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图形图像处理与现代模式识别综合实验教程 “图形图像处理与现代模式识别综合实验”是一门综合性的硕士研究生实验课程,主要针对信 息与通信工程等相关学科的硕士研究生。开设研究生综合实验课程是一件新生事物,有利于研究生 教育的课程学习阶段与课题研究阶段的衔接,有利于研究生扩展知识面和提高综合应用的实践能力 及创新能力。 本实验教材在结构上分为单元实验和综合实验两部分。单元实验部分主要针对相应的课程,而 综合实验部分着重培养学生的综合应用能力和创新能力。在内容设计上,具有开放性、综合性高的 特点,为师生构建了良好的教、学平台,使学生加深对图形图像处理和现代模式识别的基本理论、 方法的理解,具备相关领域的基础实践能力和技能。
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研究生教材
图形图像处理与现代模式识别
综合实验教程
郝建新、邹焕新、汤晓安、刘 方、余 莉 编著
前 言
图形图像处理与现代模式识别是信息处理科学的重要内容,涉及的理论、方法及算法十分丰富,
要理解和掌握好这些知识,实践是非常重要的环节。不仅要学习图形处理与显示、图像分析与处理、
现代模式识别等方面的基础理论、基本方法、算法原理,更重要的是要综合运用这些理论、方法和
算法来分析和解决实际问题。
“图形图像处理与现代模式识别综合实验”是一门综合性的硕士研究生实验课程,主要针对信
息与通信工程等相关学科的硕士研究生。开设研究生综合实验课程是一件新生事物,有利于研究生
教育的课程学习阶段与课题研究阶段的衔接,有利于研究生扩展知识面和提高综合应用的实践能力
及创新能力。
本实验教材在结构上分为单元实验和综合实验两部分。单元实验部分主要针对相应的课程,而
综合实验部分着重培养学生的综合应用能力和创新能力。在内容设计上,具有开放性、综合性高的
特点,为师生构建了良好的教、学平台,使学生加深对图形图像处理和现代模式识别的基本理论、
方法的理解,具备相关领域的基础实践能力和技能。
在编写过程中,得到了院、系领导的支持和同志们的帮助,表示衷心感谢。
由于时间仓促,书中难免有错误和不妥,敬请批评指正。
编 者
2009 年 8 月
1
目 录
绪 论 ....................................................... 1
1 图形图像处理与现代模式识别综合实验课程的作用 ........................ 1
2 本综合实验课程教学的目的和要求 ...................................... 1
3 本实验课程实验单元及项目的组织与要求 ................................ 2
4 实验平台与主要实验设备简介 .......................................... 2
第一章 数字图像采集 .......................................... 4
1.1 图像获取实验 ....................................................... 4
1.2 不同传感器成像特性差异性、互补性分析实验 .......................... 10
1.3 地面可视环境信息获取实验 .......................................... 14
第二章 图像增强与图像恢复算法分析与设计 ..................... 16
2.1 图像灰度变换实验 .................................................. 16
2.2 图像平滑与锐化实验 ................................................ 18
2.3 散焦模糊图像的恢复实验 ............................................ 23
第三章 图像变换和图像数据压缩方案设计与实现 ................. 26
3.1 图像傅立叶变换与应用实验 .......................................... 26
3.2
图像数据压缩实验 .................................................. 28
第四章 特征提取与选择 ....................................... 33
4.1 基于类别可分性判据实验 ............................................ 33
4.2 分支定界法(BAB 算法)实验 ......................................... 36
4.3 离散 K-L 变换实验 .................................................. 38
第五章 模式分类技术的实现与分析 .............................. 42
5.1 ISODATA(迭代自组织数据分析)算法实验 ............................... 42
5.2
H-K(HO-KASHYAP)算法实验........................................... 45
2
