《数字图像处理（Digital Image Process）》教学大纲-计算机科学与工程学院（人工智能学院）

《数字图像处理（Digital Image Process）》教学大纲

制定时间：2025年7月

一、课程基本信息

（一）适用专业：软件工程

（二）课程代码：3DX1170A

（三）学分/课内学时：2学分/32学时

（四）课程类别：专业教育

（五）课程性质：选修/理论课

（六）先修课程：《线性代数》、《Python语言与应用》、《数字信号处理》、《数据结构》

（七）后续课程：《机器学习》《深度学习》《毕业设计》

二、课程教学目标

《数字图像处理》是软件工程专业的任选专业课之一。本课程的主要任务是让学生掌握数字图像处理的基本理论和技术，了解和掌握常用的图像处理和分析技术。数字图像处理广泛应用于工业、医疗、航空航天、军事、计算机视觉等领域。通过学习这些内容，为今后开展物联网人工智能领域的研究和开发工作，打下良好的基础。

通过本课程的学习，使学生了解图像技术整体概况和分类以及有关视觉和图像模型，数字图像采集、表达和像素关系；掌握图像的各种基本变换技术；掌握图像处理方面的基本技术，例如图像滤波、灰度变换、空域 / 频域变换、图像形态学和图像分割等基础理论、技术和方法等。

课程目标及能力要求具体如下：

（一） 具体目标

目标1：掌握数字图像处理的基本方法，主要包括图像采集、图像读取和显示，图像的矩阵变换和操作；在操作中养成严谨细致的作风，对待图像数据的采集、记录和处理保持真实性与规范性，培养科学求实的学术态度。（对应毕业要求指标点1.1）

目标2：掌握数字图像变换的基本方法，主要包括灰度变换和空域滤波，灰度变换的线性 / 非线性变换，图像像素统计，直方图，直方图变换，灰度直方图均衡等，空域滤波包括线性滤波和非线性滤波，高斯滤波，中值滤波等；在小组实验和作业中学会有效沟通、分工协作，培养团队意识与责任担当。（对应毕业要求指标点1.1）

目标3：掌握数字图像频域处理的基本方法，主要包括傅立叶变换，小波变换，余弦变换等，了解二维频域的物理意义，理解低通、带通、高通滤波，频带分解和重建，能够掌握基本的滤波器构建方法，并用于指导实际的图像处理工程应用；在处理医疗影像、人脸图像等涉及隐私的数据时，树立数据保护意识，遵守技术伦理规范。（对应毕业要求指标点4.3）

目标4：掌握形态学数字图像处理和图像分割方法，掌握常见的 Sobel、Roberts 和 Prewitt 等分割算子，能够利用这些模型理解图像分割的原理和方法，了解一些基本的图像形态学算法；结合技术在医疗诊断、环境监测等领域的应用，认识技术的社会价值，增强服务社会的责任感。（对应毕业要求指标点4.4）

（二）课程目标与毕业要求的对应关系

毕业要求	课程目标	教学单元	评价方式
1.掌握本专业必需的数学、自然科学、工程基础和专业知识，能够用于解决物联网领域中的复杂工程问题。	目标1	数字图像基础	实验试卷考核
	目标2	灰度变换与空间滤波	平时作业实验试卷考核
	目标3	频率域滤波	平时作业实验试卷考核
	目标4	形态学图像处理、图像分割	实验试卷考核

