《数字图像处理》综合设计

《数字图像处理》综合设计（精选15篇）

1.《数字图像处理》综合设计 篇一

实验1 加法器设计

1） 实验目的

（1） 复习加法器的分类及工作原理。

（2） 掌握用图形法设计半加器的方法。

（3） 掌握用元件例化法设计全加器的方法。

（4） 掌握用元件例化法设计多位加法器的方法。

（5） 掌握用Verilog HDL语言设计多位加法器的方法。

（6） 学习运用波形仿真验证程序的正确性。

（7） 学习定时分析工具的使用方法。

2） 实验原理

加法器是能够实现二进制加法运算的电路，是构成计算机中算术运算电路的基本单元。目前，在数字计算机中，无论加、减、乘、除法运算，都是化为若干步加法运算来完成的。加法器可分为1位加法器和多位加法器两大类。1位加法器有可分为半加器和全加器两种，多位加法器可分为串行进位加法器和超前进位加法器两种。

（1）半加器

如果不考虑来自低位的进位而将两个1位二进制数相加，称半加。实现半加运算的电路则称为半加器。若设A和B是两个1位的加数，S是两者相加的和，C是向高位的进位。则由二进制加法运算规则可以得到。

（2）全加器

在将两个1位二进制数相加时，除了最低位以外，每一位都应该考虑来自低位的进位，即将两个对应位的加数和来自低位的进位三个数相加，这种运算称全加。实现全加运算的电路则称为全加器。

若设A、B、CI分别是两个1位的加数、来自低位的进位，S是相加

的和，C是向高位的进位。则由二进制加法运算规则可以得到：

3）

（1）

（2）

（3） 实验内容及步骤 用图形法设计半加器，仿真设计结果。 用原件例化的方法设计全加器，仿真设计结果 用原件例化的方法设计一个4为二进制加法器，仿真设计结果，

进行定时分析。

（4） 用Verilog HDL语言设计一个4为二进制加法器，仿真设计结

果，进行定时分析。

（5） 分别下载用上述两种方法设计4为加法器，并进行在线测试。

4)设计

1）用图形法设计的半加器，如下图1所示，由其生成的符号如图2

所示。

2）用元件例化的方法设计的全加器如图3所示，由其生成的符号如图4所示。

图三：

图四：

5）全加器时序仿真波形如图下图所示

6）心得体会：

第一次做数字系统设计实验，老师给我们讲了用图形法设计的全过程。在这次过程中，我进一步加强对理论知识的学习，将理论与实践结合起来。实验过程中遇到了一个小问题是生成半加器符号，后来发现缺了File/Create Default这一步。通过这一次的失误，我明白了做事要认真！最后将实验做出来了，体味了成功的喜悦！通过这次实验我复习了加法器的分类及工作原理，

并掌握了用图形法设计半加器的方法，掌握了用元件例化法设计全加器的方法，掌握了用元件例化法设计多位加法器的方法，掌握了用Verilog HDL语言设计多位加法器的方法，学习了运用波形仿真验证程序的正确性，学习定时分析工具的使用方法。

[数字系统设计综合实验报告]

2.《数字图像处理》综合设计 篇二

1 总体方案设计

系统的总体框图如图1 所示。

在Altera公司的FPGA芯片中嵌入NIOS II软核, 作为系统的控制中枢。NIOS II是著名半导体厂商Altera公司设计的以硬件描述语言HDL形式提供的32 位微处理器IP核, 可以自由定制内核、外设控制器, 可以和HDL语言编写的数字模块一起, 烧录在一片FPGA芯片上, 实现片上系统 (So C) 。摄像头信号的采集、图像的分析处理直接通过Verilog HDL编写的硬件模块实现, 充分利用了FPGA芯片高速的并行处理能力。

2 系统的设计

2.1 NIOS II CPU模块设计

NIOS II CPU模块是在Quartus II中利用SOPC Builder设计工具来设计, 主要是添加了NIOS II软核处理器的内核, 数据读取IP核以及一些外设控制器。

2.2 CMOS摄像头捕获模块设计

CMOS摄像头捕获模块是通过Verilog HDL语言编写, 主要完成行、场同步以及水平和垂直的计数。模块的输入接口是对应的摄像头的硬件接口, 输出接口是对应到图像变换模块的输入接口。因为本设计中, CMOS的图像数据是要经过变换之后, 才存储到SDRAM之中的, 也是本设计的一大亮点。

2.3 图像变换模块

由于时间限制和项目规划, 本项目只设计了灰度变换和去色变换, 执行效果明显, 变换后的图像实时显示在VGA显示器上, 没有任何延迟和卡顿。此模块的适当开发, 有助于提升项目的应用价值和扩展功能。iswitch端口为变换模式切换信号, 可以实时改变变换的模式。

2.4 四端口SDRAM控制器模块

本模块设计了2 个数据写入端和2 个数据读取端, 采用Verilog HDL语言编写, 实现的功能是将外部SDRAM作为硬件FIFO存储数据。

2.5 NIOS II控制部分软件设计

NIOS II作为32 位CPU内核, 在本设计中是控制整个系统运行的核心部分。软件设计是在NIOS II Software Build Tools for Eclipse中设计完成的

3 系统的实物图和功能测试

如图2 所示。

4 总结

FPGA平台下, SOPC的设计方法在推广上, 还有不少的难度, 还有不少的工作要做。希望我们的工作仅仅是一个开端, 起到抛砖引玉的作用, 希望有越来越多的好的设计出现。

摘要：本课题研究的内容是在现场可编程逻辑器件 (FPGA) 平台中, 基于32位软核处理器NIOS Ⅱ, 通过CMOS摄像头采集数据, 呈现在VGA显示终端上实现图像实时采集、显示、变换、拍照存储等功能。利用FPGA的高速数据处理能力, 对拍照的图片实时的采集、处理、变换;NIOS II作为微控制器, 对于采集的数据以bmp格式保存到具有FAT32文件系统的SD卡上。本设计中NIOS II软核处理器是以软核的形式嵌入到FPGA中, 实现了SOPC技术 (片上可编程系统) , 在单片FPGA上实现了整个硬件算法和微控制器的控制过程。

关键词：SOPC技术,数字图像处理

参考文献

[1]郝建国, 倪德克, 郑燕.基于NIOSII内核的FPGA电路系统设计[M].北京:电子工业出版社, 2010.

[2]夏宇闻.Verilog数字系统设计教程 (第2版) [M].北京:北京航空航天大学出版社, 2008 (6) .

3.《数字图像处理》综合设计 篇三

【关键词】数字图像处理 案例驱动教学 知识模块化 互动答疑 课外延伸

【中图分类号】G64【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）01-0208-02

Photoshop是Adobe公司开发和发行的一款图像处理软件，其友好的工作界面、强大的图像编辑、处理能力、灵活的扩充性已成为当下图像处理的首选，《Photoshop数字图像处理》就是针对该软件在各高校广泛开设的一门技能选修课。笔者在近几年的教学实践中发现，该课程普遍存在开课容易，真正上好和真正学好却不易。原因有很多，归纳起来有以下两方面：

1.学习者自身特征分析

本课程学习对象的年龄大概在18到22岁之间，他们心态开放，接受强，喜欢时尚新颖的事物；同时，他们承受挫折的能力相对较弱，做事情的持久度不够，有些许的急功近利，易产生浮躁的心理，缺乏足够的学习耐心和实践精神[2]。

2.课程自身特点分析

该课程一般作为公共课或技能课，需要学习和掌握的知识点多，而课程时间又有限。如笔者所在学校就是按半学期34个课时来核算，这个时间量相对于整个知识体系和实践要求，显然是远远不够的。故必须把学习延伸到课外去，借助于课后作业、练习和互动答疑来弥补课堂时间安排上的不足。

综上所述，要学好该课程的关键在于教师的课程设计和组织方式，如何去培养学生持久的学习兴趣和学习热情，激发学生主观能动性、实践力、 想象力和创造力；创设一个良好的课堂学习环境及课后互动环节就显的至关重要，笔者结合切身体会和教学实践，对教学过程中反映出来的问题不断探索改进，将现代教学技术、互联网和新媒体引入课堂，形成以“课堂教学+课外延伸+互动答疑+成绩考评”的四维一体教学法，取得一定的成效：

图1 “四维一体”教学法模型图

一、课堂教学环节

1.自编教材

考虑到课程自身特点和学生实际情况，笔者自编教学用教材，力求各教学环节同步，内容分专题进行编排，以颜色理论和选择技术为两条主线，将知识点的剖析都深入到一个个精选案例中，操作步骤采取师生对话的方式，各步中的理论和操作技巧融入一问一答中。

2.课堂安排

课程时间（34课时）按星期为单位划分，每周2课时，共计17周，分专题进行内容的安排。

表1 《Photoshop数字图像处理》课程内容安排表

3.课堂组织

课程教学安排在多媒体机房，使用电子教室软件进行广播式教学。采用以“任务为主线、学生为主体、教师为主导”的教学模式[2]，体现以学生为主体；采用案例驱动，少理论，重实践，将理论融入到实际案例中展开。

表2 《Photoshop数字图像处理》课堂组织安排表

二、课外延伸环节

开通专门课程FTP服务器用于存储教学資料和收发作业，不定期上传、共享网络收集的学习资料。每周布置二到三个专题案例让学生课后完成，强化对知识点的理解及实践。

以加平时分的激励机制，让学生主动花时间找一些PS应用技巧和案例上课时分享，充分调动自学积极性和学习热情。

组建设计团队，每四周布置一个团队作业，分工协作，锻炼团队精神，在合作中交流心得，互补不足，完善自身知识架构和动手能力。作品通过班级QQ群发布，让学生自己评出每期获奖作品和获奖团队，提升学生的自信心和竞争意识。

三、互动答疑环节

借助互联网和新媒体技术进行在线互动交流，让学习随时随地进行。如：建立QQ班级群，利用群聊功能开展实时讨论；利用临时会话功能实现师生或学生间单独的实时交流；利用群邮件功能布置课后作业，学生提交作品；利用群空间功能分享、交流技术；利用讨论组功能购建小组学习环境。

四、成绩考评环节

建立公平、公正、合理的成绩考评机制也是提升课程学习效率的重要环节，本课程考核最终成绩由四部分组成，总成绩达到60分以上取得课程学分；加大平时分的比例，向学生传递要将工夫和学习重心花在平时的学习态度。

表3 《Photoshop数字图像处理》成绩分配表

五、教学效果对比

为了验证四维一体教学法的实施效果，笔者从学校教学管理系统中采集了2010至2013年教学考评数据，分别从出勤率、作业完成率、作品成绩、学生对教师综合评价四方面做了统计、分析和整理，可以看出效果。

表4 《Photoshop数字图像处理》教学效果对比表

六、结语

以上结论是笔者教学积累和经验的总结，并根据学生实际情况，吸纳了互联网及平面设计相关行业的发展趋势，形成的个人见解和观点；希望能给读者提供些许帮助，带来其它进一步的教学方法上的改革和创新。

参考文献：

[1]凯尔.Photoshop七大核心技术[M].许伟民，袁鹏飞译.北京：人民邮电出版社，2008.

[2]王伟娜，宋毓震.关于《Photoshop图像处理》课程教学方法的几点思考[J].中国现代教育装备，2008，（4）：114-115.

[3]谢幼如.网络环境下基于问题学习的课程设计[J].电化教育研究.2007，（7）：58-62.

