圖像清華大學(xué)電子工程系

1、大 綱,圖像工程教材特點(diǎn)教學(xué)建議其他資源,大 綱,圖像工程教材特點(diǎn)教學(xué)建議其他資源,圖像工程,圖像 ? 圖像技術(shù) ? 圖像工程圖像是用各種觀測(cè)系統(tǒng)以不同形式和手段觀測(cè)客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進(jìn)而產(chǎn)生視知覺(jué)的實(shí)體圖象（廣義/抽象）? 圖像（狹義/具體）"Image" rather than "picture" is of

2、ten used nowadays because computers store numerical images of a picture or scene,圖像工程,圖像 ? 圖像技術(shù) ? 圖像工程圖像和信息：人類從外界（客觀世界）獲得的信息約有75%來(lái)自視覺(jué)系統(tǒng) 圖像類型：{狹義} 單幅 ? 序列圖像，靜止 ? 運(yùn)動(dòng)圖像（視頻），2-D ? 3-D，彩色，立體對(duì)，多光譜，多視場(chǎng)圖像，灰度 ? 深度，紋理圖

3、像，……{廣義} 圖片，動(dòng)畫，繪圖，文字/檔，……,圖像工程,圖像 ? 圖像技術(shù) ? 圖像工程圖像技術(shù)圖像技術(shù)在廣義上是各種與圖像有關(guān)的技術(shù)的總稱主要功能/作用包括：對(duì)圖像的各種加工（見下）基于加工結(jié)果的判斷決策和行為規(guī)劃為此進(jìn)行的硬件設(shè)計(jì)及制作,圖像工程,圖像 ? 圖像技術(shù) ? 圖像工程圖像技術(shù)圖像的采集、編碼、存儲(chǔ)、傳輸，合成和產(chǎn)生，顯示和輸出，變換、增強(qiáng)、修補(bǔ)/修復(fù)、校正、恢復(fù)/復(fù)原和重建，圖像的分割

4、，目標(biāo)的檢測(cè)、表達(dá)和描述，特征的提取和測(cè)量，序列圖像的校正，3-D景物的重建復(fù)原，圖像數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、索引和抽取，圖像和目標(biāo)的分類、表示和識(shí)別，圖像模型的建立和匹配，圖像和場(chǎng)景的解釋，……,圖像工程,圖像 ? 圖像技術(shù) ? 圖像工程圖像工程：一門系統(tǒng)地研究各種圖像理論、技術(shù)和應(yīng)用的新的交叉學(xué)科，不同層次圖像技術(shù)的有機(jī)結(jié)合應(yīng)用圖像工程三層次：圖像處理（圖像 ——> 圖像）圖像分析（圖像 ——> 數(shù)據(jù)）圖像

5、理解（圖像 ——> 解釋）,圖像工程,圖像工程的3個(gè)層次,圖像工程,圖像處理、圖像分析和圖像理解在抽象程度和數(shù)據(jù)量上各有特點(diǎn)，操作對(duì)象和語(yǔ)義層次各不相同圖像處理是比較低層的操作，它主要在圖像的像素層次上進(jìn)行處理，處理的數(shù)據(jù)量非常大圖像分析則進(jìn)入了中層，分割和特征提取把原來(lái)以像素描述的圖像轉(zhuǎn)變成比較簡(jiǎn)潔的對(duì)目標(biāo)的描述圖像理解主要是高層操作，操作對(duì)象基本上是從描述中抽象出來(lái)的符號(hào)，其處理過(guò)程和方法與人類的思維推理有許多類似之處,

6、圖像工程,一些相關(guān)學(xué)科,圖像工程,中國(guó)圖像工程綜述（中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào), 5月期）文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分類 共統(tǒng)計(jì)15種刊物 已進(jìn)行16年（1996-2011） 涉及到38092篇論文 選取了8999篇論文,圖像工程,圖像工程期刊（1）[CT]： 《CT理論與應(yīng)用研究》（2）[CX]： 《測(cè)繪學(xué)報(bào)》（3）[DC]： 《電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)》（4）[DK]： 《電子科學(xué)學(xué)刊》（5）[DX]

