 с. 10. Ярославский Л. П. Цифровая обработка сигналов в оптике и голографии: Введение в цифровую оптику. -М. Радио и связь, 1987. -296 с. б) дополнительная литература 1. 2. 3. 4. 5.

Борн М., Вольф Э. Основы оптики. -М. Наука, 1970. -856 с. Гудмен Дж. Введение в Фурье-оптику. -М. Мир, 1970. -364 с. Компьютеры в оптических исследованиях. Под ред. Б. Фридена. -М. Мир, 1983. -448 с. Родионов С. А. Автоматизация проектирования оптических систем. -Л. Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. -270 с. Стюард И. Г. Введение в Фурье-оптику. -М. Мир, 1988. -182 с.

6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины компилятор языка C++; интегрированная среда разработки приложений.

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины Компьютерный класс

Программу составили: к.т.н., доц. Домненко В.М., кафедра Прикладной и компьютерной оптики магистр, ассистент Бурсов М.В., кафедра Прикладной и компьютерной оптики