作者简介：

4.《数字图像处理》综合设计 篇四

一、实验目的

1、熟悉用双线性变换法设计IIR数字滤波器的原理与方法

2、掌握数字滤波器的计算机仿真方法

3、通过观察对实际心电图信号的滤波作用获得数字滤波的感性知识。

二、实验内容及原理

1、用双线性变换法设计一个巴特沃斯低通IIR数字滤波器。设计指标参数为在通带内截止频率低于0.2时最大衰减小于1dB在阻带内0.3频率区间上最小衰减大于15dB。

2、以0.02为采样间隔打印出数字滤波器在频率区间0/2上的幅频响应特性曲线。

3、用所设计的滤波器对实际心电图信号采样序列进行仿真滤波处理并分别打印出滤波前后的心电图信号波形图观察总结滤波作用与效果。教材例中已求出满足本实验要求的数字滤波系统函数 31kkzHzH 3211212121kzCzBzzAzHkkk 式中 A0.09036 2155.09044.03583.00106.17051.02686.1332211CBCBCB

三、实验结果 心电图信号采样序列 0510***0455055-100-50050nxn心电图信号采样序列xn 用双线性变换法设计IIR数字滤波器一级滤波后的心电图信号 0102030405060-100-80-60-40-2002040ny1n一级滤波后的心电图信号 二级滤波后的心电图信号 0102030405060-100-80-60-40-2002040ny2n二级滤波后的心电图信号 三级滤波后的心电图信号 0102030405060-80-60-40-2002040ny3n三级滤波后的心电图信号 用双线性变换法设计IIR数

验字滤波器滤代波器的幅频响应曲线 码 00.050.10.150.20.250.30.350.40.450.5-50-40-30-20-10010w/pi20lgHjw滤波器的幅频响应曲线

四、实x-4-20-4-6-4-2-4-6-6-4-4-6-6-261280-16-38-60-84-90-66-32-4-2-***00-2-4000-2-200-2-2-2-20 n0:55 subplot111 stemnx.axis0 55-100 50 xlabeln ylabelxn title心电图信号采样序列xn N56 A0.09036 20.09036 0.09036 B1-1.2686 0.7051 B11-1.0106 0.3583 B21-0.9044 0.2155 y1filterABx n0:55 figure subplot111 stemny1.xlabeln ylabely1n title一级滤波后的心电图信号 y2filterAB1y1 n0:55 figure 用双线性变换法设计IIR数字滤波器subplot111 stemny2.xlabeln ylabely2n title二级滤波后的心电图信号 y3filterAB2y2 n0:55figure subplot111 stemny3.xlabeln ylabely3n title三级滤波后的心电图信号 A0.09036 20.09036 0.09036 B11-1.2686 0.7051 B21-1.0106 0.3583 B31-0.9044 0.2155 H1wfreqzAB1100 H2wfreqzAB2100 H3wfreqzAB3100 H4H1.H2 HH4.H3 magabsH db20log10mageps/maxmag figure subplot111 plotw/pidb axis0 0.5-50 10 xlabelw/pi ylabel20lgHjw title滤波器的幅频响应曲线

5.《数字图像处理》综合设计 篇五

【教材分析】

“数字化图像的简单合成”，是高中教材《多媒体技术应用》第五章“图像信息的采集加工”的最后一节内容。本节要求学生了解多媒体技术的发展阶段及其对社会产生的长远而深刻的影响，在多媒体信息上主要体现在对图像进行理解和加工，初步体验图像的独特魅力，尝试合理、有效地选择工具进行图像加工，并在实际应用中能对多媒体技术的应用进行客观的分析和评价。

通过前一节的学习，学生已初步了解Photoshop的功能及工具，本节内容是前一节内容的延伸，也是整个图像信息加工的重要环节，主要通过Photoshop的一些应用来尝试图像简单合成的过程。其课型属于“实验操作课”类型，同时也是一节“新授课”。由于本节只进行图像合成及修饰的基本操作，故教学课时为1课时。

【教学目标】

1．知识与技能：学会使用Photoshop进行简单的图像合成和修饰。

2．过程与方法：通过自学和互助方式获得新知识，任务驱动与评价贯穿整个学习过程。

3．情感态度与价值观：培养欣赏美的能力，团结互助的精神以及合理利用信息技术的态度。

【学情分析】

小学和初中已普及信息技术课程，大部分学生都很熟悉计算机中的常用操作和基本概念(如鼠标操作及对应术语等)，具备良好的操作基础。大部分学生在小学和初中学习过“画图”、“金山画王”等图像制作工具，具备一定的图像处理能力。通过前面“图像的加工”一节的学习，学生已经掌握Photoshop的打开、选择、移动、色彩调整、旋转、滤镜、关闭等操作。此外，学生还具备一些基本的美术素养(对美的认识，什么样的图像才是完美的)。

【教学重点】

掌握Photoshop合成图像及修饰的一般方法。

【教学难点】

图层概念的理解。

用心

爱心

专心

【教学方法】

采用有趣的情境导入课题，激发学生的学习兴趣；课堂教学过程中，贯穿任务驱动与评价相结合的良性互动模式；采取“实物演示”方法介绍图层的概念；在指导巡视过程中注意发现问题并及时解决，同时要发掘典型便于评价；采用对具体案例评价分析的方式，进行情感教育。

【学习方法】

在机房服务器内建立导学教案，学生通过浏览它们，自学和总结操作步骤。

针对学生的不同层次以及新授课的特点，学生采取异质分组(根据本校实际，4人一组)。

以小组协作方式完成任务。

通过评价和自我定位，优化操作。

通过自主思考，形成正确的态度与价值观。

【教学环境】

网络教室 大屏幕 Photoshop8．0中文版

【情境导入】

脑筋急转弯：把大象装进冰箱总共需要几步？

合作探究1：

1．参考导学案例“不规则选取”与“图像合成”部分，使用磁性套索工具，选择完整大象图形，与冰箱图进行合成。

2．组内协作完成，个人总结步骤。

问题发现：

在合成后的图像中，选择移动工具并在屏幕上拖动鼠标，能随着鼠标拖动而改变位置的只是最后一次被合成的图像元素，这是为什么？

实物演示：演示透明胶片叠加效果，解释图层的概念。

合作探究2：

1．参考导学案例中“图层概念”部分，实践其中的操作。

用心

爱心

专心

2．通过操作，进一步理解图层概念。

3．组内协作，共同探讨。

问题解决：通过实践总结为什么只能改变最后一次合成元素的位置。

知识巩固：选择规定图层，设置透明度并隐藏该层。

问题发现：大小比例、布局、合成痕迹、不完美。

合作探究3：

要求：

1．结合导学案例“图像修饰”部分，修饰自己合成的图像。

2．结合美术学的虚实、空间等概念，使合成图像达到最佳效果。

3．组内互助，取长补短。

自我评价：学生对自己作品的评价。

综合实践：

1．在“练习2”文件夹中，任意挑选2幅(或以上)图片，进行合成操作，注意要用到刚学的选择工具。

2．结合网页学习文件及自己操作实践，修饰图像。

3．遇到问题，参考网页学习文件“问题解答”部分，和同学互助，也可以询问老师。

作品互评：展示两幅学生作品，由全体学生进行作品评价。

精品赏析：部分优秀作品。

作品评价：

优秀作品的特点：

1．主题明确，内容健康向上，贴近时代要求。

2．熟练使用图像合成技术，做到“天衣无缝”。

用心

爱心

专心

3．作品具有美感，大小比例适合，色彩搭配融洽，布局合理。

4．构思新颖，有创意，个性强。

教学思考：

1．导学案例的使用

由于学生存在着个体知识的差异，加之教材设置的“非零起点”问题，给教学带来很大困难。而导学案例能较好地解决这一问题，并能有效促进学生自学能力的提高。特别对于实验操作课，建立导学案例是很有必要的。

2．“任务驱动”教学模式

“教师提出目标要求、学生参考导学案例(或互助探索等)完成任务、评价完成效果”──这种“任务驱动”教学模式是现在较为常见、也是较有成效的教学模式，对于实验操作课中培养学生探索能力与动手能力，更是必不可少的方式。但教师在设置任务时，要充分考虑学生的学习能力与任务难易程度是否匹配。

3．教学分组、小组协作

针对不同的课程内容，学习时应采取不同的分组方式(同质分组和异质分组)。但是，无论哪种分组方式，在小组内部都应该采取协作探讨的模式，以实现全员达标的教学目标。

4．教学评价方式

教学评价是教学过程中的一个重要组成部分。通过评价可以巩固学习、取长补短、检验教学效果等，因此如何合理运用评价方式是决定教学评价成功与否的关键。对于简单问题的评价，一般采取学生自评(例如是否完成某项操作)；对于需要讨论的问题，采取互评的方式(例如对一个作品优劣的探讨)；而一些高层次、理论总结性的评价，一般采取教师点评的方式。

用心

爱心

6.《数字图像处理》实验教案 篇六

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实验二 实验三

法 …………………………………………………………2

傅立叶变换……………………………………………………4 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

Create and display image

imagesc

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).object.g.Draw the cameraman image on a cylinder(using function warp).Question: how to show the cameraman like this

Requirement: write a report to do the experiment from a to g.实验二

傅立叶变换

1．实验目的

熟悉傅立叶变换的概念和原理； 理解Fourier变换的意义。

2．实验内容

用Fourier变换算法对图像进行Fourier变换； 评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度。

3．实验步骤

<1>产生如图所示图像f1(x,y)（128×128 大小，暗处=0，亮处=255），用MATLAB中的fft2函数对其进行FFT；

<2>同屏显示原图f1和FFT(f1)的幅度谱图；

<3>若令f2(x,y)=（-1）

xy f1(x,y)，重复以上过程，比较两幅图像的幅度谱的异同，简述理由；

<4>若将f2(x,y)顺时针旋转45度得到f3(x,y)，试显示FFT(f3)的幅度谱，并与FFT(f2)的幅度谱进行比较；

<5>评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度。

4.实验报告

<1>简述实验目的及原理；

<2>给出实验代码，并加以注释； <3>对实验现象加以说明和讨论。

实验三

图像增强及编程处理

1． 实验目的

观察数字图像增强的效果； 熟悉数字图像增强的一般方法；

掌握数字图像增强的一般方法的Matlab编程实现。2． 实验内容

使用Photoshop观察数字图像增强的效果； 练习和掌握图像增强的Matlab编程。

熟悉下列模块函数 Image enhancement.histeq

Adust imae intensity values or colormap.Image noising.imnoise

-Add noise to an image.Image filtering

medfilt2

-Perform 2-D median filtering.ordfilt2

Perform 2-D adaptive noise-removal filtering.3． 实验步骤

<1> 使用Photoshop观察数字图像增强的效果 a.对比度增强

1)在Photoshop中打开一黑白灰度图像文件。

2)在图像菜单中选直方图项，观察原始图像的直方图。

3)在图像菜单调整子菜单中选亮度/对比度项，调节对比度滑块，观察图像变化。

4)在图像菜单中选直方图项，观察处理后图像的直方图，并同（2）中的直方图比较。b.灰度变换

1)在Photoshop中打开一黑白灰度图像文件。

2)在图像菜单中选直方图项，观察原始图像的直方图。3)在图像菜单调整子菜单中选反相项，观察图像变化。

4)在图像菜单中选直方图项，观察处理后图像的直方图，并同（2）中的直方图比较。5)画出灰度变换曲线。

6)在编辑菜单中选返回项，恢复原始图像。

7)在图像菜单调整子菜单中阈值项，调节阈值色阶滑块，观察图像变化。

8)在图像菜单中选直方图项，观察处理后图像的直方图，并同（2）中的直方图比较。9)画出灰度变换曲线。

c.直方图均衡化

1)在Photoshop中打开一黑白灰度图像文件。

2)在图像菜单中选直方图项，观察原始图像的直方图。3)在图像菜单调整子菜单中选色调均化项，观察图像变化。

4)在图像菜单中选直方图项，观察处理后图像的直方图，并同（2）中的直方图比较。

d.图像平滑

1)在Photoshop中打开一黑白灰度图像文件。

2)在图像菜单中选直方图项，观察原始图像的直方图。

3)在滤镜菜单模糊子菜单中选进一步模糊项，观察图像变化。

4)在图像菜单中选直方图项，观察处理后图像的直方图，并同（2）中的直方图比较。5)在编辑菜单中选返回项，恢复原始图像。

6)在滤镜菜单模糊子菜单中选高斯模糊项，观察图像变化。

7)在图像菜单中选直方图项，观察处理后图像的直方图，并同（2）中的直方图比较。8)在Matlab Help菜单中, 选Demos项。

9)打开ToolboxesImage Processing项，选Noise Reduction Filtering，并运行。

10)选图像Blood、噪声类型Salt & Pepper、滤波器类型Median、邻域3x3，比较原始图像、受噪声污染图像、滤波后图像。11)改变参数，重做（10）。

