МИНОБРНАУКИ РОССИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Алтайский государственный университет»

Компьютерная графика и обработка изображений

рабочая программа дисциплины
Закреплена за кафедройКафедра информационной безопасности
Направление подготовки10.03.01. Информационная безопасность
ПрофильБезопасность автоматизированных систем (в сфере профессиональной деятельности)
Форма обученияОчная
Общая трудоемкость3 ЗЕТ
Учебный план10_03_01_ИБ-2-2020
Часов по учебному плану 108
в том числе:
аудиторные занятия 42
самостоятельная работа 66
Виды контроля по семестрам
зачеты: 5

Распределение часов по семестрам

Курс (семестр) 3 (5) Итого
Недель 19
Вид занятий УПРПДУПРПД
Лекции 14 14 14 14
Лабораторные 28 28 28 28
Сам. работа 66 66 66 66
Итого 108 108 108 108

Программу составил(и):
старший преподаватель, Дмитриев А.А.

Рецензент(ы):
к.ф.-м.н., доцент, Рудер Д.Д.

Рабочая программа дисциплины
Компьютерная графика и обработка изображений

разработана в соответствии с ФГОС:
Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по направлению подготовки 10.03.01 ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ (уровень бакалавриата) (приказ Минобрнауки России от 01.12.2016г. №1515)

составлена на основании учебного плана:
10.03.01 Информационная безопасность
утвержденного учёным советом вуза от 30.06.2020 протокол № 6.

Рабочая программа одобрена на заседании кафедры
Кафедра информационной безопасности

Протокол от 08.06.2020 г. № 10-2019/20
Срок действия программы: 2020-2021 уч. г.

Заведующий кафедрой
д.ф.-м.н., профессор Поляков В.В.


Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году

Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2020-2021 учебном году на заседании кафедры

Кафедра информационной безопасности

Протокол от 08.06.2020 г. № 10-2019/20
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Поляков В.В.


1. Цели освоения дисциплины

1.1.Целью изучения дисциплины является формирование знаний и практических навыков в использовании методов анализа и обработки изображений при помощи современных программных средств. Выполнение учебной программы позволяет студентам ознакомиться с основными методами получения цифровых изображений, освоить современные приемы программной обработки и анализа изображений на вычислительных устройствах.

2. Место дисциплины в структуре ООП

Цикл (раздел) ООП: Б1.В.01

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

ПК-2 способностью применять программные средства системного, прикладного и специального назначения, инструментальные средства, языки и системы программирования для решения профессиональных задач
ПК-11 способностью проводить эксперименты по заданной методике, обработку, оценку погрешности и достоверности их результатов
В результате освоения дисциплины обучающийся должен
3.1.Знать:
3.1.1.1. Принципы получения изображения с помощью цифровых устройств.
2. Основные цветовые модели, используемые при работе с изображениями.
3. Основные градационные преобразования изображений и их область применения.
4. Принципы построения гистограмм цифрового изображения.
5. Алгоритмы пространственной фильтрации цифровых изображений.
6. Методы сегментации цифровых изображений.
7. Аппарат морфологических приемов обработки изображений.


3.2.Уметь:
3.2.1.1. Выбирать и использовать методы улучшения цифрового изображения в зависимости от задачи.
2. Строить гистограмму цифрового изображения, определять качество цифрового изображения в зависимости от вида гистограммы.
3. Выбирать оптимальный метод сегментации для качественного выделения объектов на изображении.
3.3.Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть):
3.3.1.1. В применении на практике алгоритмов улучшения цифрового изображения.
2. Работы с инструментами для устранения шума на цифровом изображении.
3. В использовании современных программных средств работы с цифровыми изображениями.

