圖像處理項目教程（微課版）

伍輝，副教授，46歲，湖北開放大學（湖北科技職業學院）人工智能技術應用專業負責人。2000年6月畢業於湖南大學，獲本科學歷、學士學位，2006年4月畢業於武漢郵電科學研究院，獲碩士研究生學歷、碩士學位。在中船重工集團第七0九研究所和烽火通信工作多年，有豐富的企業工作經驗，參與了3項國家級的光網絡科研項目以及多項大型研發項目。發表科研教研類論文多篇，主持參與多項研究課題，包括人工智能技術應用專業人才培養模式改革、產學研創新研究、工匠精神和現代學徒制等；獲微課教學比賽省級二等獎、國家三等獎；指導學生參加一帶一路金磚國家大賽全國一等獎，互聯網+創新創業大賽省級金獎、國家銅獎，職業技能大賽獲得全國二等獎等。參與全省職業院校課程標準研制，具有豐富的專業建設、教育教學的經驗。

項目一　搭建開發環境——圖像基礎　001

知識目標　001

技能目標　001

情景描述　001

知識準備　002

1.1　圖像處理　002

1.2　計算機視覺庫OpenCV　004

1.3　開發環境　007

1.4　圖像處理的基本流程　007

任務實現　008

任務1.1　下載並安裝Python　008

任務1.2　下載並安裝OpenCV　010

任務1.3　下載並安裝PyCharm　011

任務1.4　新建項目並配置環境　012

任務1.5　運行OpenCV的示例程序　014

提高與拓展　016

【提高】了解其他與圖像處理相關的庫　016

【拓展】2022年北京冬奧會上的人工智能　017

思考與練習　018

項目二　圖像打碼——圖像基本操作　019

知識目標　019

技能目標　019

情景描述　019

知識準備　020

2.1　圖像與視頻的基礎知識　020

2.2　圖像與視頻的讀取、顯示、寫入　026

2.3　NumPy的基本操作　031

2.4　圖像的基本操作　033

任務實現　042

任務2.1　對圖像局部進行遮擋　042

任務2.2　對圖像進行打碼　043

提高與拓展　044

【提高】隨機打碼算法　044

【拓展】ImageNet數據集　044

思考與練習　045

項目三　照片美化——圖像變換　047

知識目標　047

技能目標　047

情景描述　047

知識準備　048

3.1　圖像的幾何變換　049

3.2　圖像濾波　054

3.3　圖像的形態變換　064

任務實現　069

任務　圖像變換　069

提高與拓展　070

【提高】更多美化效果　070

【拓展】眼見不一定為實——視錯覺現象　072

思考與練習　073

項目四　簡易畫圖板——圖形用戶界面　075

知識目標　075

技能目標　075

情景描述　075

知識準備　076

4.1　窗口的操作　076

4.2　繪制圖形　079

4.3　鼠標交互　084

4.4　滑動條　086

任務實現　088

任務4.1　在窗口中隨著鼠標指針移動的軌跡繪圖　089

任務4.2　右擊清空畫圖板　089

提高與拓展　090

【提高】用滑動條設置畫筆的粗細　090

【拓展】我國的人工智能產業簡介　092

思考與練習　092

項目五　圖像融合——直方圖與圖像金字塔　094

知識目標　094

技能目標　094

情景描述　094

知識準備　095

5.1　直方圖　095

5.2　計算和繪制直方圖　097

5.3　直方圖的應用　101

5.4　圖像金字塔　105

5.5　圖像金字塔的構造　106

5.6　圖像金字塔的應用　109

任務實現　112

任務5.1　直方圖均衡化　112

任務5.2　用圖像金字塔實現圖像融合　113

提高與拓展　114

【提高】色彩均衡　114

【拓展】圖像縮放攻擊　116

思考與練習　116

項目六　圖像換背景——圖像分割　118

知識目標　118

技能目標　118

情景描述　118

知識準備　119

6.1　閾值處理　119

6.2　邊緣檢測　126

6.3　分水嶺算法　127

6.4　交互式前景提取　132

任務實現　136

任務6.1　選取合適的圖像分割方法進行圖像分割　136

任務6.2　更換背景　137

提高與拓展　138

【提高】鼠標交互的前景提取　138

【拓展】無人駕駛技術中的道路標誌檢測　140

思考與練習　142

項目七　物品自動計數——圖像輪廓　144

知識目標　144

技能目標　144

情景描述　144

知識準備　144

7.1　查找並繪制輪廓　145

7.2　輪廓的外包　148

7.3　輪廓的特征　155

7.4　輪廓的高級屬性　156

任務實現　157

任務7.1　根據顏色分割圖像　158

任務7.2　查找圖像中的輪廓　158

任務7.3　判別輪廓形狀是否為圓　159

任務7.4　在圓心處標序號並計數　160

提高與拓展　161

【提高】輪廓的特征矩　161

【拓展】可以挑戰專業畫師的AI繪畫　162

思考與練習　163

項目八　全景照片拼接——圖像特征點　165

知識目標　165

技能目標　165

情景描述　165

知識準備　166

8.1　特征點的含義　166

8.2　角點檢測　167

8.3　特征匹配　175

8.4　霍夫變換　181

任務實現　185

任務8.1　特征點檢測　185

任務8.2　特征匹配　186

任務8.3　對第二張圖像進行透視變換　186

任務8.4　圖像拼接　187

提高與拓展　188

【提高】無縫拼接　188

【拓展】VR技術下的《清明上河圖》，帶你“穿越”回千年前的汴京　189

思考與練習　190

項目九　人臉識別考勤程序——人臉檢測與人臉識別　192

知識目標　192

技能目標　192

情景描述　192

知識準備　194

9.1　人臉檢測　194

9.2　人臉識別　202

任務實現　208

任務9.1　用攝像頭采集人臉圖像　209

任務9.2　人臉識別考勤　210

提高與拓展　211

【提高】HOG特征檢測器與行人檢測　211

【拓展】這個大學的男生、女生的“平均臉”長這樣　213

思考與練習　215