12)选其他图像，重做（10）-（11）。

13)思考何种滤波器对抑制何种类型噪声更有效，邻域大小对抑制噪声效果及图像模糊程度的影响。

<2> 图像增强的Matlab编程

a.Load cameraman.tif image from your hard disk(using function imread).b.Show the image in a figure window.c.Show the histogram of the image(using function imhist).d.Enhance the contrast of the image using histogram equalization.e.Show the histogram of the image after processing.f.Compare the qualities of two images and makes a discussion about them.g.Add noises, such as gaussian, salt&pepper, speckle noise into the image respectively.Compare with the influence of the different Means and Variance.h.Remove the added noise from the image by function medfilt2, ordfilt2 and wiener2 respectively.Compare the qualities of the original images with the processed images and discuss the effect of the methods.Requirement:

7.我院综合数字网络架构设计 篇七

我院是一个集医疗、科研、教学于一体的三级甲等医院,现有病床2500余张,年门诊量200余万人次。医院自1999年上线HIS系统以来,已陆续上线了PACS、LIS、RIS等管理系统。网络发展已具有一定的规模,是一个能满足数字、语音、图形、图像等多媒体信息以及综合业务信息传输、处理和检索需要的综合数字网。本文主要介绍我院网络发展的历程以及初具规模的医院综合数字网络架构。

1 信息网络发展状况

我院的网络发展经历了大致三个历程:

(1)初始网络规模比较小,业务网和办公网混在一起,终端用户既可访问内部HIS服务器也可通过路由器访问外部资源。网络中也没有按功能和应用来细划VLAN,造成网络拥塞和网络资源的浪费,网络的安全也受到很大的威胁。

(2)从安全的角度出发,将内部业务网和外部办公网从物理上分隔开来,划分VLAN,解决了外部网络的病毒攻击,网络安全也得到保障。但随着医院信息化的不断发展,这种做法严重限制了各种网络资源的共享。

(3)医院信息化不断发展,人们网上需求的应用越来越多,如:网上查询、网上挂号、短信平台等业务,这就要求保证数据安全的同时内外网资源可以共享。因此,我院设计了现在的综合数字网络架构,引入防火墙技术,设立DMZ(Demilitarized Zone,隔离区)解决资源共享问题。

2 综合数字网络构架

2.1 网络拓扑图

现网络包括内部业务网和外部办公网两大局域网,网络拓扑图如图1所示:

内部业务网主要覆盖医院医疗及与医疗有关的管理业务,包括HIS、LIS、PACS、RIS等。外部办公网主要包括行政管理系统(院办信息发布系统、人事专技管理系统、档案管理系统等)、图书情报系统(医学图书借阅、中外文文献检索)、科研管理系统、医疗教学管理系统等。外部网络可以通过中国电信和教育网两个出口访问INTERNET资源,并通过防火墙与内部业务网连通,使得内外网都可以共享资源。

2.2 内部业务网

内部业务网是医院数字网中最核心部分,也是发展最早的医院本地局域网。

网络采用分层和模块化的网络设计方法,整个网络次结构可以分为核心层、汇聚层和用户接入层共三个层次。其中核心层实现高效率的数据交换,汇聚层负责网络安全和QoS服务质量策略的实现,而接入层则负责具体的用户接入以适应所要求的接入端口密度和接入方式。

2.2.1 核心层

以两台Cisco Catalyst 6509高性能多层骨干交换路由器为核心,形成高安全性、高可靠性的中心节点。主中心交换机Catalyst 6509以720Gbps的交换矩阵能力和400Mpps的包转发能力来满足医院网核心高效的需求。Supervisor 720加上新型的PFC3A卡的配合还为医院网络提供诸多智能:基于用户的速率限制、基于硬件的双向PIM、基于硬件的NAT/PAT、256K的硬件路由等。

2.2.2 汇聚层

以核心层的中心交换机为中心,以星形方式连接楼栋的汇聚交换机,构成汇聚层。汇聚层交换机包括医院住院、门诊区域以及医院的办公科研等大楼都有两条千兆链路分别连接到网络中心的Catalyst 6509交换机上,汇聚交换机都采用Cisco Catalyst 4500系列交换机。汇聚节点包括门诊3楼、住院楼CT室、住院楼借片室、住院楼妇产科、高干病房、外科楼和内科、新综合楼、后勤楼、行政楼的汇聚点共7个。

2.2.3 接入层

接入层可灵活采用各类高端口密度的二层或多层交换机,所有的接入层设备采用Cisco Catalyst 3550和2950C。

通过应用,其灵活性、可扩展性、安全性、可管理性、易维护性及良好的性价比等优点得到充分彰显。

2.3 外部办公网

外部办公网中也采用了三层的网络结构。其中核心层采用华为产品Quidway®S8505路由交换机。汇聚层采用Quidway®S6506,接入交换机采用Quidway®S3026。以太网接入服务器采用Quidway®MA5200于双千兆链路连接到核心的Quidway®S8505,Quidway®CAMS综合访问管理服务器直接使用千兆链路连接到核心的Quidway®S8505,接入层采用Quidway®S3026直接采用千兆上联到核心交换机Quidway®S6506上。

在外部办公网的出口应用的设备比较多,结构也比内部业务网要复杂些。有专门管理用户的CAMS服务器和具有重定向功能的MA5200以太网接入服务器及强大的NAT、路由功能的NE40交换路由器。为了实现对外部网络的管理,我们为每个外部办公网的用户分配帐号,并在CAMS服务器中与其IP和MAC地址进行绑定。合法的网络用户在通过CAMS认证以后,由MA5200重定向到NE40,通过NE40即可访问INTERNET资源。

在用户认证管理CAMS综合访问管理服务器,为网络管理提供了非常清晰、便捷的WEB管理界面,同时支持802.1X和portal认证以满足不同用户群体的需要,可有效地对整个外网用户进行远程监控管理,如:对用户访问流量进行限制,也可对用户起用不同策略的计费系统、统计用户数量、查看在线用户数量,对不良用户可以采取强制下线和加入到用户黑名单的方法进行管理。不需人工跑到现场,节约了人力、物力,大大地提高了工作效率。

2.4 中间防火墙

随着内、外网不断扩大,内、外网之间的需求也越来越多,这就需要在内、外网之间打开一条安全通道。

我院的网络是在内部业务网和外部办公网中间添加一台高性能、多功能的防火墙,它是在状态包过滤的基础上,采用了专门设计的TCP协议栈实现对应用协议信息流的过滤,能实现在透明方式下的对应用层协议的控制能力。系统整体结构按照国家应用级防火墙的最新标准设计,具备完善的身份鉴别、访问控制和审计功能。防火墙一端接内部业务网,另一端接外部办公网,中间DMZ接多个不同应用的服务器。配置防火墙的访问策略,禁止从内部到外部的直接访问,以保证网络的安全性。所有的应用都采用三层技术,即:外部应用<-->DMZ区服务器<-->内部业务服务器。

此防火墙系统还提供了丰富的GUI方式的WEB管理界面,能够方便地对系统进行安全策略配置、用户管理、事实监控、审计查询、流量管理等,基于此实现高度安全、共享平台。我院已开发出了视频点播、网上查询、多媒体教学影象传输系统、IP电话及电话查询系统、网上挂号系统、短信平台等多种应用。

3 总结

采用这种科学的组网技术后,可以充分利用内、外网共享资源,彻底摆脱了内、外网完全分开对资源需求的局限性的缩束,体现了其安全性、灵活性、可扩展性及数据充分共享的特性特点,为医院节约了成本,提高了工作效率,为医院的信息化建设提供了一个很好的平台。

摘要：本文介绍了我院网络发展所经历的几个阶段,分析了将内外网合并在一起的网络组网技术的不安全性,以及完全将内外网分开的组网技术的局限性、系统资源不能充分共享性进行阐述。提出组建科学、完整的医院综合数字网是医院信息化发展的趋势。

关键词：HIS,VLAN,防火墙,医院数字化

参考文献

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[2]CISCO SYSTEMS公司.思科网络技术学院教程[M].北京:人民邮电出版社,2004.

[3]黎连业.网络工程与综合布线系统[M].北京:清华大学出版社,1997.

[4]曾毅.设计和部署可靠的医院网络[J].福建电脑,2009(2):124-125.

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[6]黄正东,王光华,肖飞,等.医院信息网络系统安全管理的设计与应用[J].医疗设备信息,2007(2):28-29.

[7]彭旭庆.中小型医院网络系统建设方案设计[J].内蒙古科技与经济,2008(17):55-57.

