Министерство образования и науки Российской Федерации

Муромский институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

 «Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(МИ ВлГУ)

 

Кафедра  ФПМ 

 

 

 

«   06   »       06       2017 г.

 

 

 

 

Рабочая программа ДИСЦИПЛИНЫ

 

     Цифровая обработка изображений     

 




Направление подготовки

10.03.01 Информационная безопасность

Профиль подготовки

"Безопасность компьютерных систем"

Квалификация (степень)выпускника

Бакалавр









          

Семестр

Трудоем-кость,

час. / зач. ед.

Лек-ции,

час.

 

Практи-ческие занятия,

час.

Лабора-торные работы,

час.

Консуль-тация,

час.

Конт-роль,

час.

Всего (контак-тная работа),

час.

СРС,

час.

Форма

промежу-точного контр.

(экз., зач., зач. с оц.)

7

144 / 4  

16  

32  

 

1,6  

0,25  

49,85  

94,15  

Зач. с оц.  

Итого

144 / 4  

16  

32  

 

1,6  

0,25  

49,85  

94,15  

 

 

Муром, 2017 г.


1. Цель освоения дисциплины

Цель дисциплины: освоение ключевых математических методов, используемых в обработке изображений.

Задачами преподавания дисциплины «Цифровая обработка изображений» являются: изучение основных понятий и методов обработки изображений, решения типовых задач фильтрации, сегментации и анализа изображений, овладение практическими навыками реализации алгоритмов обработки изображений.

2. Место дисциплины в структуре ОПОП ВО (Цикл (Б1.В.11))

Дисциплина «Цифровая обработка изображений» входит в вариативную часть профессионального цикла основной образовательной программы по направлению «Информационная безопасность» (бакалавриат). Изучение дисциплины «Математические методы обработки изображений» основывается на базе знаний, полученных студентами в ходе освоения дисциплин «Математика», «Теория вероятностей и математическая статистика», «Дискретная математика». Дисциплина адресована студентам, интересующимся теорией и практическими приложениями математики в области обработки цифровых изображений.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ОПК-2 способность применять соответствующий математический аппарат для решения профессиональных задач.

ОПК-4 способность понимать значение информации в развитии современного общества, применять информационные технологии для поиска и обработки информации.

 

В результате освоения дисциплины обучающийся должен демонстрировать следующие результаты образования:

1) Знать:

основные понятия теории и методов обработки цифровых изображений (ОПК-4).

2) Уметь:

применять информационные и компьютерные технологии для решения задач цифровой обработки изображений (ОПК-4).

формализовать задачи обработки изображений, проводить вычислительный эксперимент, а также анализировать эффективность алгоритмов (ОПК-2).

3) Владеть:

практическими навыками в реализации алгоритмов обработки цифровых изображений в различных областях в т.ч. в системах машинного зрения и биометрии (ОПК-4).

 


4. Структура и содержание дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.

 

4.1. Форма обучения: очная

Уровень базового образования: среднее общее.

Срок обучения 4г.

 

4.1.1. Структура дисциплины


 

Раздел (тема)

дисциплины

 

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость

(в часах)

 

Форма  текущего контроля успеваемости (по неделям семестра), форма промежуточной аттестации

  (по семестрам)

 

п\п

Семестр

Лекции

Семинары

Практические занятия

Лабораторные работы

Контрольные работы

СРС

КП / КР

Консультация

Контроль

1

Основные понятия и этапы цифровой обработки изображений

7

2

47

практическая работа

2

Улучшение изображений

7

4

12

0

практическая работа

3

Выделение контуров изображений

7

4

10

0

практическая работа

4

Сегментация изображений

7

4

4

0

практическая работа

5

Утончение и скелетизация изображений

7

2

6

47,15

практическая работа

Всего за  семестр

144

16

32

94,15

1,6

0,25

Зач. с оц.

Итого   

144

16

32

94,15

1,6

0,25

 

4.1.2. Содержание дисциплины

4.1.2.1. Перечень лекций

Семестр 7

Раздел 1. Основные понятия и этапы цифровой обработки изображений

Лекция 1.

Основные понятия и этапы цифровой обработки изображений. Формирование цифрового изображения (2 часа).

Раздел 2. Улучшение изображений

Лекция 2.

Изменение контраста. Сглаживание шумов. Видоизменение гистограмм (2 часа).

Лекция 3.

Подчеркивание границ. Медианная фильтрация. Улучшение изображений с помощь унитарных преобразований (2 часа).

Раздел 3. Выделение контуров изображений

Лекция 4.

Классификация методов выделения контуров изображений. Алгоритмы выделения границ изображения методами пространственного дифференцирования (2 часа).

Лекция 5.

Алгоритмы выделения границ изображений, основанный на анализе высших производных яркости функции. Алгоритм выделения границ изображения аппроксимацией перепада функции яркости. Выбор порога для выделения контурных точек (2 часа).

Раздел 4. Сегментация изображений

Лекция 6.

Математическая формулировка задачи сегментации изображения. Классификация сегментов изображений (2 часа).

Лекция 7.