三、教学内容与方法

（一）教学内容及要求

序号	教学单元	教学内容（知识点）	学习产出要求	推荐学时	推荐教学方式	支撑教学目标	备注
1	绪论	图像基本概念、图像工程简介和图像处理系统（结合人脸识别技术的隐私保护案例，渗透伦理意识）。重点:数字图像的矩阵表示方法。难点:软件读取和显示图像。	了解图像的基本概念和表达，了解图像工程的概念以及相关学科、领域和技术应用，了解图像处理系统的基本构成。初步形成技术应用的伦理边界认知。	2	讲授	目标1	平时作业、试卷考核
2	数字图像基础	数字图像采集流程、摄像头分类、光学成像简介（结合我国自主研发医疗影像设备案例，培养民族自信）。重点: 视觉成像的数字化。难点: 空间成像模型。	了解视觉过程与成像模型，掌握采样和量化；增强专业领域的探索热情与民族自豪感。	2	讲授	目标1，2	平时作业、试卷考核
3	数字图像坐标变换	像素间联系、基本坐标变换、形态变换（实验环节以小组为单位完成，强调分工协作）。重点: 连通和仿射变换。难点: 仿射变换中的坐标系变换。	掌握像素联系与坐标变换；学会在团队中配合，完成共同任务	4	讲授实操	目标2	平时作业、实验、试卷考核
4	数字图像空域变换	空域变换分类、像素间运算、灰度映射、直方图变换、滤波技术（结合医疗图像处理中的隐私保护要求，强调数据规范使用）。重点: 图像滤波计算。难点: 滤波器设计。	掌握空域增强技术；树立隐私保护意识，规范处理敏感图像数据。	8	讲授实操	目标2	平时作业、实验、试卷考核
5	数字图像频域变换	频域变换（傅立叶、小波、余弦变换）、滤波器应用（强调实验数据记录的真实性，培养严谨作风）。重点: 傅立叶变换频域物理意义。难点: 滤波器设计。	掌握频域滤波算法；养成严谨记录实验数据、规范分析结果的习惯。	8	讲授实操	目标3	平时作业、实验、试卷考核
6	形态学图像处理	膨胀腐蚀、开闭运算、形态学应用（结合文物修复案例，体现技术的文化保护价值）。重点：图像膨胀腐蚀、开闭运算、击中-击不中变换。难点: 形态学图像应用。	了解形态学算法；认识技术在文化遗产保护等领域的社会价值。	2	讲授	目标3、4	平时作业、试卷考核
7	图像分割	图像分割概念、方法（Sobel 等算子）（结合肿瘤分割辅助医疗诊断案例，强化社会责任感）。重点: 阈值处理。难点: 区域生长、区域聚类、Canny算法。	掌握图像分割技术；理解技术在医疗等领域的应用价值，增强服务意识。	6	讲授实操	目标4	平时作业、实验、试卷考核

（二）教学方法

1.课堂讲授

（1）采用启发式教学，结合图像技术在伦理、社会价值等方面的案例（如医疗影像隐私保护、智慧城市应用），引导学生在学习理论的同时思考技术的责任边界，培养辩证思维。

（2）系统讲授理论知识时，融入我国在图像处理领域的技术突破（如航天遥感图像技术），增强学生的专业认同与家国情怀。

（3）理论与实践结合中，强调工程问题解决中的团队协作（如小组讨论滤波方案），培养沟通与协作能力。

2.实验教学

实验为重要实践环节，4 个必做实验以 “个人负责 + 团队协作” 模式完成：学生独立完成技术操作，同时以小组为单位讨论方案、互查结果，培养团队意识；实验报告需包含 “操作反思”（体现严谨作风）和 “应用思考”（体现社会价值认知），强化育人目标。

四、考核及成绩评定

（一）考核内容及成绩构成

课程考核以考核学生能力培养目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容，包括平时作业考核、实验和期末考核三个部分。平时考核采用平时作业、实验等方式评定学生成绩；期末考核采用笔试评定学生成绩。各课程目标的考核内容、成绩评定方式、目标分值建议如下：

课程目标	考核内容	成绩评定方式	成绩占总评分比例	目标成绩占当次考核比例	学生当次考核平均得分	目标达成情况计算公式
目标1：掌握数字图像处理的基本方法，主要包括图像采集、图像读取和显示，图像的矩阵变换和操作；培养严谨作风。	图像采集、矩阵变换等基本方法；实验操作规范性、数据记录真实性。	实验	10%	25%	A1
目标1：掌握数字图像处理的基本方法，主要包括图像采集、图像读取和显示，图像的矩阵变换和操作；培养严谨作风。	图像基本方法；对技术应用规范的认知。	试卷考核	12%	20%	C1
目标2：掌握数字图像变换的基本方法，主要包括灰度变换和空域滤波，灰度变换的线性/非线性变换，图像像素统计，直方图，直方图变换，灰度直方图均衡等，空域滤波包括线性滤波和非线性滤波，高斯滤波，中值滤波等；提升团队协作。	灰度变换、空域滤波等；小组作业中的协作表现、实验中的分工配合。	平时作业	5%	50%	A2
	灰度变换、空域滤波等；团队协作有效性。	实验	5%	25%	B2
	灰度变换、空域滤波等。	试卷考核	18%	30%	C2
目标3：掌握数字图像频域处理的基本方法，主要包括傅立叶变换，小波变换，余弦变换等，了解二维频域的物理意义，理解低通、带通、高通滤波，频带分解和重建，能够掌握基本的滤波器构建方法；树立技术伦理	频域滤波方法；对隐私数据处理的合规性。	平时作业	5%	50%	A3
	频域滤波方法；实验中对敏感数据的处理规范。	实验	5%	25%	B3
	频域滤波方法；技术伦理案例分析能力。	试卷考核	18%	30%	C3
目标4：掌握形态学数字图像处理和图像分割方法，掌握常见的Sobel、Roberts和Prewitt等分割算子，能够利用这些模型理解图像分割的原理和方法，了解一些基本的图像形态学算法；增强社会责任感。	形态学处理、图像分割；对技术社会价值的认知。	实验	10%	25%	A4
	形态学处理、图像分割；技术应用的社会意义论述。	试卷考试	12%	20%	C4
总评成绩（100%）=平时作业（10%）+实验（30%）+期末考试（60%）			100%	——	——