8.《图像信息的数字化》教学设计 篇八

关键词：体验操作；位图；256色位图；24位位图

【教材分析】

现代社会的到来，中学生有更多的机会在日常生活中接触各类信息技术的工具。但是学生对很多信息技术名词，只知其一，不知其二，例如，有一次学生给我一张很小的图，让我把它放大，要一张清晰的图。我告诉他，这个图像是位图，放大以后会很模糊，学生对此很不理解。可以看出学生在使用信息技术工具的同时，对信息流程及工具原理还是比较生疏。所以，对原有教程部分涉及“原理”部分，还是应该进行深入的探讨。但如何使学生能融入课堂，做课堂的小主人？我觉得最主要的办法，上课的内容要和生活实际紧密地联系起来，让学生有所思、有所想、有所做，不要怕把课堂交给学生。本节内容即为图像这一模块的第一节课《图像信息的数字化》，从设置照相机的参数入手，了解图像的基本参数，让学生从自己动手实践中得出并理解图像大小的计算公式，并进而理解存储容量的单位：B、KB、MB、GB、TB。

【学情分析】

本课教授对象为高一学生，从技术层面来说，他们的基础是了解什么是二进制，什么是十进制，理解计算机的基础知识，特别是理解存储器的概念；从生活实践经验来看，他们了解数字图像的获取方式，对数码相机、手机、扫描仪等较为熟悉；但是虽然会用数码相机，但对相关参数设置并不十分了解，需要理解图像信息的数字化的基本原理方能解决这一问题。

【教学目标】

1.知识与技能

（1）了解位图的基本参数：像素、色彩深度、分辨率。

（2）掌握图像大小的计算公式。

（3）理解存储量的单位。

2.过程与方法

通过把照片传送到QQ空间的照片的格式出发，以及使用数码相机的做实验的方式推算出图像的大小的计算公式，并加以验证。

3.情感、态度与价值观

通过本节课学习，养成学生“设疑—推算—得出结论—验证”的自主探究模式，提高学生自我学习的能力，培养在实际生活中解决问题的能力。

【课时安排】

安排1课时。

【教学重点、难点】

教学重点：图像大小的计算公式，及对存储容量的单位的理解。

教学难点：推算出图像大小的计算公式。

【教学方法与手段】

情境创设，任务驱动，自主探究。

【课前准备】

学习课件、学件。

【教学过程】

一、引入

师：同学们有没有QQ空间，里面有相册。请问你往相册里传照片时，传的文件是什么格式的？是256色位图？还是24位位图？256色位图的图像质量好，还是24位位图的图像质量好？（很多学生想象都觉得256色位图的质量较好）

二、色彩深度

1.体验操作

使用数码相机拍一张照片，并用画图软件打开这幅图像，点击另存为：

第一次另存为256色位图，文件名为1。

第二次另存为单色位图，文件名为2。

第三次另存为24位位图，文件名为3。

师：哪一个图像的图像质量最好？

我们的操作影响到图像吗？

生：24位位图的图像质量最好，操作都影响到了图像的色彩，进而影响到了图像的大小。

师：展示一幅图像的属性中的摘要。

色彩深度是指一幅图像的颜色数量。

每个像素用8位二进制表示，共有28=256色。指出每个像素的色彩占用一个字节。

师：什么是24位位图？

即色彩深度为24位，也就是说，图像的颜色种类共有224=1667万种颜色。每个像素的色彩占三个字节。

2.体验报告

3.结论

从报告表格中，你看出色彩深度对图像有何影响？如果你去买手机，你会不会去看哪款手机的屏幕是32位颜色？

设计意图：先设置一个疑问：学生一般都觉得256色的位图效果更好。可通过分析色彩深度，学习字节的概念，了解一个字节由8位数构成。进一步理解色彩深度。

三、图像大小计算

师提问：请问去买照相效果好的手机，你会注意哪些参数？

学生回答：前置摄像头的像素，一般为800万像素。

师提问：如果你准备旅游，要拍很多照片，而你的相机的存储卡不大，你怎样设置照相机的参数，才可以拍摄很多照片？

现场拍摄两张照片（参数一个设置是500万像素，另一个设置800万像素）

学生观察相机参数的设置图，得出第一张照片的像素为500万，第二张照片的像素为800万。

学生观察两张照片，比较一下质量：

教师提问：把一张小照片放大后，图像会失真吗？

如：第一幅，共500万像素。

第二幅，共800万像素。

拿出一张图来，学生做一做，尝试一下，然后得到惊喜，验证公式。

师：假如你的相机的SD卡的存储容量是8GB，我们来计算一下，一张照片图像有多大？一个SD卡可以存储多少照片了，现在我们计算一下：

分析分辨率、色彩深度、图像大小三者之间的关系：

分辨率×色彩深度=图像大小（bit）

学生计算、验证、得出结论：大小一样，公式正确。

设计意图：由色彩深度和图像分辨率的学习，可以理解图像文件大小的计算。

四、拓展“读懂手机”

思考以下两个问题：

（1）手机拍出的3264×2448照片是前置摄像头还是后置摄像头的拍的？（学生计算像素就可以得出结果）

（2）主屏分辨率是什么意思，为什么相片在电脑里看的效果较好，手机效果较差？

设计意图：与生活联系紧密，可以加强课堂对学生的吸引力。

五、小结

师：我们这节课学习了位图，位图有哪些基本参数？

图像的分辨率，色彩深度。

师：位图大小如何计算？存储容量的单位：字节（B），请最后把文件的大小换成MB。

分辨率×色彩深度=图像大小（bit）/8（B）

（作者单位 江苏省南京市板桥中学）

9.数字图像处理心得体会 篇九

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邓炯

图像处理是指对图像信息进行加工，从而满足人类的心理、视觉或者应用的需求的一种行为。图像处理方法一般有数字法和光学法两种，其中数字法的优势很明显，已经被应用到了很多领域中，相信随着科学技术的发展,其应用空间将会更加广泛。数字图像处理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。数字图像处理是从20世纪60年代以来随着计算机技术和VLSL的发展而产生、发展和不断成熟起来的一个新兴技术领域。数字图像处理技术其实就是利用各种数字硬件与计算机，对图像信息通过转换而得到的电信号进行相应的数学运算，例如图像去噪、图像分割、提取特征、图像增强、图像复原等，以便提高图像的实用性。其特点是处理精度比较高，并且能够对处理软件进行改进来优化处理效果，操作比较方便，但是由于数字图像需要处理的数据量一般很大，因此处理速度有待提高。

由于数字图像处理的方便性和灵活性，因此数字图像处理技术已经成为了图像处理领域中的主流。数字图像处理技术主要涉及到的关键技术有：图像的采集与数字化、图像的编码、图像的增强、图像恢复、图像分割、图像分析等。

图像的采集与数字化：就是通过量化和取样将一个自然图像转换为计算机能够处理的数字形式。

图像编码：图像编码的目的主要是来压缩图像的信息量，以便能够满足存储和传输的要求。

图像的增强：图像的增强其主要目的是使图像变得清晰或者将其变换为机器能够很容易分析的形式，图像增强方法一般有：直方图处理、灰度等级、伪彩色处理、边缘锐化、干扰抵制。

图像的恢复：图像恢复的目的是减少或除去在获得图像的过程中因为各种原因而产生的退化，可能是由于光学系统的离焦或像差、被摄物与摄像系统两者之间的相对运动、光学或电子系统的噪声与介于被摄像物跟摄像系统之间的大气湍流等等。

图像的分割：图像分割是将图像划分为一些互相不重叠的区域，其中每一个区域都是像素的一个连续集，通常采用区域法或者寻求区域边界的境界法。

图像分析：图像分析是指从图像中抽取某些有用的信息、数据或度量,其目的主要是想得到某种数值结果。图像分析的内容跟人工智能、模式识别的研究领域有一定的交叉。

数字图像处理的特点主要表现在以下几个方面：

1）数字图像处理的信息大多是二维信息，处理信息量很大。因此对计算机的计算速度、存储容量等要求较高。

2）数字图像处理占用的频带较宽。与语言信息相比,占用的频带要大几个数量级。所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上技术难度较大，成本亦高。这就对频带压缩技术提出了更高的要求。

3）数字图像中各个像素不是独立的，其相关性大。在图像画面上，经常有很多像素有相同或接近的灰度。所以，图像处理中信息压缩的潜力很大。图像受人的因素影响较大，因为图像一般是给人观察和评价的。

数字图像处理的优点主要表现在4个方面。

1）再现性好。数字图像处理与模拟图像处理的根本不同在于它不会因图像的存储、传输或复制等一系列变换操作而导致图像质量的退化。只要图像在数字化时准确地表现了原稿，那么数字图像处理过程始终能保持图像的再现。

2）处理精度高。将一幅模拟图像数字化为任意大小的二维数组，主要取决于图像数字化设备的能力。

3）适用面宽。图像可以来自多种信息源,它们可以是可见光图像，也可以是不可见的波谱图像。只要针对不同的图像信息源，采取相应的图像信息采集措施，图像的数字处理方法适用于任何一种图像。

4）灵活性高。图像处理大体上可分为图像的像质改善、图像分析和图像重建三大部分，每一部分均包含丰富的内容。

10.《数字图像处理》综合设计 篇十

图像获取、图像变换、图像增强、图像恢复、图像压缩、图像分析、图像识别、图像理解。

（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。*图像增强：通过某种技术有选择地突出对某一具体应用有用的信息，削弱或抑制一些无用的信息。图像增强不存在通用理论。

图像增强的方法：空间域方法和变换域方法。*图像反转：S=L-1-r 1.与原图像视觉内容相同2.适用于增强嵌入于图像暗色区域的白色或灰色细节。

*对数变换 S=C*log（1+r）c为常数，r>=0 作用与特点：对数变换将输入中范围较窄的低灰度值映射为输出中较宽范围的灰度值，同时，对输入中范围较宽的高灰度值映射为输出中较窄范围的灰度值。

对数函数的一个重要特征是可压缩像素值变化较大的图像的动态范围；

*幂律（伽马）变换 s=c*(r+ɛ)ɤ

伽马小于1时减小图像对比度，伽马大于1时增大对比度。

*灰度直方图 ：是数字图像中各灰度级与其出现的频数间的统计关系。*直方图均衡化：直方图均衡化就是通过变换函数将原图像的直方图修正为均匀的直方图，即使各灰度级具有相同的出现频数，图象看起来更清晰。

直方图均衡化变换函数必须为严格单调递增函数。直方图均衡化的特点：

1.能自动增强图像的对比度2.得到了全局均衡化的直方图，即均匀分布3.但其效果不易控制

*直方图规定化（匹配）：用于产生处理后有特殊直方图的图像的方法

*空间滤波即直接对图像像素进行处理。

获得最佳滤波效果的唯一方法是使滤波掩模中心距原图像边缘的距离不小于(n-1)/2个像素。

*平滑滤波器用于模糊处理和减小噪声。

平滑线性空间滤波器的输出是：待处理图像在滤波器掩模邻域内的像素的简单平均值。

优点：减小了图像灰度的“尖锐”变化，故常用于图像降噪。负面效应：模糊了图像的边缘，因为边缘也是由图像灰度的尖锐变化造成的。空间均值处理的重要应用是，为了对感兴趣的物体得到一个粗略的描述而模糊一幅图像。

*中值滤波器机理：将像素邻域内灰度的中值代替该像素的值； 对于处理脉冲噪声非常有效，该种噪声也称为椒盐噪声； *量化：把采样点上对应的亮度连续变化区间转换为单个特定数码的过程，称之为量化，即采样点亮度的离散化。

*灰度图像：指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，它只有亮度信息，没有颜色信息。*图像锐化滤波的几种方法。

答：（1）直接以梯度值代替；（2）辅以门限判断；（3）给边缘规定一个特定的灰度级；（4）给背景规定灰度级；（5）根据梯度二值化图像。*伪彩色增强和假彩色增强有何异同点。

答：伪彩色增强是对一幅灰度图像经过三种变换得到三幅图像，进行彩色合成得到一幅彩色图像；假彩色增强则是对一幅彩色图像进行处理得到与原图象不同的彩色图像；主要差异在于处理对象不同。相同点是利用人眼对彩色的分辨能力高于灰度分辨能力的特点，将目标用人眼敏感的颜色表示。

*图像编码基本原理是什么？数字图像的冗余表现有哪几种表现形式？

答：虽然表示图像需要大量的数据，但图像数据是高度相关的，或者说存在冗余（Redundancy）信息，去掉这些冗余信息后可以有效压缩图像，同时又不会损害图像的有效信息。

数字图像的冗余主要表现为以下几种形式：空间冗余、时间冗余、视觉冗余、信息熵冗余、结构冗余和知识冗余。*什么是中值滤波，有何特点？

答：中值滤波是指将当前像元的窗口（或领域）中所有像元灰度由小到大进行排序，中间值作为当前像元的输出值。特点：它是一种非线性的图像平滑法，它对脉冲干扰级椒盐噪声的抑制效果好，在抑制随机噪声的同时能有效保护边缘少受模糊。*图像增强的目的是什么？