7、： 《電子學(xué)報(bào)》（6）[JX]： 《計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)》（7）[MR]： 《模式識(shí)別與人工智能》（8）[SC]： 《數(shù)據(jù)采集與處理》（9） [TX]： 《通信學(xué)報(bào)》（10） [XC]： 《信號(hào)處理》（11） [YX]： 《遙感學(xué)報(bào)》（12） [ZS]： 《中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)》（13） [Zti]：《中國(guó)體視學(xué)和圖象分析》（14） [Ztu]：《中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào)》（15） [ZX]： 《自動(dòng)化學(xué)

8、報(bào)》,圖像工程,年度 論文總數(shù)選取總數(shù)選取率 1995 997 14714.7% 1996 1205 21217.6% 1997 1438 28019.5% 1998 1477 30620.7% 1999 2048 38819.0% 2000 2117 46421.9

9、% 2001 2297 48120.9% 2002 2426 54522.5% 2003 2341 57724.7% 2004 2473 63225.6% 平均 1816 37821.4%,前十年,圖像工程,年度 圖像處理 圖像分析 圖像理解 技術(shù)應(yīng)用 1995 35(23.8%) 52(

10、35.4%) 14(9.52%) 46(31.3%)1996 52(24.5%) 72(34.0%) 30(14.2%) 55(25.9%)1997 104(37.1%) 76(27.1%) 36(12.9%) 60(21.4%)1998 108(35.3%) 96(31.4%) 28(9.15%) 71(23.2%) 1999 132(34.0%) 137(35.3%) 42(10.8

11、%) 73(18.8%)2000 165(35.6%) 122(26.3%) 68(14.7%) 103(22.2%)2001 161(33.5%) 123(25.6%) 78(16.2%) 115(23.9%)2002178(32.7%)150(27.5%) 77(14.3%) 135(24.8%)2003 194(33.6%) 153(26.5%) 104(18.0%) 119(20.6%)2004

12、 235(37.2%) 176(27.8%) 76(12.0%) 142(22.5%)平均 116.9 103.5 46.6 82.3,圖像工程,分類（1996年開始）A：圖像處理A1：圖像采集和獲取（成象方法、攝象機(jī)校正）A2：圖像重建（從投影重建圖像）A3：圖像變換，濾波，增強(qiáng)，恢復(fù)或復(fù)原等A4：圖像壓縮編碼（算法研究、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)）B：圖像分析B1：邊緣檢測(cè)，圖像分割B

13、2：目標(biāo)表達(dá)，描述，測(cè)量（二值圖處理、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法等）B3：目標(biāo)形狀，紋理，空間，運(yùn)動(dòng)等的分析B4：（2-D）目標(biāo)識(shí)別，分類和提取,圖像工程,分類（1996年開始）C：圖像理解 C1：（序列、立體）圖像匹配、融合、鑲嵌C2：3-D 建模，重構(gòu)、場(chǎng)景恢復(fù)C3：圖像感知，解釋，推理D：技術(shù)應(yīng)用D1：硬件，（硬件）系統(tǒng)和快速/并行算法 D2：視頻，通信D3：文檔（包括文字，數(shù)字，符號(hào)等）

14、D4：生物，醫(yī)學(xué)D5：遙感、雷達(dá)、測(cè)繪 D6：其他E：綜述評(píng)論E1：綜述（介紹圖像處理、分析、理解或它們的綜合，進(jìn)展）,圖像工程,2001年開始增加了3個(gè)小類A：圖像處理A5：圖像數(shù)字水印和圖像信息隱藏B：圖像分析B5：人臉和器官的檢測(cè)、定位與識(shí)別C：圖像理解C4：基于內(nèi)容的圖像和視頻檢索,圖像工程,2006年開始增加了2個(gè)小類A：圖像處理