4. Структура и содержание дисциплины

Код занятия Наименование разделов и тем Вид занятия Семестр Часов Компетенции Литература
Раздел 1. Получение и представление изображений. Цветовые пространства.
1.1. Получение и представление изображений. Цветовые пространства. Лекции 5 2 ПК-2 Л2.2, Л1.1
1.2. Базовые операции. Цветовые режимы. Геометрические преобразования. Лабораторные 5 6 ПК-11 Л2.1
1.3. Форматы графических изображений Сам. работа 5 12 ПК-2, ПК-11 Л2.1, Л1.1
Раздел 2. Геометрические преобразования изображений.
2.1. Геометрические преобразования изображений. Лекции 5 2 ПК-2 Л2.2, Л1.1
2.2. Базовые операции. Цветовые режимы. Геометрические преобразования. Лабораторные 5 4 ПК-2, ПК-11 Л2.3, Л1.1
2.3. Основы программирования в среде Mathlab Сам. работа 5 14 ПК-2, ПК-11 Л2.1, Л1.1
Раздел 3. Пространственные методы обработки изображений. Градационные преобразования.
3.1. Пространственные методы обработки изображений. Градационные преобразования. Лекции 5 1 ПК-2 Л2.1, Л1.1
3.2. Обработка изображений. Точечные операции и фильтрация. Лабораторные 5 4 ПК-11 Л2.1, Л1.1
3.3. Градационные методы в растровых редакторах Сам. работа 5 10 ПК-11 Л2.3, Л1.1
Раздел 4. Гистограмма изображений. Эквализация гистограммы.
4.1. Гистограмма изображений. Эквализация гистограммы. Лекции 5 1 ПК-2, ПК-11 Л2.1, Л1.1
4.2. Обработка изображений. Точечные операции и фильтрация. Лабораторные 5 2 ПК-2, ПК-11 Л2.2, Л1.1
4.3. Алгоритмы быстрого построения гистограммы изображений. Сам. работа 5 10 ПК-2, ПК-11 Л2.3, Л1.1
Раздел 5. Пространственная фильтрация цифровых изображений.
5.1. Пространственная фильтрация цифровых изображений. Лекции 5 1 ПК-2 Л2.1, Л1.1
5.2. Обработка изображений. Точечные операции и фильтрация. Лабораторные 5 2 ПК-11 Л2.3, Л1.1
5.3. Использование низкочастотной фильтрации для обработки цифровых изображений. Сам. работа 5 10 ПК-2, ПК-11 Л2.2, Л1.1
Раздел 6. Сегментация и выделение границ на изображении.
6.1. Сегментация и выделение границ на изображении. Лекции 5 1 ПК-11 Л2.1, Л1.1
6.2. Сегментация. Определение границ. Лабораторные 5 4 ПК-2, ПК-11 Л2.3, Л1.1
Раздел 7. Методы пороговой сегментации.
7.1. Методы пороговой сегментации. Лекции 5 2 ПК-2, ПК-11 Л2.3, Л1.1
7.2. Сегментация. Определение границ. Лабораторные 5 2 ПК-2, ПК-11 Л2.3, Л1.1
Раздел 8. Методы определения оптимального порога сегментации.
8.1. Методы определения оптимального порога сегментации. Лекции 5 2 ПК-2, ПК-11 Л2.2, Л1.1
8.2. Алгоритм определения порога сегментации методом Оцу. Сам. работа 5 10 ПК-2, ПК-11 Л2.1, Л1.1
Раздел 9. Морфологическая обработка изображений.
9.1. Морфологическая обработка изображений. Лекции 5 1 ПК-2 Л2.3, Л1.1
9.2. Морфологические операции. Лабораторные 5 4 ПК-11 Л2.3, Л1.1
Раздел 10. Основные принципы представления и описания изображений.
10.1. Основные принципы представления и описания изображений. Лекции 5 1 ПК-2, ПК-11 Л2.2, Л1.1

5. Фонд оценочных средств

5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
Подробное описание в прикрепленном приложении Б1.В.01.07_ФОС_Компьютерная_графика_и_обработка_изображений_Дмитриев_А_А.doc

Текущий контроль.
Лабораторное занятие 1. Базовые операции. Цветовые режимы, геометрические преобразования.
Лабораторное занятие 2. Обработка изображений. Точечные операции и фильтрация.
Лабораторное занятие 3. Сегментация. Определение границ.
Лабораторное занятие 4. Морфологические операции.
Лабораторное занятие 5. Представление и описание изображений.