（二）平时考核成绩评定

平时作业：共2次，支持目标2、目标3，共占总评分10%，目标2占5%、目标3占5%。

平时作业由学生自行到网上学习中心完成，教师评阅后给出学生平时成绩。

对应目标的评分标准如下：

对应目标	目标2：掌握数字图像变换的基本方法，主要包括灰度变换和空域滤波，灰度变换的线性/非线性变换，图像像素统计，直方图，直方图变换，灰度直方图均衡等，空域滤波包括线性滤波和非线性滤波，高斯滤波，中值滤波等；在小组实验和作业中学会有效沟通、分工协作，培养团队意识与责任担当。		目标3：掌握数字图像频域处理的基本方法，主要包括傅立叶变换，小波变换，余弦变换等，了解二维频域的物理意义，理解低通、带通、高通滤波，频带分解和重建，能够掌握基本的滤波器构建方法，并用于指导实际的图像处理工程应用；在处理医疗影像、人脸图像等涉及隐私的数据时，树立数据保护意识，遵守技术伦理规范。
考查点	空间域滤波、直方图变换掌握程度；小组作业中分工合理性、沟通有效性。		频域滤波器构建能力；对图像数据隐私保护的分析深度。
成绩比例	5%		5%
评分标准	100% 至 90%	技术掌握优秀；团队协作高效，主动协调分工，贡献突出。	技术掌握优秀；能深入分析隐私保护要点，提出合规处理方案。
	89.9% 至 75%	技术掌握良好；团队协作顺畅，能配合完成分工。	技术掌握良好；能较好分析隐私保护要点。
	74.5% 至 60%	技术掌握中等；团队协作基本完成，分工明确但沟通一般。	技术掌握中等；能部分分析隐私保护要点。
	59.9%至 0	技术掌握薄弱；团队协作差，分工混乱或不参与。	技术掌握薄弱；对隐私保护认知不足或分析错误。

3.实验：必做实验4次，支撑目标1、2、3、4，共占总评分30%，其中目标1占10%、目标2占5%、目标3占5%、目标4占10%。对应目标的评分标准如下：

对应目标		目标1：掌握数字图像处理的基本方法，主要包括图像采集、图像读取和显示，图像的矩阵变换和操作。
成绩比例		10%
考查点		实验过程	实验报告
评分标准	100% 至 90%	准确理解相关概念、能够灵活运用所学知识，根据实验指导书，快速、准确完成数字图像的读取、显示和矩阵变换。实验态度认真，操作能力强，沟通、协作很好。实验中主动思考技术在不同领域中的应用价值。	有很强的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容完整、正确，有很好的分析与见解。文本表述清晰，书写工整，格式规范，报告中体现深刻的社会责任感感悟。
	89.9% 至 80%	理解相关概念、能够灵活运用所学知识，根据实验指导书，完成数字图像的读取、显示和矩阵变换。实验态度认真，操作能力强，沟通、协作很好，实验中能认识技术在不同领域的应用价值。	有较强的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容完整、正确，有较好的分析与见解。文本表述较为清晰，书写比较工整，格式规范，报告中有明确的社会责任感表述。。
	79.9 至 70%	理解相关概念、能够运用所学知识，根据实验指导书，完成数字图像的读取、显示和矩阵变换。实验态度比较认真，操作能力较强，沟通、协作正常，实验中了解技术的应用场景。	有良好的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容较完整、正确，有自己的分析与见解。文本表述较为清晰，书写较为工整，格式较为规范，报告中有基本的社会价值认知。
	69.9% 至 60%	基本理解相关概念、能够运用所学知识，根据实验指导书，基本可完成数字图像的读取、显示和矩阵变换。实验态度不太认真，操作能力一般，有沟通、协作。	有一定的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容基本完整、正确，没有分析或见解。文本表述基本清晰，书写基本工整，格式基本规范，报告中有简单的社会价值认知。
	59.9%至 0	动手操作能力差；操作、调试不规范，实验中不能完成数字图像的读取、显示和矩阵变换，实验中无相关技术思考。	总结实验和撰写报告的能力差，实验报告内容不完整、错误多。文本表述不清晰，书写潦草、格式不规范，对技术的社会价值无认知，报告中无相关思考。