答：对图像进行加工，使其结果比原始图像更适用于特定应用。“特定”一词表明图像增强技术是面向问题的。*图像锐化与图像平滑有何区别与联系？

答：区别：图像锐化是用于增强边缘，导致高频分量增强，会使图像清晰；图像平滑用于消除图像噪声，但是也容易引起边缘的模糊。联系：都属于图像增强，改善图像效果。*图像复原和图像增强的主要区别是：

图像增强主要是一个主观过程，而图像复原主要是一个客观过程；图像增强不考虑图像是如何退化的,而图像复原需知道图像退化的机制和过程等先验知识

*图像增强时，平滑和锐化有哪些实现方法？

平滑的实现方法：邻域平均法，中值滤波，多图像平均法，频域低通滤波法。

锐化的实现方法：微分法，高通滤波法。

*对于椒盐噪声，为什么中值滤波效果比均值滤波效果好？ 椒盐噪声是复制近似相等但随机分布在不同的位置上，图像中又干净点也有污染点。中值滤波是选择适当的点来代替污染点的值，所以处理效果好。因为噪声的均值不为0，所以均值滤波不能很好地去除噪声。

*什么是区域？什么是图像分割？

区域可以认为是图像中具有相互连通、一致属性的像素集合。图像分割时把图像分成互不重叠的区域并提取出感兴趣目标的技术。*图像中微分算子的特点

 1.一阶微分产生较粗的边缘，二阶微分产生的边缘则较细； 2.对于孤立的噪声点，在该点及其周围点上，二阶微分比一阶微分的响应要强很多；3.二阶微分有一个过渡，即从正回到负，在图像中，表现为双线。

*二维图像函数f(x,y)的拉普拉斯变换定义为：

锐化图像= 原图像+ 拉普拉斯图像

*对于数字图像处理而言，离散傅里叶变换和其反变换必定存在。

用(-1)x+y乘以f(x,y)，可以将F(u,v)原点变换到频率坐标的(M/2,N/2)处。在决定形状特点时，相位信息非常重要。

*理想滤波器的在频域的剖面图类似于盒滤波器(矩形窗口)，因此相应的空间滤波具有sinc函数的形状。

sinc函数的中心波瓣(主瓣)是引起模糊的主因，而外侧较小的波瓣(旁瓣)是造成振铃的主要原因。*巴特沃斯低通滤波器（BLPF）

1阶的巴特沃斯滤波器没有振铃； 2阶的滤波器振铃通常很微小；

20阶的巴特沃斯滤波器就非常类似于理想低通滤波器了。*高斯低通滤波器（GLPF）

高斯低通滤波器没有振铃

在需要严格控制低频和高频之间截止频率过渡的情况下，巴特沃斯滤波器是个更合适的选择，但其代价是可能产生振铃现象。

*图像变换：将定义在图像空间的原图像，以某种形式转换到另外一些空间，并利用这些空间的特有性质方便进行一定的加工。离散余弦变换主要用于图像的压缩，压缩方法是给高频系数大间隔量化，低频部分小间隔量化。

*图像复原技术的主要目的是以预先确定的目标来改善图像，尽可能的减少或消除图像质量的下降，恢复被退化图像的本来面目。图像退化的部分原因：1.光学成像器件的相差;2.成像衍射;3.成像过程的非线性系统噪声。*图像退化/复原模型

图像复原处理的关键是建立退化模型，原图像f(x,y)是通过一个系统H及加入一来加性噪声n(x,y)而退化成一幅图像g(x ,y)

g(x,y)=H[f(x,y)]+n(x,y)*谐波均值滤波器对于盐粒噪声效果较好，但不适用于胡椒噪声。它善于处理高斯噪声那样的其他噪声。*逆谐波均值滤波器

当值为正时，可消除胡椒噪声； 当值为负时，可消除盐粒噪声； 当值为0时，其简化为算术均值滤波器。*中值滤波器

对于某些类型的随机噪声，中值滤波器可提供良好的去噪能力，且比同尺寸的线性平滑滤波器引起的模糊更少

在存在单极和双极脉冲噪声的情况下，中值滤波器尤其有效。*简述基于边缘检测的霍夫变换的原理。

把直线上点的坐标变换到过点的直线的系数域，通过利用共线和直线相交的关系，使直线的提取问题转化为计数问题。*数字图像的定义，什么是数字图象处理？

数字图像是将一幅画面在空间上分割成离散的点（或像元），各点（或像元）的灰度值经量化用离散的整数来表示，形成计算机能处理的形式。

数字图像处理，就是利用计算机技术或其他数字技术，对图像信息进行某些数学运算和各种加工处理，以改善图像的视觉效果和提高图像实用性的技术。

*图像分割就是指把图像分成互不重叠的区域并提取出感兴趣目标的技术和过程。

*在计算数字梯度的实践中，Prewitt算子和Sobel算子是最常用的。*高斯拉普拉斯(LoG)

*阈值分割方法总结

优点：简单、高效。局限性：对于目标和背景灰度级有明显差别的图像分割效果较好。对于目标和背景灰度一致性或均匀性较差的图像分割效果不好。只能将图像分割为两个区域，对于含有多个目标的图像分割几乎难以奏效。

*对于彩色图像，通常用以区别颜色的特性是 色调、饱和度、亮度。

*一个基本的数字图像处理系统由图像输入、图像存储、图像输出、图像通信、图像处理和分析5个模块组成。

*低通滤波法是使 高频成分 受到抑制而让 低频成分 顺利通过，从而实现图像平滑。

*多年来建立了许多纹理分析法，这些方法大体可分为 统计分析法 和结构分析法两大类。*图像压缩系统是有 编码器 和 解码器 两个截然不同的结构块组成的。

*图像数字化过程包括三个步骤：采样、量化和扫描

*数据压缩技术应用了数据固有的冗余性和不相干性，将一个大的数据文件转换成较小的文件。

*基本的形态学运算是腐蚀和膨胀。先腐蚀后膨胀的过程为开运算，先膨胀后腐蚀的过程为闭运算。

*灰度分辨率是指在灰度级别中可分辨的最小变化。

空间分辨率是图像中可分辨的最小细节。

*因为图像分割的结果图像为二值图像，所以通常又称图像分割为图像的（二值化处理）。

*(腐蚀)是一种消除连通域的边界点，使边界向内收缩的处理。*(膨胀)是将与目标区域的背景点合并到该目标物中，使目标物边界向外部扩张的处理。

*对于(椒盐)噪声，中值滤波效果比均值滤波效果好。

*常用的彩色增强方法有真彩色增强技术、假彩色增强技术和 伪彩色 增强三种。

*常用的灰度内插法有 最近邻元法、双线性内插法 和（双）三次内插法。

*假彩色增强和伪彩色增强的区别是什么？ 假彩色增强是将一幅彩色图像映射到另一幅彩色图像，从而达到增强彩色对比，使某些图像达到更加醒目的目的。伪彩色增强是把一幅黑白域不同灰度级映射为一幅彩色图像的技术手段。

*图像编码基本原理是什么？数字图像的冗余表现有哪几种表现形式？

11.《数字图像处理》综合设计 篇十一

关键词：AIS，分布式算法，FIR，查找表，FPGA

中图分类号：TN911.72文献标识码：A

引 言

船舶自动识别系统（AIS）是由国际海事组织（IMO）、国际助航设备和航标协会（IALA）以及国际电信联盟（ITU-R）共同提出的技术标准，是一种新型的助航系统及设备。AIS在甚高频（VHF）频段上收发信息，用VHF CH87B（161.975MHz）、CH88B（162.025MHz）两个国际专用频道自动发射和接收通信协议规定的GMSK信号，AIS同时在这两个频率上接收信息。

AIS接收机在接收频道上将接收信号下变频到中频，然后通过AD进行采样，采样信号进行后端处理之前，需对接收信号进行滤波，以滤除信号噪声。AIS接收机可采用专用集成芯片（如CMX910和CMX589）在零中频实现，其缺点在于不利于功能扩展和改进。随着FPGA功能的增强、容量的增大和价格的降低，可用单个FPGA实现整个AIS收发信机。

本文首先介绍AIS中频数字接收机的结构，然后对基于FPGA分布式算法的AIS接收滤波器实现结构进行描述，并进行仿真验证。

1AIS中频数字接收机结构

AIS中频数字接收机的结构如图1所示，AIS射频前端将接收信号下变频为中频GMSK信号，通过AD采样后，进入FPGA进行后端物理层上的处理，包括差分解调、低通滤波、位同步与采样判决，最后通过NRZI解码还原为二进制发送数据帧。

AIS输出的中频信号带宽为1MHz左右，经AD采样后在FPGA内部进行数字化滤波处理，以滤除信号带外噪声。因此，接收滤波器带宽设计为1MHz，采用FIR结构。

3 FIR滤波器的FPGA实现

按照传统的线性FIR滤波器的实现结构，本设计中的FIR低通滤波器的实现如图2（a）所示。本设计对该结构采用分布式算法，并对该算法进行改进，得到基于查找表的并行FIR滤波器实现方法，如图2（b）所示。图2（b）结构实现与图2（a）结构相同的FIR滤波器功能，由

（姜黎红，女，助教，主要研究领域为数字信号处理）

于采用并行结构，其运算速度更快，适合在FPGA实现。图中，查找表LUT的尺寸和数据位宽由输入数据和滤波器系数决定。本设计中，采用8位AD进行采样，输入数据为8位有符号数。

图2（b）中的FIR滤波器按其功能结构可划分为多个功能模块实现。包括并行时延模块、加法器组、抽头系数模块和移位相加模块等。

基于matlab设计的滤波系数，在Xilinx的集成开发环境ISE下利用Verilog语言分模块实现图2（b）所示的分布式并行FIR滤波器。用Modelsim进行功能验证。仿真的输入激励信号是matlab算法验证时生成的经过量化的0.5MHZ和2MHZ正弦波相叠加的信号，输入5个周期的该信号进行仿真，滤波结果如下图所示：

为了直观表示，用模拟波形来显示滤波后恢复的信号。由图可见，恢复出的信号为完整的正弦波，说明设计正确实现了功能。

结 语

接收滤波是AIS接收机的重要组成部分，本文结合基于FPGA的AIS数字接收机，基于分布式算法，借助matlab、ISE、modelsim等设计仿真工具对AIS中频滤波算法进行了设计和验证。利用该方法设计的FIR滤波器，很好的利用了FPGA器件结构的灵活性，可移植性好，在设计不同参数的滤波器时，只需改变查找表的内容，即可设计出新的滤波器，并且将分布式算法和FPGA结合可以提高滤波运算速度，是一种可靠的设计方法。

参考文献

[1] 王旭东，周安栋，周冬成.并行分布式运算FIR滤波器的FPGA实现[J]. 舰船电子工程，2005（2）：64-66.

[2] 毕占坤， 吴伶锡. FIR数字滤波器分布式算法的原理及FPGA实现 [J]. 集成电路应用，2004（7）：61-62，66.

[3] 晏金成. 基于DA算法的FIR滤波器的FPGA实现[J].现代计算机，2010（3）：191-193.