5.3 BAYES 分类器实验 ................................................... 48
5.4 句法模式识别实验 .................................................. 50
5.5 模糊 C-均值算法(FCM)实验 ......................................... 52
第六章 图像基础融合算法的分析与实现 .......................... 57
6.1 多源图像特性对比与图像融合增强实验 ................................ 57
6.2 多源图像配准实验 .................................................. 61
6.3 多源图像特征融合提取实验 .......................................... 64
6.4 多源图像融合性能评估实验 .......................................... 67
第七章 图形生成处理及人机交互的设计与实现 .................... 70
7.1 曲线与曲面的生成实验 .............................................. 70
7.2 军标符号的生成与控制实验 .......................................... 74
7.3 真实感图形生成与人机交互实验 ...................................... 78
第八章 信息可视化 ............................................ 83
8.1 地理信息可视化实验 ................................................ 83
8.2 复杂场景的建模与绘制实验 .......................................... 86
8.3
电磁环境可视化实验 ................................................ 88
第九章 综合实验 .............................................. 92
9.1 生物特征提取与识别系统设计综合实验 ................................ 92
9.2 多时相遥感图像变化检测综合实验 .................................... 94
9.3 复杂战场环境建模、仿真与推演综合实验 .............................. 97
1
绪 论
1 图形图像处理与现代模式识别综合实验课程的作用
随着高等教育以及现代科学技术的不断发展,对人才培养提出了更高的要求,不但要求学生具
有较强的理论功底,还要求学生具有较强的观察能力、分析能力、操作能力、思维能力、自学能力
及科研创新能力。特别是在研究生教育中,更注重学生的基础理论知识、综合应用能力与创新能力
的培养,而研究生的综合实验训练是研究生综合应用能力与创新能力培养不可缺少的环节。
“图形图像处理与现代模式识别” 是一门综合性的硕士研究生实验课程,主要针对以下学科、
方向的硕士研究生:信息与通信工程、电子科学与技术、摄影测量与遥感等学科,重点支持图形与
图像处理技术、计算机视觉与智能信息处理、信息处理与信息系统技术、数字摄影测量、遥感信息
处理、地理空间信息处理等研究方向。
其内容涉及信息与通信工程等相关学科研究生的多门主干课程:现代模式识别、数字图像分析、
计算机图形学及应用等。这些课程的特点是理论性强,算法多,内容丰富且更新快。相关的基础理
论知识、算法原理及实现方法仅通过课堂教学和阅读资料是难以深刻理解和掌握的,有必要通过一
些针对性强的单元实验和综合实验项目的训练,结合具体的实际问题进行分析与处理,加强对课程
内容、算法原理及具体实现方法的理解与掌握,提高综合运用信息与通信工程基础理论及相关学科
知识解决工程实际问题的能力。
开设研究生实验课程有利于研究生教育的课程学习阶段与课题研究阶段的衔接,有利于本学科
相关研究方向的研究生扩展知识面,提高独立分析问题和解决问题的实践能力及创新能力,为进入
课题研究阶段打下良好的基础。
2 本综合实验课程教学的目的和要求
“图形图像处理与现代模式识别” 综合实验课程主要针对课程学习阶段后期的研究生,是本学
科多门主干课程教学内容的延伸,注重研究生综合运用相关课程的基础理论知识与算法原理、结合
实际问题开展研究的实践能力的培养。本课程教学的目的是:在本学科多门主干课程课堂教学的基
础上,针对具体的实际问题,通过单元实验和综合实验项目的训练,加深对主干课程教学内容的理
解,掌握科学实验的方法,增强本门学科知识综合应用的实践能力和创新能力。
本实验课程的单元实验和综合实验项目主要是关于图形处理、数字图像分析与处理、现代模式
识别等方面的基础理论和各种算法的分析理解及设计实现的训练。要求学生在实验前认真理解实验
项目的内容、要求和算法原理,结合具体问题提出实验步骤和算法实现方案;在实验过程中正确建
立所做实验项目的开发环境及算法实现平台,认真设计相关算法实现的步骤和程序,并做好实验过
程数据和结果的记录;完成实验后详细分析实验项目各步骤的过程数据及实验结果,撰写规范的实
验报告,并解答实验项目的思考题。
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