对应目标		目标2：掌握数字图像变换的基本方法，灰度变换的线性/非线性变换，直方图变换，灰度直方图均衡等，空域滤波包括线性滤波和非线性滤波，高斯滤波，中值滤波等。
成绩比例		5%
考查点		实验过程	实验报告
评分标准	100% 至 90%	准确理解相关概念、能够灵活运用所学知识，根据实验指导书，快速、准确完成图像灰度变换，直方图均衡化，图像平滑，空域低通，带通和高通滤波，图像锐化，观察变换前后的效果对比。实验态度认真，操作能力强，沟通、协作很好。在小组实验中主动承担任务，与组员沟通顺畅，分工合理，能协调解决问题，体现强责任意识。	有很强的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容完整、正确，有很好的分析与见解。文本表述清晰，书写工整，格式规范。
	89.9% 至 80%	理解相关概念、能够灵活运用所学知识，根据实验指导书，完成图像灰度变换，直方图均衡化，图像平滑，空域低通，带通和高通滤波，图像锐化，观察变换前后的效果对比。在小组实验中能配合完成分工，沟通较顺畅，责任意识较强。	有较强的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容完整、正确，有较好的分析与见解。文本表述较为清晰，书写比较工整，格式规范。
	79.9 至 70%	理解相关概念、能够运用所学知识，根据实验指导书，完成图像灰度变换，直方图均衡化，图像平滑，空域低通，带通和高通滤波，图像锐化，观察变换前后的效果对比。在小组实验中能完成自身分工，沟通一般，有基本责任意识。	有良好的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容较完整、正确，有自己的分析与见解。文本表述较为清晰，书写较为工整，格式较为规范。
	69.9% 至 60%	基本理解相关概念、能够运用所学知识，根据实验指导书，基本可完成图像灰度变换，直方图均衡化，图像平滑，空域低通，带通和高通滤波，图像锐化，观察变换前后的效果对比。在小组实验中被动参与，沟通较少，责任意识较弱。	有一定的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容基本完整、正确，没有分析或见解。文本表述基本清晰，书写基本工整，格式基本规范。
	59.9%至 0	动手操作能力差；操作、调试不规范，实验中不能完成图像灰度变换，直方图均衡化，图像平滑，空域低通，带通和高通滤波，图像锐化。在小组实验中不参与分工，拒绝沟通，缺乏责任意识。	总结实验和撰写报告的能力差，实验报告内容不完整、错误多。文本表述不清晰，书写潦草、格式不规范。