12.《图像的数字化》教学设计 篇十二

1.基于课程标准的教学设计

本课通过三个活动将教学知识串起来, 三个活动层层相扣并递进。活动一通过画图程序观察点阵理解采样过程。活动二通过填写图片色彩对应二进制数理解量化过程。活动三通过将桌面截屏, 并保存成“保存类型”不同的文件后, 查看文件的大小并记录, 验证图像数据量的计算公式。

2.基于信息化平台的教学

基于信息化平台重新构建教学内容, 采用了“微视频”和“学习单”两种学习资源, 并利用平台提供的测试功能及时反馈学生的学习情况。

教材分析

本课选自地图出版社出版的信息科技教科书《中学信息科技》第一章第二节《信息的数字化》。信息的加工方式从人脑直接处理转变为计算机处理, 大大提高了效率, 而这种方式转变的基础是信息的数字化原理, 根据这个原理模拟信号转化为数字信号存储到计算机中, 方便进一步加工。因此, 信息的数字化是计算机进行信息处理的前提和基础。本节内容主要包含了字符、汉字、图像、声音的数字化原理, 是本学科及本教材中的重点。

在字符、文字、图像、声音这几类信息的数字化应用中, 由于图像是二维的, 图像的数字化相对字符和文字更复杂一些。图像的数字化应用比较典型, 也和实际应用比较贴近。通过这部分的学习, 学生能够将比较复杂的问题进行简化处理。同时, 掌握好这部分知识对提高学生的信息素养有很大帮助。本节课是信息技术课程理论部分的教学重点, 对后续的教学有重要的奠基作用。

学情分析

本课教授对象为高一学生。高一阶段的学生思维活跃, 喜欢动手, 经过初中阶段的学习, 他们已经有了一定的探究问题的经验和能力, 能够在问题的引导下自主或者合作探究。从技术层面来看, 他们已经了解了什么是二进制, 什么是十进制, 理解了字符和文字的数字化。从生活实践经验来看, 他们已经了解了数字图像的点阵形式。

然而, 学生对数字化还不十分了解, 这就需要他们先理解图像信息的数字化基本原理。高一学生已具备一定的抽象思维能力, 思维的逻辑性开始缜密, 因此我设计了验证数字化文件计算公式的活动。

教学目标

知识与技能目标:理解图像数字化的原理, 理解量化位数与图像颜色数之间的关系, 能计算图像的数据量。

过程与方法目标:在体验和理解前人创新之路的同时, 拓展自身的创新思维。在课堂实践活动中, 通过观察、思考、质疑等学习活动, 逐步归纳图像数据量的一般计算公式。

情感态度与价值观目标:在课堂交流中大胆地、尽可能准确地表达自己的观点, 同时有效倾听, 提升交流合作能力。在课堂实践活动中, 体验“设疑—推算—得出结论—验证”的自主探究模式。用课堂中学习的知识解读生活中的现象, 提升学习的实用价值和学习兴趣。

教学环境与准备

毕博教学管理平台、电子白板、多媒体教学系统、录课宝系统 (学生课前登录录课宝系统自学图像数字化思想的微视频) 。

教学过程

1.前课回顾, 切入新课

教师提问, 并引出信息科技发展的历史轨迹, 体验图像数字化难题的破解历程。

2.观看微视频, 并推演图像数字化的基本思想

师:想象一下, 如果是你, 你对解决这一难题有什么思路?此前字符的编码方案对我们有没有借鉴之处? (学生思考、交流)

教师进一步讲解“采样”“量化”两个概念。

3.采样研究

活动一:体验图像采样方法。

活动内容:放大图片8倍实验。

活动目的:掌握图像的数字化过程采样方法。

活动步骤:

(1) 登录毕博平台“第三课:图像的数字化”。

(2) 下载“smile.bmp”图片。

(3) 启动开始程序附件中的“画图”程序。

(4) 打开smile.bmp图片文件。

(5) 观看图像的点阵: (1) 单击“查看”/“缩放”/“自定义”, 选择放大图片800%。 (2) 再次进入“查看”/“缩放”/“显示网格”。 (3) 观察现象。

4.量化研究

活动二:完善图像量化的方法。

活动内容:填写色彩表示。

活动目的:体验图像的量化方法, 掌握图像色彩数与每个像素所占二进制位数之间的关系。

活动步骤:

(1) 黑白图像的数字化如何采样, 如何量化?

(2) 彩色图像的数字化如何采样, 如何量化?

(3) 学生在“导学学习单” (如表1) 上填写图像色彩数与每个像素所占二进制位数之间的关系。 (出示小资料如图1)

5.图像数据量公式研究

活动三:图像数据量计算公式分析。

活动内容:将桌面截屏, 保存成不同类型的文件后, 查看文件的大小, 并记录下来。

活动目的:图像数据量的计算公式。

活动步骤:

(1) 截屏:按下键盘第一排右上角倒数第三个键“PrtSrc”键, 将屏幕 (屏幕默认1024×768个像素) 复制下来。

(2) 启动“画图”程序。

(3) 执行“粘贴”, 将刚才复制的屏幕粘贴到了画图程序。

(4) 执行“另存为”, 在“保存类型”中选择相应的文件格式保存到桌面上。

(5) 将鼠标放在相应文件上右击, 选择属性, 查看文件大小, 并填写表格 (如下页表2) 。

6.小测验

学生在平台上完成测验, 教师分析学生学习情况。

7.小结

教师总结本节课重点。一个名词:像素。两个动词:采样、量化。一个公式:图像数据量的计算公式, 即“图像文件大小=像素总数×每个像素所占二进制位数/8”。

教学反思

本节课内容理论性较强, 教师设计与实际生活很贴近的问题情境, 激发了学生的学习兴趣;对图像数字化相关的基本概念的讲解和基本技能的培养, 采取融入到层层递进的小活动的方式, 学生在完成课堂活动任务的过程中, 主动建构知识, 内化对概念内涵的理解, 掌握基本操作技能。对教学难点的图像数字化思想, 则有微视频自学材料、课件的辅助, 以小组交流讨论的形式, 辅以教师适当讲解, 有利于难点的突破。

总之, 信息技术课堂教学应是一个平台, 二种资源。平台可以是毕博、Moodle, 自己开发的也可以, 关键要适合内容重建和资源积累。一种资源是微视频。理论方面的知识可以是用录课宝录制知识点, 操作方面的知识可以用Snag It9.02、Flash_Cam+格式工厂。另一种资源是学习单。运用学习单梳理教学过程, 便于学生实践活动的开展。

点评

教育信息化的关键在于真正实现技术和教育的深度融合, 好比医生离开信息化就没有办法给出药方, 警察离开信息化就没有办法破案, 这才叫融合。如果教师运用一个PPT可以讲一节课, 而拿一根粉笔也照样可以讲这节课, 那么技术和教育的融合还是远远不够的。

《图像的数字化》这节课知识容量大, 涉及到多个抽象概念的讲解, 要上好这节课, 有一定的难度。而顾老师在整堂课中融合了多种信息化教学手段, 环环相扣, 步步深入, 内容充实, 很好地实现了教学目标, 有着较高的教学效率。

第一, 顾老师巧妙地借助“微视频”, 帮助学生很好地理解了“采样”“量化”两个概念, 有效突破了本节课的重难点, 为后续的拓展提升做了有效的铺垫。

第二, 教学平台集成了丰富的教学资源, 供学生选择使用, 增加了课堂教学的容量。教师可以根据平台即时反馈的测验数据, 进行有针对性地讲解纠错, 提高了教学效率。

第三, 本节教学中, “学习单”是引导学生自主学习、合作探究的支架和载体, 它充分发挥了导读、导思、导疑、导练的功能, 并引导学生展开目标明确、有序可循的个性化学习。

当然这节课可以继续优化。

第一, 图像数据量的计算要用到二进制位、字节、千字节、兆字节的转换, 如果提前与学生回顾该知识点, 则更有利于目标的达成。

第二, 活动三中, 让学生将截屏保存为不同的文件类型, 教师已经在引导学生将理论同实践相结合了, 该环节是本节课的亮点, 但火候尚欠, 如果让学生将图像保存为“单色位图”, 那对比效果会更强烈, 学生的印象会更深刻。

13.《数字图像处理》综合设计 篇十三

课程英文名称：Digital Image Processing 课程代码：H0204430

学 时 数 ：48

课程类型： 专业选修课

适用学科专业： 电子信息工程

先修课程：概率论，线性代数，信号与系统 执 笔 者：解梅

编写日期：2013年11月 审 核 人：

学 分 数：3

一、课程性质和目标

（一）课程性质

针对高年级本科生开设的专业选修课

（二）课程目标

通过本课程的学习，要求学生掌握数字图像处理的基本概念、基本理论和处理方法。通过图像处理上机实验，培养学生的分析问题和解决问题的能力，掌握基本的图像处理算法设计，进一步巩固所学理论。

二、课程内容安排和要求

（一）教学内容、要求及教学方法

第一章 绪 论

授课学时：2学时

一、内容：

 教学内容及要求

课程介绍、教学安排及学习要求 数字图像处理基本概念 数字图像处理的起源 数字图像处理的应用实例 数字图像处理的基本步骤 图像处理系统的部件 









要求：

 理解数字图像处理的概念

了解数字图像处理的发展历程，了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及系统部件

提升学生对数字图像处理课程的认识，激发学生对数字图像处理课程的学习兴趣

教学方法 

二、 从一幅精彩的数字图像开始，把学生带入到一个精彩的图像处理世界。从而引出什么是数字图像，什么是数字图像处理的概念。在有了数字图像处理概念的基础上，再对数字图像处理的起源及发展历程进行详细介绍。

 按照数字图像处理应用的领域不同可以把数字图像处理的应用实例分成几大类，例如：空间领域、国防领域、生物医学领域、刑侦领域、多媒体领域等。对每类应用领域列举一些典型的实例，并展示生动精彩的图像。让学生对数字图像处理的应用有直观的认识。

 以怎样进行数字图像处理的提问，引出数字图像处理所需要的具体步骤，以及完成这些步骤所需的图像处理部件，让学生头脑里形成图像处理流程的整体框架。

 课堂上适时列举数字图像处理与日常生活相关的例子，激发学生学习数字图像处理知识的兴趣。

第二章

授课学时：4学时

一、内容：

   

数字图像处理基础

教学内容及要求

视觉感知要素（1学时）

光和电磁波谱、图像感知和获取（1学时）图像取样和量化（1学时）

像素间的一些基本关系、线性和非线性基本操作（1学时）

要求：

 了解人眼视构造、图像的形成以及人眼视觉系统适应、鉴别能力 了解可见光和电磁波谱的关系，掌握单色光和彩色光的概念 理解图像的获取方式，掌握图像形成的模型

掌握图像取样、量化以及灰度分辨率和空间分辨率的概念 掌握数字图像的表示方法，了解图像的放大与缩小的简单原理

牢固掌握像素间的4连接、8连接和混合连接的定义，熟悉区域和边界的概念 理解线性与非线性操作的含义

教学方法 











二、 关于视觉感知要素的内容主要根据人眼结构图，讲解图像在人眼中的形成过程，人眼对图像特征的感知特性，以及人眼对亮度的适应和鉴别能力。视觉感知要素的讲解实质上是为数字图像的获取作铺垫，因此，这部分内容让学生了解即可。

 关于光和电磁波谱，考虑到学生在大学物理课程里已经讲过，这部分可以简单讲解，但是对与数字图像处理密切相关的一些概念（单色光，灰度级、发光强度，光通量、亮度）需要具体讲解。