Аттестация по итогам дисциплины.
1. Получение изображения с помощью цифровых устройств.
2. Цветовая модель RGB. Основные характеристики модели. Область применения.
3. Цветовая модель CMYK. Основные характеристики модели. Область применения.
4. Цветовая модель CIE L*a*b*. Основные характеристики модели. Область применения.
5. Понятие индексированных цветов. Алгоритм, область применения.
6. Цветовая модель HSB. Основные характеристики модели. Область применения.
7. Элементы компьютерной графики. Операции двумерной трансляции, поворота.
8. Элементы компьютерной графики. Операции масштабирования, отражения.
9. Однородные координаты. Операции трансляции, поворота, масштабирования, отражения, сдвига в однородных координатах.
10. Геометрические преобразования изображений. Интерполяция по ближайшему соседу, билинейная, бикубическая интерполяция. Алгоритмы, сравнения по качеству и скорости.
11. Градационное преобразование. Виды градационных преобразований.
12. Арифметико-логические операции на изображении. Проблема выхода значения яркости за заданный диапазон.
13. Гистограмма изображений. Гистограммные статистики.
14. Линейное контрастирование изображения.
15. Эквализация цифрового изображения.
16. Модель искаженного изображения.
17. Виды шумов на цифровом изображении.
18. Пространственная фильтрация. Понятие свертки. Алгоритм пространственной фильтрации.
19. Линейный усредняющий фильтр. Построение маски, виды фильтров, применение и свойства.
20. Нелинейные пространственные фильтры. Виды. Алгоритмы работы.
21. Пространственные фильтры повышения резкости. Фильтр Лапласа.
22. Пространственные фильтры повышения резкости. Градиентная фильтрация. Виды фильтров.
23. Сегментация. Определение разрывов яркости, точек, линий, перепадов яркости. Примеры используемых фильтров.
24. Метод пороговой сегментации.
25. Методы автоматического определения порога для сегментации изображения. Метод Гонсалеса, Вудса, метод Оцу.
26. Математическая модель определения оптимального порога сегментации.
27. Сегментация разделением областей. Алгоритм квадродерева.
28. Сегментация на основе кластеризации методом к-средних.
29. Методы связывания контуров. Алгоритм локальной обработки. Преобразование Хафа.
30. Морфологическая обработка изображений. Операция дилатации и эрозии.
31. Морфологическая обработка изображений. Операция открытия и закрытия.
32. Представление границы кодом Фримана. Алгоритм, недостатки.
33. Описание границы при помощи метода сигнатур. Алгоритм. Свойства.
34. Описание границы при помощи метода Фурье-дескрипторов. Алгоритм. Свойства.
35. Описание изображение при помощи статистических, структурных и спектральных методов.


5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.)
нет
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации
Подробное описание в прикрепленном приложении Б1.В.01.07_ФОС_Компьютерная_графика_и_обработка_изображений_Дмитриев_А_А.doc

6. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

6.1. Рекомендуемая литература
6.1.1. Основная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л1.1 Селезнев В.А., Дмитроченко С.А. Компьютерная графика: Учебник и практикум для академического бакалавриата М. : Издательство Юрайт, 2018 // ЭБС Университетская библиотека Online www.biblio-online.ru
6.1.2. Дополнительная литература
Авторы Заглавие Издательство, год Эл. адрес
Л2.1 Дмитриев А. А. Компьютерная графика и обработка изображения. Теоретические основы.: Учебное пособие Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2015
Л2.2 Дегтярев В.М., Затыльникова В.П. Инженерная и компьютерная графика: учебник для вузов М.: Академия, 2010
Л2.3 Королев Ю.И. Инженерная и компьютерная графика: учебное пособие СПб. : Питер, 2014
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет"
Название Эл. адрес
Э1 www.gpntb.ru/ Государственная публичная научно-техническая библиотека.
Э2 www.nlr.ru/ Российская национальная библиотека.
Э3 www.nns.ru/ Национальная электронная библиотека.
Э4 www.rsl.ru/ Российская государственная библиотека.
Э5 www.microinform.ru/ Учебный центр компьютерных технологий «Микроинформ».
Э6 www.tests.specialist.ru/ Центр компьютерного обучения МГТУ им. Н.Э.Баумана.
Э7 www.intuit.ru/ Образовательный сайт
Э8 www.window.edu.ru/ Библиотека учебной и методической литературы
Э9 курс в Moodle portal.edu.asu.ru
6.3. Перечень программного обеспечения
Windows 7 Professional, № 61848418 от 24.04.2013 (бессрочная);
Office 2010 Standart, № 61823557 от 22.04.2013 (бессрочная);
Python c расширениями PIL, Py OpenGL, https://docs.python.org/3/license.html
FAR, http://www.farmanager.com/license.php?l=ru
7-Zip, http://www.7-zip.org/license.txt
AcrobatReader, http://wwwimages.adobe.com/content/dam/Adobe/en/legal/servicetou/Acrobat_com_Additional_TOU-en_US-20140618_1200.pdf
GIMP, https://docs.gimp.org/2.8/ru/
Inkscape, https://inkscape.org/en/about/license/
Chrome; http://www.chromium.org/chromium-os/licenses
DjVu reader, http://djvureader.org/
6.4. Перечень информационных справочных систем
Профессиональные базы данных:
1. Электронная база данных «Scopus» (http://www.scopus.com);
2. Электронная библиотечная система Алтайского государственного университета (http://elibrary.asu.ru/);
3. Научная электронная библиотека elibrary (http://elibrary.ru)

7. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Аудитория Назначение Оборудование
Учебная аудитория для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска, мультимедийное оборудование стационарное или переносное)
417К лаборатория информационных технологий - компьютерный класс - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации Учебная мебель на 12 посадочных мест; рабочее место преподавателя; доска маркерная - 1 шт.; шкаф с учебно-наглядными пособиями - 1 шт.; компьютеры: марка Клама С Офис – 12; проектор, экран с мультимедиа Smart - 1 ед.; учебно-наглядные пособия.
Помещение для самостоятельной работы помещение для самостоятельной работы обучающихся Компьютеры, ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», доступом в электронную информационно-образовательную среду АлтГУ

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Для успешного освоения материала необходимо использовать электронный курс, доступный на едином образовательном портале университета по адресу
https://portal.edu.asu.ru/course/view.php?id=1011
Рекомендации по подготовке к лекционным занятиям
- перед очередной лекцией необходимо просмотреть по конспекту материал предыдущей лекции.
- бегло ознакомиться с содержанием очередной лекции по основным источникам литературы в соответствии с рабочей программой дисциплины;
- обратить особое внимание на сущность и графическое сопровождение основных рассматриваемых теоретических положений.
Рекомендации по подготовке к лабораторным работам
- руководствоваться графиком лабораторных работ РПД;
- накануне перед очередной работой необходимо по конспекту или в методических указаниях к работе просмотреть теоретический материал работы;
- на лабораторном занятии, выполнив разработку алгоритма и реализовав задание на языке высокого уровня, необходимо проанализировать окончательные результаты и убедится в их достоверности;
- обратить внимание на оформление отчета, в котором должны присутствовать: цель работы, описание алгоритма, журнал опытных данных, реализация в опыте, цели работы, необходимые графические зависимости (при их наличии) и их анализ, результаты работы и выводы;
- при подготовке к отчету руководствоваться вопросами, приведенными в методических указаниях к данной работе, тренажерами программ на ЭВМ по отчету работ и компьютерным учебником.
Рекомендации по подготовке к самостоятельной работе
- руководствоваться графиком самостоятельной работы;
- выполнять все плановые задания, выдаваемые преподавателем для самостоятельного выполнения, и разбирать на семинарах и консультациях неясные вопросы;
- подготовку к экзамену необходимо проводить по экзаменационным теоретическим вопросам
- при подготовке к экзамену параллельно прорабатываете соответствующие теоретические и практические разделы курса, все неясные моменты фиксируйте и выносите на плановую консультацию.