对应目标		目标3：掌握数字图像频域处理的基本方法，了解二维频域的物理意义，理解低通、带通、高通滤波，频带分解和重建，掌握基本的滤波器构建方法.
成绩比例		5%
考查点		实验过程	实验报告
评分标准	100% 至 90%	准确理解相关概念、能够灵活运用所学知识，根据实验指导书，快速、准确完成图像频域低通、带通和高通滤波，观察变换前后的效果对比，观察和空域变换的差异。实验态度认真，操作能力强，沟通、协作很好，处理含隐私信息的图像时，严格遵守数据保护规范。	有很强的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容完整、正确，有很好的分析与见解。文本表述清晰，书写工整，格式规范，实验报告中对技术伦理有深刻分析。
	89.9% 至 80%	理解相关概念、能够灵活运用所学知识，根据实验指导书，完成图像频域低通、带通和高通滤波，观察变换前后的效果对比，观察和空域变换的差异。实验态度认真，操作能力强，沟通、协作很好，处理含隐私信息的图像时，能遵守数据保护规范。	有较强的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容完整、正确，有较好的分析与见解。文本表述较为清晰，书写比较工整，格式规范，实验报告中有技术伦理相关思考。
	79.9 至 70%	理解相关概念、能够运用所学知识，根据实验指导书，完成图像频域低通、带通和高通滤波，观察变换前后的效果对比，观察和空域变换的差异。实验态度比较认真，操作能力较强，沟通、协作正常，处理含隐私信息的图像时，基本遵守数据保护规范。	有良好的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容较完整、正确，有自己的分析与见解。文本表述较为清晰，书写较为工整，格式较为规范，对技术伦理有初步认知。
	69.9% 至 60%	基本理解相关概念、能够运用所学知识，根据实验指导书，基本可完成图像频域低通、带通和高通滤波，观察变换前后的效果对比，观察和空域变换的差异。实验态度不太认真，操作能力一般，有沟通、协作，处理含隐私信息的图像时，对数据保护规范认知不足。	有一定的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容基本完整、正确，没有分析或见解。文本表述基本清晰，书写基本工整，格式基本规范，技术伦理意识淡薄。
	59.9%至 0	动手操作能力差；操作、调试不规范，实验中不能完成图像频域低通、带通和高通滤波，不能观察变换前后的效果对比，处理含隐私信息的图像时，违反数据保护规范。	总结实验和撰写报告的能力差，实验报告内容不完整、错误多。文本表述不清晰，书写潦草、格式不规范，对技术伦理无认知。

对应目标		目标4：掌握形态学数字图像处理和图像分割方法，了解一些基本的图像形态学算法。
成绩比例		10%
考查点		实验过程	实验报告
评分标准	100% 至 90%	准确理解相关概念、能够灵活运用所学知识，根据实验指导书，快速、准确完成图像膨胀、腐蚀、边缘提取，观察比较不同算子对同一幅图像的边缘检测效果。实验态度认真，操作能力强，沟通、协作很好。	有很强的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容完整、正确，有很好的分析与见解。文本表述清晰，书写工整，格式规范，报告中体现强烈的社会责任感。
	89.9% 至 80%	理解相关概念、能够灵活运用所学知识，根据实验指导书，完成图像膨胀、腐蚀、边缘提取，观察比较不同算子对同一幅图像的边缘检测效果。实验态度认真，操作能力强，沟通、协作很好。	有较强的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容完整、正确，有较好的分析与见解。文本表述较为清晰，书写比较工整，格式规范，报告中有明确的社会责任感表述。
	79.9 至 70%	理解相关概念、能够运用所学知识，根据实验指导书，完成图像膨胀、腐蚀、边缘提取，观察比较不同算子对同一幅图像的边缘检测效果。实验态度比较认真，操作能力较强，沟通、协作正常。	有良好的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容较完整、正确，有自己的分析与见解。文本表述较为清晰，书写较为工整，格式较为规范，报告中有基本的社会价值认知。
	69.9% 至 60%	基本理解相关概念、能够运用所学知识，根据实验指导书，基本可完成图像膨胀、腐蚀、边缘提取，观察比较不同算子对同一幅图像的边缘检测效果。实验态度不太认真，操作能力一般，有沟通、协作。	有一定的总结实验和撰写报告的能力，实验报告内容基本完整、正确，没有分析或见解。文本表述基本清晰，书写基本工整，格式基本规范，报告中社会责任感表述简单。
	59.9%至 0	动手操作能力差；操作、调试不规范，实验中不能完成图像膨胀、腐蚀、边缘提取，不能观察比较不同算子对同一幅图像的边缘检测效果。	总结实验和撰写报告的能力差，实验报告内容不完整、错误多。文本表述不清晰，书写潦草、格式不规范，报告中无社会责任感相关内容。

参考学习资料
推荐教材：冈萨雷斯. 《数字图像处理》（第四版）. 北京：电子工业出版社. 2020.05，ISBN：9787121377471
参考资料1: 蔡体健. 《数字图像处理——基于Python》. 北京：机械工业出版社. 2022.7, ISBN：9787111707417。
参考资料2: 张运楚. 《Python数字图像处理》.中国建筑工业出版社. 2022.4。ISBN：9787112264483。
参考资料3: 李俊山.《数字图像处理》（第四版），清华大学出版社，2021.08。ISBN：9787302580911。
参考资料4: 姚敏，《数字图像处理》（第三版），机械工业出版社，2017.09。ISBN：9787111575962。

上一条返回列表

《数字图像处理（Digital Image Process）》教学大纲

友情链接：