Методы сегментации изображений наращиванием областей. Методы слияния изображений слиянием-расщеплением областей (2 часа).

Раздел 5. Утончение и скелетизация изображений

Лекция 8.

Топологическое сжатие. Утончение. Скелетизация (2 часа).

 

4.1.2.2. Перечень практических занятий

Семестр 7

Раздел 1. Улучшение изображений

Практическое занятие 1.

Изменение контраста (2 часа).

Практическое занятие 2.

Сглаживание шумов (2 часа).

Практическое занятие 3.

Видоизменение гистограмм (2 часа).

Практическое занятие 4.

Подчеркивание границ (2 часа).

Практическое занятие 5.

Медианная фильтрация (2 часа).

Практическое занятие 6.

Улучшение изображений с помощь унитарных преобразований (2 часа).

Раздел 2. Выделение контуров изображений

Практическое занятие 7.

Алгоритмы выделения границ изображения методами пространственного дифференцирования (2 часа).

Практическое занятие 8.

Алгоритмы выделения границ изображений, основанный на анализе высших производных яркости функции (2 часа).

Практическое занятие 9.

Алгоритм выделения границ изображения аппроксимацией перепада функции яркости (2 часа).

Практическое занятие 10.

Выбор порога для выделения контурных точек (2 часа).

Практическое занятие 11.

Классификация сегментов изображений (2 часа).

Раздел 3. Сегментация изображений

Практическое занятие 12.

Методы сегментации изображений наращиванием областей (2 часа).

Практическое занятие 13.

Методы слияния изображений слиянием-расщеплением областей (2 часа).

Раздел 4. Утончение и скелетизация изображений

Практическое занятие 14.

Топологическое сжатие (2 часа).

Практическое занятие 15.

Утончение (2 часа).

Практическое занятие 16.

Скелетизация (2 часа).

 

Методические указания к практическим работам размещены на информационно-образовательный портале института по ссылке https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=4652

 

4.1.2.3. Перечень лабораторных работ

Не планируется.

 

4.1.2.4. Перечень учебно-методического обеспечения для самостоятельной работы

Методические указания для самостоятельной работы размещены на информационно-образовательном портале института по ссылке https://www.mivlgu.ru/iop/course/view.php?id=5058.

Для самостоятельной работы также используются издания из списка приведенной ниже основной и дополнительной литературы.

Перечень тем, вынесенных на самостоятельное изучение:

1. Вычисление признаков изображений.

2. Распознавание объектов на изображении.

3. Исследование методов jpeg-сжатия изображений.

4. Вейвлет кодирование.

 

4.1.2.5. Перечень тем контрольных работ, рефератов, ТР, РГР, РПР

Не планируется.

 

4.1.2.6. Примерный перечень тем курсовых работ (проектов)

Не планируется.

 

 

5. Образовательные технологии

В процессе изучения дисциплины Цифровая обработка изображений применяется контактная технология преподавания (за исключением самостоятельно изучаемых студентами вопросов). При проведении практических работ применяется имитационный или симуляционный подход. Шаги решения задач студентам демонстрируются при помощи мультимедийной техники. В дальнейшем студенты самостоятельно решают аналогичные задания.

 

6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов.

Фонды оценочных средств приведены в приложении.

 

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины Цифровая обработка изображений

7.1. Основная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Борисова, И. В. Цифровые методы обработки информации : учебное пособие / И. В. Борисова. — Новосибирск : Новосибирский государственный технический университет, 2014. — 139 c. - http://www.iprbookshop.ru/45061.html

2. Волынский М.А., Гуров И.П., Ермолаев П.А. Методы компьютерной фотоники. Учебно-методическое пособие по практическим работам - Санкт-Петербург: СПб: Университет ИТМО, 2015. - 54 с. - http://books.ifmo.ru/file/pdf/1794.pdf

3. Волкова М.А., Луцив В.Р. Методы обработки и распознавания изображений. Учебно-методическое пособие по лабораторному практикуму - Санкт-Петербург: СПб: Университет ИТМО, 2016. - 40 с. - экз. - http://books.ifmo.ru/file/pdf/1979.pdf

4. Ежова, К. В. Моделирование и обработка изображений : учебное пособие / К. В. Ежова. — Санкт-Петербург : Университет ИТМО, 2011. — 97 c. - http://www.iprbookshop.ru/67305.html

5. Фисенко, В. Т. Компьютерная обработка и распознавание изображений : учебное пособие / В. Т. Фисенко, Т. Ю. Фисенко. — Санкт-Петербург : Университет ИТМО, 2008. — 195 c. - http://www.iprbookshop.ru/8608.html

 

7.2. Дополнительная учебно-методическая литература по дисциплине

1. Обработка сигналов и изображений на основе вейвлет-преобразований в среде Matlab 0.6 : учебное пособиесост. А.Л. Жизняков. - Мур.: ИПЦ МИ ВлГУ, 2007. - 110 - 65 экз.

 

7.3. Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине, включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем

В образовательном процессе используются информационные технологии, реализованные на основе информационно-образовательного портала института (www.mivlgu.ru/iop), и инфокоммуникационной сети института:

- предоставление учебно-методических материалов в электроном виде;

- взаимодействие участников образовательного процесса через локальную сеть института и Интернет;

- предоставление сведений о результатах учебной деятельности в электронном личном кабинете обучающегося.