15、A6：圖像多分辨率處理（超分辨率重 建、圖像分解和插值、分辨率轉(zhuǎn)換等） C：圖像理解C5：時(shí)空技術(shù)（3-D運(yùn)動(dòng)分析，姿態(tài)檢 測(cè)，對(duì)象跟蹤，行為判斷和理解）,圖像工程,2010年23個(gè)小類統(tǒng)計(jì)結(jié)果,,大 綱,圖像工程教材特點(diǎn)教學(xué)建議其他資源,教材特點(diǎn),封面選材全面注重實(shí)用解釋直觀示例豐富各章平衡，方便教學(xué)提供索引，便于查詢,

16、,,教材特點(diǎn),選材全面圖像處理,教材特點(diǎn),選材全面圖像分析,教材特點(diǎn),注重實(shí)用 1、內(nèi)容實(shí)用面向使用而非專門研究圖像技術(shù)的學(xué)生主要介紹基本的、有基礎(chǔ)意義的、比較成熟且應(yīng)用了的圖像技術(shù)共給出各類思考題和練習(xí)題180個(gè)，對(duì)其中的66個(gè)練習(xí)題提供了參考答案（有助于自學(xué)）,教材特點(diǎn),注重實(shí)用 2、結(jié)構(gòu)實(shí)用專門教材、入門教材內(nèi)容平均分配在15章（每章均4節(jié)或5節(jié)），可每次一章（內(nèi)容多的主題拆分到兩章中）

17、各部分相對(duì)獨(dú)立，涉及的概念盡量一次講清楚，基本不再參引書中其他部分，也不需再查看其他參考文獻(xiàn)（正文中未引）,教材特點(diǎn),解釋直觀使用了較多的物理描述盡量減少了數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)結(jié)合具體數(shù)據(jù)示例解釋算法原理使用了大量的圖（361幅，平均每章24幅、每頁(yè)1.1幅）,包括圖片、示意圖、流程圖/框圖、繪圖等，較多的表格（27個(gè)，平均每章近2個(gè)）,教材特點(diǎn),示例豐富全書共給出119個(gè)例題平均每章約8個(gè)，每節(jié)約1.75個(gè)例題多含

18、圖表，比較形象直觀為教和學(xué)提供了一定的靈活性,教材特點(diǎn),各章平衡，方便教學(xué)每章長(zhǎng)度接近（均4~5節(jié)，均約20頁(yè)）每章結(jié)構(gòu)一致均包括：介紹/講解、總結(jié)、習(xí)題 ……每章習(xí)題數(shù)量一致總結(jié)中有針對(duì)性地介紹了一些相關(guān)的參考文獻(xiàn)，幫助學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)一步深入,教材特點(diǎn),提供索引，便于查詢書末索引共列出700多個(gè)術(shù)語(yǔ)，并給出了對(duì)應(yīng)的英文索引一來(lái)方便在書中查找有關(guān)內(nèi)容，二來(lái)也方便在網(wǎng)上查找有關(guān)文獻(xiàn)這些術(shù)語(yǔ)多為《英漢圖

19、像工程辭典》中的條目，那里還可查到相應(yīng)的定義和解釋,教材特點(diǎn),適合用作第一門圖像課程入門門檻低，先修要求較少主要介紹基本原理不過(guò)多強(qiáng)調(diào)理論性、完備性盡量通過(guò)直觀的物理解釋和示例來(lái)幫助讀者理解比較抽象的概念對(duì)具體方法描述比較詳細(xì)，常配以實(shí)例,大 綱,圖像工程教材特點(diǎn)教學(xué)建議其他資源,教學(xué)建議,先修基礎(chǔ) 參考講義 內(nèi)容選擇 例題使用 習(xí)題使用 “總結(jié)和復(fù)習(xí)”,教

20、學(xué)建議,先修基礎(chǔ)（1）數(shù)學(xué)知識(shí)：線性代數(shù)，因?yàn)閳D像可表示為點(diǎn)陣，需借助矩陣表達(dá)、解釋各種加工運(yùn)算過(guò)程；另外，統(tǒng)計(jì)和概率也很有用（2）計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)：計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，因?yàn)閷?duì)圖像的加工需要使用計(jì)算機(jī)，通過(guò)編程用一定的算法來(lái)完成（3）電子學(xué)知識(shí)：一個(gè)是信號(hào)處理，因?yàn)閳D像可看做1-D信號(hào)的擴(kuò)展，對(duì)圖像的處理是對(duì)信號(hào)處理的擴(kuò)展；另一個(gè)是電路原理，因?yàn)橐罱K實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的加工，需要使用一定的電子設(shè)備,教學(xué)建議,參考講義15章p