 图像的感知和获取部分主要是介绍几种图像获取的传感器（点状、带状、阵列传感器），以及图像形成的模型，这部分内容比较简单，作简单讲解即可。

 关于图像取样和量化的内容，可以简单的复习数字信号处理中一维信号的取样和量化的概念，然后把图像看成二维信号，从而讲解数字图像处理中的量化和取样的概念。

 对于数字图像的表示、灰度级分辨率和空间分辨率，可以与图像取样和量化的过程结合起来讲解，便于学生理解。结合阵列传感器的图像取样过程，讲解图像的矩阵表示原理。结合取样和量化的过程，讲解灰度级分辨率和空间分辨率的概念，并以分辨率发生变化的图像为例帮助学生理解概念。

 关于像素间的关系，重点讲解像素相邻的概念，特别是4连接 8连接和混合连接的概念。为了帮助学生理解概念，在讲课过程中一定要结合像素的位置关系图进行讲解。

第三章

授课学时：8学时

一、内容：



空间域图像增强

教学内容及要求

背景知识 某些基本灰度变换（2学时）直方图处理（2学时）

用算术/逻辑操作增强，空间滤波基础（1学时）平滑空间滤波（1学时）

锐化空间滤波器、混合空间增强法（2学时）







要求：

 掌握空间域图像增强的一些基本变换方法，会用这些基本变化进行图像增强；

牢固掌握直方图均衡化处理和直方图匹配处理的方法，会用直方图均衡化和直方图匹配增

强图像；  掌握图像减法处理和图像平均处理方法 牢固掌握空间滤波的原理

掌握平滑线性滤波器的原理和统计排序滤波的方法 掌握拉普拉斯算子图像锐化方法

掌握梯度法图像锐化方法，其中包括Robet算子，Sobel算子图像增强

教学方法 







二、 空间域图像增中，对单个像素点进行灰度变换来实现增强的方法是最基本的图像增强方法。此类增强法对学生直观的理解图像增强的概念及原理是非常有用的，因此在教学过程中应特别注意对该类方法的仔细分析讲解，也可以为后面的空间滤波打好基础。

 对于直方图均衡化处理，是本章的重点，应该着重讲解。可以从同一幅场景的不同对比度图像的灰度直方图差异引入直方图均衡化处理的概念，说明进行均衡化的必要性。关于均衡化的具体处理方法，需要注意从连续函数讲起，然后自然过渡到离散函数，从而引出数字图像的直方图均衡化处理，主要通过一幅数字图像均衡化实例来讲解。

 算术逻辑操作增强部分的内容很简单，可以用一些简单的例子进行讲述。

空间滤波基础部分主要介绍空间域滤波的原理。由于滤波的概念一般在频域分析中才出

现，因此，在讲这部分内容时，应该注意讲解与频域滤波的关联与区别。同时，重点讲解空间域滤波的模板卷积计算方法。

平滑空间滤波器部分非常重要，但原理比较简单，可以用一些典型的滤波器，比如均值滤波，中值滤波器的具体处理过程及实例来讲解平滑滤波的图像增强方法。

 锐化空间滤波器部分涉及到一阶微分和二阶微分的知识，应该特别注意对这部分基础知识的详细讲解，为后面相应锐化滤波器的讲解打好基础，也便于学生掌握一阶微分滤波器和二阶微分滤波器的基本思想。对于具体的二阶微分算子和一阶微分算子理论应结合它们对图像的响应特征来讲，让学生真正明白锐化滤波器的设计原理，对具体的滤波器应与实例相结合来讲，便于学生理解。

第四章 频域图像增强

授课学时：8学时

一、内容：

 教学内容及要求

背景知识、傅立叶变换和频域介绍（2学时）平滑的频域滤波器（2学时）频域锐化滤波器,同态滤波器(2学时)频域增强的实现（2学时）



要求：

 掌握二维离散傅里叶变换与反变换方法 掌握二维傅里叶变换幅值谱、相位谱、功率谱 理解二维傅里叶变换的一些基本性质

掌握频率滤波的基本方法，会用频域滤波器进行图像增强 理解频域滤波器与空域滤波器的关系

理解频域平滑滤波的原理，掌握几种常见的频域平滑滤波器 理解频域锐化滤波的原理，掌握几种常见的频域锐化滤波器 理解同态滤波的原理

理解频域滤波实现过程中图像周期延拓的原理及方法，会对图像进行周期的延拓 理解快速傅里叶变换的原理及方法

教学方法 

















二、 频域图像增强是建立在二维离散傅里叶变换的基础之上进行的，因此，本章内容的开始要通过回顾学生以前学过的一维傅里叶变换的知识，从而引入二维傅里叶变换。并遵循先连续傅里叶变换再离散傅里叶变换。特别注意讲解一维傅里叶变换与二维傅里叶变换的关联，便于学生理解二维傅里叶变换与反变换方法。

 二维傅里叶变换的性质，可以从一维傅里叶变换的性质引申过来，把原来的时域概念转换成空间域概念。

 讲解频域滤波的基本方法时重点讲解频域滤波的流程，并通过基本滤波器的介绍来解释频域滤波的原理。

 频域与空域滤波器的关系对于学生而言比较难以理解，需要用简单的数学推导来解释频域滤波器与空域滤波的关系。

 频域平滑滤波器和频域锐化滤波器部分的内容，主要就是围绕图像低频成分和高频成分的提取来讲，这部分介绍了几种常见的滤波器。在讲解过程中特别注意详细讲解振铃现象的产生原因即克服办法。

 在频域滤波具体实现部分，主要讨论避免频率混叠而进行的图像周期延拓。可以以一维信号的卷积实例讲解图像周期延拓的必要性、可行性以及相应的延拓方法。 快速傅里叶变换是图像频域滤波实现的重要工具，需要对快速傅里叶变换的原理进行详细讲解，便于学生理解快速傅里叶变换的实现过程。

第五章 图像复原

授课学时：4学时

一、内容：

 教学内容及要求

图像复原/退化模型，噪声模型（0.5学时）针对噪声的空间滤波复原（0.5学时）针对周期噪声的频率滤波方法（2学时）线性位置不变的退化模型（0.5学时）

逆滤波、维纳滤波和约束最小二乘方滤波、几何均值滤波，几何变换(0.5个学时)







要求：

 掌握图像复原/退化模型；

了解常见的噪声模型，及各种噪声出现的场合；

掌握针对只有噪声退化的空间滤波复原方法，知道什么滤波方法适合什么样的噪声； 掌握周期噪声的频域滤波原理； 掌握线性位置移不变退化模型；

掌握逆滤波方法和维纳滤波方法，理解约束最小二乘方滤波 了解几何均值滤波和几何变换

教学方法 











二、 根据图像成像的过程，引出图像退化和复原过程的模型，帮助学生理解什么是图像复原，为什么要进行图像复原，并抛出怎样进行图像复原的问题，引起学生的学习兴趣。

 简化图像复原/退化模型过程，只考虑噪声存在的情况下，图像的退化与复原，从而讲解噪声的模型，以及各种噪声的特性及应用场合。

 根据噪声特性分析，讲解针对噪声的图像复原方法。可以回顾第三章中空间域滤波的方法，从而引出针对噪声的空间滤波图像复原方法。

 从分析周期噪声的频域特性入手，讲解周期噪声的频域滤波方法，同样可以结合第四章的频率滤波方法，讲解相应的频率滤波器。

 线性退化移不变数学模型需要用简单的数学推导来讲解，注意讲解图像退化数学模型在空间域和频域的不同表示方法，以及他们之间的关系。特别是退化函数的物理意义需要重点强调，进一步加强学生对图像模糊退化概念的理解

 由图像退化数学模型引入逆滤波的概念，重点分析逆滤波存在的问题，根据这些问题引入维纳滤波，然后分析维纳滤波的局限性，进而引出约束最小二乘方滤波。其中重点分析逆滤波和维纳滤波方法，并注重以应用实例进行讲解。

第六章 彩色图像处理

授课学时：4学时

一、内容：

 教学内容及要求

彩色基础及彩色模型，伪彩色处理（1学时）全彩色处理，彩色变换（2学时）平滑和尖锐化，彩色分割（1学时）



要求：

 理解三原色、二次色、颜料原色的概念

理解亮度、色调、饱和度的定义，了解色度图的含义

掌握三种基本的彩色模型(RGB，CMY(K)，HSI）的定义及表示方法

理解RGB彩色模型和HIS彩色模型之间的转换方法，了解HSI分量图像处理的原理 理解伪彩色处理中的强度分层技术及灰度级转换成彩色的原理

理解彩色变换中的补色、彩色分层、色调和彩色校正原理及直方图处理的方法 理解HIS彩色空间和RGB彩色空间的彩色分割方法 了解彩色边缘检测和彩色图像噪声

教学方法 













二、 可以通过回顾第二章中人眼对图像的感知原理，来讲解人眼对彩色光的感知，从而引入三原色的概念。再以三原色的二次色图像讲解颜料原色的概念，并分析三原色和颜料原色之间的关联。

 在讲解颜色的色度、色调和饱和度特性的概念时，重点强调这种方法最适合人眼对彩色的描述，并引入色度图的表示方法。

 关于RGB彩色模型的讲述，主要围绕彩色立方体进行阐述，给学生最直观的理解。CMY彩色模型可以结合二次色的产生，讲解用RGB 分量来表示的方法。 HSI彩色模型较难理解，这部分内容要仔细讲解，重点以RGB彩色立方体为基础，分别对色度，色调和饱和度的确定方法进行讲解，帮助学生理解HSI彩色模型的表示原理及方法，并在此基础上讲解RGB彩色模型和HSI彩色模型之间转换方法。

 伪彩色图像处理部分，首先让学生明白什么是伪彩色处理，伪彩色处理具有怎样的意义，然后提出怎样进行彩色处理的问题，进入伪彩色处理方法的介绍。

 全彩色处理方法的部分后先让学生了解与伪彩色处理的区别，然后结合不同的彩色模型介绍全彩色的基本变化方法，注意彩色变换的概念比较抽象，一定要结合实例图像进行讲解

 关于彩色图像的平滑和锐化及彩色图像的分割内容，重点强调由于彩色图像的表示具有特殊性，因此与单色图像相比，其平滑和锐化的方法有一定的差异性。这部分均采用由单色图像的处理方法，转化到彩色图像的处理，帮助学生理解全彩色处理的基本原理及方法。

第八章 图像压缩

授课学时：6学时

一、内容：

 教学内容及要求

图像压缩基础知识（1.5学时）图像压缩模型及信息论要素（0.5学时）无误差压缩编码（2学时）有损压缩编码（2学时）





要求：

 理解编码冗余、像素间冗余和心理视觉冗余的概念及出现的场合； 掌握信源、信息量、熵的基本概定义，理解熵编码的基本定理 牢固掌握霍夫曼编码方法 掌握算数编码方法 理解LZW编码方法

牢固掌握灰度编码及行程编码方法 掌握无损预测编码的原理 理解有损预测编码的原理

理解最佳预测器和最佳量化器的设计 了解变换编码的原理及过程 















  了解图像压缩标准

教学方法

二、 本章首先需要让学生明白为什么要进行图像压缩，即图像压缩的必要性。从而可以过渡到三种数据冗余知识的讲解，各种数据冗余的讲解都要以实例的形式讲解，帮助学生理解其基本含义。