Информационные справочные системы:

МООК Обработка изображений https://stepik.org/course/1280

Программное обеспечение:

Кабинет технологий и методов программирования. Компьютерный класс.

Операционная система Microsoft Windows (подписка DreamSpark Premium Electronic Software; Delivery (3 year) Renewal, договор №453 от 16.12.2014 года);

Офисный пакет Apache OpenOffice (free software, Apache License version 2.0).

Браузер Google Chrome (free software, Google EULA);

MathCad Education-University Edition (100 pack) (Государственный контракт №1 от 10.01.2012 года (с ООО «СофтЛайн Проекты»)

Среда программирования PyCharm Community (лицензия Apache).

Компьютерный класс.

Операционная система Microsoft Windows (подписка DreamSpark Premium Electronic Software; Delivery (3 year) Renewal, договор №453 от 16.12.2014 года);

Офисный пакет Apache OpenOffice (free software, Apache License version 2.0).

Браузер Google Chrome (free software, Google EULA);

MathCad Education-University Edition (100 pack) (Государственный контракт №1 от 10.01.2012 года (с ООО «СофтЛайн Проекты»)

Среда программирования PyCharm Community (лицензия Apache).

 

7.4. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения дисциплины

iprbookshop.ru

books.ifmo.ru

 

8. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине

Кабинет технологий и методов программирования. Компьютерный класс.

Персональные компьютеры (модель К112) - 12 шт., коммутатор TRENDnet TEG-S24G, видеопроектор SANYO PLC-XU355, экран Lumien Master Picture LMP-100109, DVD-плеер Pioneer DV310 (переносной), доступ к сети Интернет.

Компьютерный класс.

Персональные компьютеры (модель К112) - 12 шт., коммутатор TRENDnet TEG-S24G, видеопроектор SANYO PLC-XU355, экран Lumien Master Picture LMP-100109, DVD-плеер Pioneer DV310 (переносной), доступ к сети Интернет.

 

9. Методические указания по освоению дисциплины

Для успешного освоения теоретического материала обучающийся: знакомится со списком рекомендуемой основной и дополнительной литературы; уточняет у преподавателя, каким дополнительным пособиям следует отдать предпочтение; ведет конспект лекций и прорабатывает лекционный материал, пользуясь как конспектом, так и учебными пособиями.

Для выполнения практических работ обучающийся изучает соответствующий раздел теории. Практические работы проводятся в компьютерном классе. Обучающиеся выполняют задачу программной реализации метода обработки изображений в соответствии с заданием на практическую работу. При выполнении работы обучающийся демонстрирует полученные результаты преподавателю.

Каждый обучающийся самостоятельно определяет режим своей работы и меру труда, затрачиваемого на овладение учебным содержанием дисциплины. Он выполняет внеаудиторную работу и изучение разделов, выносимых на самостоятельную работу, по личному индивидуальному плану, в зависимости от его подготовки, времени и других условий.

Форма заключительного контроля при промежуточной аттестации – зачет с оценкой. Для проведения промежуточной аттестации по дисциплине разработаны фонд оценочных средств и балльно-рейтинговая система оценки учебной деятельности студентов. Оценка по дисциплине выставляется в информационной системе и носит интегрированный характер, учитывающий результаты оценивания участия студентов в аудиторных занятиях, качества и своевременности выполнения заданий в ходе изучения дисциплины и промежуточной аттестации.

 


лист_утверждения


РЕЦЕНЗИЯ

на  рабочую программу дисциплины

«Цифровая обработка изображений»

по направлению подготовки 10.03.01 Информационная безопасность

 

Рабочая программа дисциплины «Цифровая обработка изображений» составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки 10.03.01 Информационная безопасность.

На изучение данного курса по учебному плану отводится 144 час. (4 ЗЕТ). Формой итогового контроля изучения дисциплины является зачет с оценкой .

Цель дисциплины: освоение ключевых математических методов, используемых в обработке изображений.

Задачами преподавания дисциплины «Цифровая обработка изображений» являются: изучение основных понятий и методов обработки изображений, решения типовых задач фильтрации, сегментации и анализа изображений, овладение практическими навыками реализации алгоритмов обработки изображений.

Содержание занятий соответствуют требованиям образовательного стандарта. Имеется перечень вопросов для самостоятельной работы студентов, способствующий более глубокому изучению дисциплины.

Освоение дисциплины позволит студентам приобрести теоретические и практические знания, необходимые при решении задач в будущей практической деятельности.

Предлагаемые фонды оценочных средств для выявления уровня знаний и умений обучаемых полностью охватывает содержание курса и соответствуют ФГОС.

Перечень учебно-методической литературы достаточен для изучения дисциплины. Имеются ссылки на электронно-библиотечные системы.

Рабочая программа дисциплины «Цифровая обработка изображений» рекомендуется для использования в учебном процессе по направлению подготовки 10.03.01 Информационная безопасность.

 

06.06.2017 г.