21、pt講稿（380多頁(yè)，10兆）可在出版社網(wǎng)站或主頁(yè)下載覆蓋了教學(xué)大綱各項(xiàng)內(nèi)容各章的圖文件（近120幅，140多兆）可與出版社聯(lián)系,教學(xué)建議,內(nèi)容選擇第1章為緒論，舉出了多種圖像的示例，概況了圖像技術(shù)的總體情況，并具體介紹了圖像的表達(dá)和顯示方法，以及圖像存儲(chǔ)和文件格式，還對(duì)本書的使用提出了建議第2章介紹圖像采集，包括幾何成像模型和亮度成像模型，為數(shù)字化而進(jìn)行的采樣和量化，以及所獲得的圖像中像素間的聯(lián)系和將像素

22、的坐標(biāo)進(jìn)行變換的方法第3章介紹空域圖像增強(qiáng)，所涉及的技術(shù)包括灰度映射技術(shù)，通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)算的技術(shù)，利用直方圖修正的方法和利用像素鄰域的空域?yàn)V波方法,教學(xué)建議,內(nèi)容選擇 第4章介紹彩色圖像增強(qiáng)，首先討論了與彩色視覺(jué)有關(guān)的三基色與色度圖以及常用的彩色模型及相互轉(zhuǎn)換，然后給出一些偽彩色增強(qiáng)和真彩色增強(qiáng)的方法 第5章介紹圖像變換，對(duì)比較基本和常用的傅里葉變換、沃爾什和哈達(dá)碼變換、離散余弦變換以及霍特林變換的性質(zhì)、特點(diǎn)簡(jiǎn)要地進(jìn)

23、行了概括 第6章介紹頻域圖像增強(qiáng)，具體介紹了多種低通濾波器、高通濾波器和帶阻帶通濾波器，并結(jié)合分析了同態(tài)濾波器的原理，還對(duì)空域技術(shù)與頻域技術(shù)的聯(lián)系進(jìn)行了討論,教學(xué)建議,內(nèi)容選擇 第7章介紹圖像恢復(fù)，首先分析了圖像退化的一些示例和幾種典型的噪聲，給出了幾種空域噪聲濾波器和組合濾波器，并對(duì)基本的無(wú)約束恢復(fù)和有約束恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行了討論 第8章介紹圖像投影重建，首先分析常見的投影重建方式，統(tǒng)一概括投影重建的原理，對(duì)傅里葉反變換重

24、建、卷積逆投影重建和級(jí)數(shù)展開重建3類技術(shù)進(jìn)行了討論 第9章介紹圖像編碼基礎(chǔ)，包括圖像壓縮的原理和典型的數(shù)據(jù)冗余，圖像保真度的定義和測(cè)度，基于基本的編碼定理，討論了變長(zhǎng)編碼和位平面編碼的方法,教學(xué)建議,內(nèi)容選擇 第10章介紹進(jìn)一步的圖像編碼技術(shù)，主要是常用的預(yù)測(cè)編碼和變換編碼技術(shù)，也結(jié)合概括了靜止圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)動(dòng)圖像壓縮國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容 第11章介紹基本圖像分割技術(shù)，根據(jù)對(duì)圖像分割技術(shù)的通用分類方法，給出了一

25、些基本的并行邊界技術(shù)、串行邊界技術(shù)、并行區(qū)域技術(shù)和串行區(qū)域技術(shù) 第12章介紹一些典型圖像分割算法，包括用于檢測(cè)角點(diǎn)的SUSAN算子、確定目標(biāo)邊界的主動(dòng)輪廓模型、若干有特色的取閾值技術(shù)和基于區(qū)域的分水嶺分割算法,教學(xué)建議,內(nèi)容選擇 第13章介紹目標(biāo)表達(dá)描述，在對(duì)目標(biāo)標(biāo)記的基礎(chǔ)上，分別討論了基于邊界的表達(dá)和基于區(qū)域的表達(dá)以及基于邊界的描述和基于區(qū)域的描述方法 第14章介紹特征提取和測(cè)量，對(duì)區(qū)域形狀特征及測(cè)量，區(qū)域紋理