 在讲解了数据冗余过后，提出怎样进行图像压缩的问题，从而引出图像压缩的模型。信息论要素部分，主要介绍一些基本概念和编码定理，为了引起学生的求知欲，可以提出

问题：描述一幅确定的图像究竟需要多大的数据量，怎样来评价一幅图像是否需要压缩，压缩是不是可以无限制的进行，从而引出相关的概念和编码定理，学生理解起来也较容易。

 无损压缩编码部分的讲解主要是通过具体的编码实例来介绍其编码的方法，不要独立讲编码的步骤，应该与实例的编码过程结合起来，让学生的思路跟着老师理解编码的原理及方法，每种方法讲述完毕的时候，一定要归纳总结，并和其他编码方式进行对比分析。

 有损压缩编码的讲解与无损压缩编码的过程进行对比分析结合起来，帮助学生理解其差异性。特别是有损预测编码与无损预测编码之间的对比分析，便于学生理解有损压缩与无损压缩的概念，并着重讲解最佳预测器和最佳量化器部分。

 变换编码部分，由于难度较大，只需要学生理解变换编码的原理及过程既可，因此讲解的时候重点注意概念和原理的阐述，具体方法可以简单讲解。

 图像压缩标准主要根据图像的不同种类讲解不同的压缩方法，需要注意各种标准之间的对比讲解，帮助学生理解。

第十章 图像分割

授课学时：4学时

一、教学内容及要求 内容：

 基于像素的点和线的检测、边缘检测及边缘连接（1学时）基于阈值的分割（2学时）基于区域的分割（1学时）



要求：

 掌握点检测、线检测、边缘检测的基本方法 掌握霍夫曼变换直线检测方法   理解全局阈值、局部阈值、自适应阈值的分割方法 理解最佳全局阈值分割原理 理解区域生长分割方法 理解区域分割与合并的分割方法 





二、教学方法

 关于间断检测可以结合第三章中空域滤波的原理，引入间断检测的基本原理。这一部分重点在检测模板的具体分析讲解，让学生真正理解间断检测模板的含义。特别是边缘检测部分，要结合一阶微分和二阶微分来深入剖析，边缘检测的原理及过程。

 霍夫曼变换直线检测是一种重要的直线检测方法，其原理简单，易于实现。但是对学生而言，深入理解其原理可能有难度，因此这部分的讲解要循序渐进，结合图形图像深入剖析其原理。

 阈值分割，重点在于自适应阈值、最佳全局阈值和自适应阈值分割的讲解，特别注意要结合具体事例的直方图特性来讲解，否则学生对阈值分割的内涵不能真正理解。

 基于区域的分割，只需要学生理解区域生长、分割和合并的基本原理即可。因此在讲解这部分内容应配合一些实例讲解其原理。

（二）自学内容和要求 无

（三）实践性教学环节和要求  图像增强处理（2学时）要求学生掌握图像增强的基本方法；  图像复原处理（2学时）要求学生掌握图像复原的基本方法；  彩色图像处理（2学时）

要求学生理解彩色模型的含义，掌握彩色图像处理的基本方法；  图像分割（2学时）

要求学生掌握图像分割的基本原理和算法的设计；

三、考核方式

本课程的考核方式包含平时考核、上机实验考核和期末考核，其各项所占比例为平时考核10%，上机实验考核10%，期末考核80%

四、建议教材及参考资料

（一）教材：

Rafael C.Gonzalez, etc.Digital Image Processing 3rd.北京：电子工业出版社，2010年

（二）参考资料：

1． Rafael C.Gonzalez,etc.Digital Image Processing Using MATLAB.北京：电子工业出版社，2010年

14.《数字图像处理》综合设计 篇十四

1 数字图像处理技术概要

1.1数字图像处理技术的概念

在图像处理技术中， 低级处理涉及初级技术，如噪声降低、对比度处理和锐化处理。 中级处理涉及分割、缩减对目标像素群的定义，以便于对不同像素或像素群的识别及计算机计算处理。 高级处理是算法对图像分析中被识别像素群的总体分析结果，以及运算与视觉效果相关的分析函数等处理技术。

在应用数学理论时， 将图像定义为二维函数 f(x,y)，x 和 y 为 空间坐标 , 在任意一组空间坐标 f(x,y) 的幅值 f 称为图像在该坐标位置的强度或灰度 .

当 x,y 和幅值 f 是离散的、有限的数值时，称该坐标位置是由有限的元素组成的，每一个像素都有一个特定的位置和幅值。

1.2数字图像处理技术的发展

数字图像处理技术最早出现于 20 世纪中期，图像处理的目的是提高图像的呈现质量。 图像处理的是视效较低的图像，要求输出尽可能提高效果后的图像。 主要采用噪声减弱、灰度变换、几何校正等方法进行处理，并考虑了明暗效果和对比度等诸多因素，由计算机进行更为复杂的图像处理。

20 世纪初期，图像处理技术首次应用于提升通讯传输后的图像质量提升。 到 20 世纪中期，计算机发展到了一定的技术水平后，数字图像处理才广泛应用于各种高质图像需求的领域。 计算机对飞行器发回的天体照片进行图像处理， 收到明显的效果。

15.《数字图像处理》综合设计 篇十五

作者在播出部工作多年, 以前模拟广播电视占主导的时候, 节目数量有限, 对播出情况的监测主要通过值班员实时监看大屏幕来实现, 虽然也采用一些模拟监测设备, 但使用效果总是不尽人意。近年来随着数字广播电视业务的深入广泛开展, 其播出内容也越来越丰富, 节目数量往往超过百套, 传统的监测模式再也无法满足需求, 因此需要一套实时自动的综合监测系统对数字电视的播出内容质量和传输质量进行准确、快速的测试、测量、报警、记录等, 以摆脱传统的“人海战术”, 提高工作效率, 确保安全播出。这套监测系统要能做到:

(1) 采用测量最敏感、最准确、最快速的监测手段来实现信号质量分析的结果显示和及时报警;

(2) 综合分析有效的辅助测量参数, 对信号质量以及整个网络运营质量等进行准确分析和评估;

(3) 完善的多格式的数据记录、存储、查询、回放等功能。

2 系统构架和实现原理

按照“集中管理、分散监测”的原则, 我们可以从技术上把数字广播电视信号的监测分为下面几个层次:

管理平台。通过建立一个安全可靠的自动化管理平台能够管理播出机房各种设备, 包括监测业务和系统网络化管理。通过分布在数字电视传输系统中各节点处部署的监测仪, 可对节点处的信道参数、码流信息、视音频内容进行实时监测。通过网络管理对系统中各个节点处的监测仪进行集中控制, 可以集中显示各个环节的信道、码流和视音频状态, 能够实时、准确地检测出系统在运行当中发生的各类错误, 并报告给系统管理人员, 实现全程集中控制与分布式监测的有机结合。

信道层监测, 利用信道监测仪实时测量一些重要的信道参数, 譬如BER、MER、C/N等, 一方面在日常运营中为网络运营商提供传输信道质量优劣分析判断依据;另一方面信道参数的变化对于人为干扰有直接反映, 能够作为分析判断人为干扰的依据。

传输流及音视频监测侧重于日常运营中监测节目信源质量情况。传输流监测系统监测传输流基本信息, 在给出符合TR101 290标准的三级报警信息的同时, 对带宽、包长、PID信息、PCR分析、节目信息、PSI/SI信息等进行分析监测, 按照可配置的阈值, 给出报警信息。传输流层次的监测对于日常节目质量的监测非常有意义, 特别是TR101 290监测中出现的第一级错误, 以及第二级错误中的指标监测外, 又出现了从ES流层直接监测音视频的无伴音、黑场、静帧等情况的技术, 这种技术带来的直接好处就是检测速度大大提升, 而且据报道准确性可达99%, 也是相当高的。

系统 (见图1) 主要监测设备是定制的数字电视综合监测仪, 该设备为专业级的数字电视监测设备, 采用先进的嵌入式插卡结构, 标准机架型设计。设备由两个主要部分组成, 一部分是信道解调、监测、传输流解扰、监测模块, 能够对有线信号进行解扰监测、QAM信道指标监测、传输流的综合监测, 并且能够自动触发码流记录;同时, 将传输流进行IP封装, 以IP流的方式将数据传输到以太网中。另外一部分是节目内容的监测、视音频存储和的PCR抖动错误, 应该给予及时报警, 因为这两类错误通常会导致解码器不能正常解码。音视频监测通过接入解调后的AV信号, 再通过专用的视音频监测仪分析音视频信号, 当信号发生黑场、静帧、无伴音等异常情况时给出报警, 目前除通过传统的视音频监测仪进行音视频信号回传模块, 进行节目内容的监测、视音频存储和回传。该设备采用先进的嵌入式插卡结构设计, 标准机架设备;每台设备能够实现网络中16个频道的实时监测、数据采集、转码H.264存储;能够根据任务类型 (自动录像、任务录像、异态触发录像) 进行实时存储;设备由两部分整合组成一体的标准机架式设备, 高度为3U, 模块间由设备备板及交换板完成连接。

系统包括监测数据采集、存储、控制、处理、发布等子系统, 可以实现以下功能:

(1) 较为全面的信道参数预留, 通过数字电视综合监测仪可监测及显示信道功率、比特误码率、载噪比等, 可根据门限设置进行监测报警。对信道报警进行判断, 并自动执行相关预案, 确认人为干扰后可以播出代播节目。与适当物理设备搭配使用, 可同时对地面、有线及卫星的数字和模拟信道信号进行监测。具备对同一信道的多频点做轮询监测的功能, 轮询策略可由用户灵活配置。

(2) 根据DVB TR101290技术规范, 通过数字电视综合监测仪进行码流1、2、3级的错误监测。其中, 报警错误及其报警阈值可以单独设定;对DVB/MPEG-2码流进行全面监测, 实时监测码流的最大码率为80Mbps提供独立的PSI/SI监测模块, 分层监测各个表中的信息;可以设定每个PID带宽的变化阈值, 进行监测;可以对码流中的PCR抖动进行实时监测。

(3) 系统通过多画面监测仪可以自动检测每个经过解调后的每一路输入的AV信号的故障, 包括视频丢失、音频丢失、视频静帧、视频黑场等;同时多画面监测仪可将具备1到多达36画面投射到用户制定大屏幕上, 同时支持任意组合分割的功能, 支持标清、高清显示。

(4) 监测系统软件可以根据阈值门限控制数字电视综合监测仪进行码流触发式现场记录, 通过成熟的转码技术, 实现大容量长时间的节目存储, 存储的时间仅取决于硬盘的大小;可以实现手动或自动录制现场码流。

(5) 监测系统软件提供模板化报警参数设定方式, 报警参数可以根据现场实际情况进行设置;提供多种方式的存储、记录、查询、回放等功能, 提供报警日志、保存历史和当前的监测结果和报警事件等。

系统软件架构 (见图2) 充分考虑了系统的可扩展性, 通过基于J2EE的三层B/S架构, 底层屏蔽具体设备接口类型差异, 实现统一平台管理。可以跨系统平台安装使用, 用户可以定制其显示风格;通过IE浏览器即可远程控制设备;通过设备层服务器, 将各设备各种形式的物理接口转化成为统一格式的命令字。中间层服务器作为用户界面层与设备层之间的桥梁, 保证了系统的开放性, 保护了用户投资, 即使第三方的软件开发商也可以通过标准形式的MIB节点实现对设备的管理, 提高了系统的可维护性。

3 总结