26、特征及測(cè)量和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)及測(cè)量分別進(jìn)行了討論，還對(duì)特征測(cè)量的準(zhǔn)確度給出了全面的分析 第15章介紹數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)，對(duì)二值形態(tài)學(xué)基本運(yùn)算，二值形態(tài)學(xué)組合運(yùn)算和二值形態(tài)學(xué)實(shí)用算法進(jìn)行了詳細(xì)的分析和討論，還對(duì)灰度數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)給予了概括,教學(xué)建議,內(nèi)容選擇,教學(xué)建議,例題數(shù)量比較多（近120個(gè)） 給出示例/實(shí)例，教授內(nèi)容的補(bǔ)充可講解，也可學(xué)生自學(xué)教授內(nèi)容的延伸和擴(kuò)展根據(jù)情況講解，或供課后學(xué)習(xí),教學(xué)建議,習(xí)題各章數(shù)量一致（

27、均為12個(gè)），有些有解答（> 1/3） 可根據(jù)學(xué)號(hào)分別布置 有些習(xí)題也可當(dāng)例題講解 有解答的習(xí)題也可布置，要求過(guò)程,教學(xué)建議,“總結(jié)和復(fù)習(xí)”（每章均有） 給出各節(jié)簡(jiǎn)單小結(jié)介紹可供深入學(xué)習(xí)的參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)目錄統(tǒng)一列在書末通過(guò)練習(xí)題進(jìn)行復(fù)習(xí)標(biāo)有星號(hào)的練習(xí)題在書末提供了解答,大 綱,圖像工程教材特點(diǎn)教學(xué)建議其他資源,其他資源,內(nèi)容教學(xué)課件學(xué)會(huì)會(huì)議,其他

28、資源,內(nèi)容 完整、全面、深入、擴(kuò)展,其他資源,教學(xué) 在教學(xué)中更好地使用圖像Zhang Y-J. “Better Use of Digital Images in Teaching and Learning”. Encyclopedia of Distance Learning, Idea Group Reference, 1: 152-158, 2005.Zhang Y-J. “Teaching and Lear

29、ning Image Courses with Visual Forms”. Encyclopedia of Distance Learning, 2nd Edition, 4: 2044-2049, 2009.,其他資源,課件 教學(xué)課件的使用對(duì)改善教學(xué)效果有一定的作用章毓晉，趙雪梅。“圖像處理”網(wǎng)絡(luò)課件的研制。第十四屆全國(guó)圖像圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（NCIG‘2008）論文集，2008，790-794演示：主頁(yè)下載 示

30、例：基本坐標(biāo)變換哈夫曼編碼,,,其他資源,學(xué)會(huì) 中國(guó)圖象圖形學(xué)學(xué)會(huì)（CSIG） 正式成立于1990年，是具有獨(dú)立法人資格的全國(guó)性學(xué)術(shù)團(tuán)體開展科學(xué)研究與學(xué)術(shù)交流，普及圖像圖形科技知識(shí)，編輯出版科普書刊現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)正式會(huì)員http://www.csig.org.cn/,其他資源,會(huì)議 全國(guó)圖像圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（NCIG） 從上世紀(jì)80年代開始，目前每逢雙數(shù)年召開，2012年將在吉林長(zhǎng)春開第1

31、6屆國(guó)際圖像圖形學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（ICIG）從2000年開始，目前每逢單數(shù)年召開，今年8月將在安徽合肥召開第6屆，2013年將在山東青島召開第7屆,聯(lián)系信息,通信地址：北京清華大學(xué)電子工程系 郵政編碼：100084 辦公地址：清華大學(xué)東主樓，9區(qū)307室 辦公電話：(010)62781430 傳真號(hào)碼：(010)62770317 電子郵件：zhang-yj@tsinghua.edu.cn 個(gè)人主頁(yè)：oa.ee.tsingh