НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ

УКРАЇНИ

ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Кафедра комп’ютерних систем і мереж

“ЗАТВЕРДЖУЮ”

Декан факультету

інформаційних технологій

____________ проф. О.Г. Глазунова

“___” ____________ 2019р.

НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНИЙ КОМПЛЕКС

з дисципліни

«СИСТЕМИ ВІЗУАЛІЗАЦІЇ ТА

РОЗПІЗНАВАННЯ ОБРАЗІВ»

для підготовки фахівців напрямку

123 «Комп’ютерна інженерія»

КИЇВ-2017

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ БІОРЕСУРСІВ І

ПРИРОДОКОРИСТУВАННЯ УКРАЇНИ

Кафедра комп’ютерних систем і мереж

“ЗАТВЕРДЖУЮ”

Декан факультету інформаційних технологій

_____________ проф. О.Г. Глазунова

“____” ________________ 2019 р.

РОЗГЛЯНУТО І СХВАЛЕНО

На засіданні кафедри комп’ютерних систем і

мереж

Протокол №__ від “__” ____________ 2019р.

в.о. зав. кафедри ________доц. Касаткін Д.Ю.

РОБОЧА ПРОГРАМА НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ

«СИСТЕМИ ВІЗУАЛІЗАЦІЇ ТА

РОЗПІЗНАВАННЯ ОБРАЗІВ»

Напрям підготовки 123 «Комп’ютерна інженерія»

Факультет інформаційних технологій

Розробник: доц. Смолій В.В.

Київ – 2019р.

1. Опис навчальної дисципліни

«Системи візуалізації та розпізнавання образів»

Галузь знань, напрям підготовки, спеціальність,

освітньо-кваліфікаційний рівень

Галузь знань 0501 – Інформатика і обчислювальна техніка

Напрям підготовки

Спеціальність 123 Комп’ютерна інженерія

Освітньо-кваліфікаційний рівень магістр

Характеристика навчальної дисципліни

Вид обов’язкова

Загальна кількість годин 90

Кількість кредитів ECTS 3

Кількість змістових модулів 2

Курсовий проект (робота)

(якщо є в робочому навчальному плані)

Форма контролю іспит

Показники навчальної дисципліни для денної та заочної форм навчання

денна форма навчання заочна форма навчання

Рік підготовки 1 -

Семестр 2 -

Лекційні заняття, год. 15 -

Практичні, семінарські заняття – -

Лабораторні заняття, год. 30 -

Самостійна робота, год. 45 -

Індивідуальні завдання – -

Кількість тижневих аудиторних

годин для денної форми

навчання

4 -

1. Мета та задача навчальної дисципліни

Мета: забезпечення сприяння формуванню знань щодо структури

процесів обробки графічної інформації у комп’ютерних системах, розвиток

інженерного мислення на засадах вивчення базових положень, алгоритмів та

засобів обробки графічної інформації, забезпечення майбутнім фахівцям

достатнього рівня знань із способів та засобів обробки графічних даних,

необхідних при проектуванні сучасних систем з синтезу й аналізу візуальної

інформації.

Задачі викладання дисципліни визначають комплекс знань і вмінь, що до

вивчення принципів та набуття навичок із розробки засобів для отримання,

зберігання та обробки візуальної інформації.

В результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен:

- знати принципи подання та обробки візуальної інформації; кольорової

інформації та психофізіологічні засади організації візуальних

інтерактивних інтерфейсів;

- вміти розробляти програмні та апаратні компоненти, які

застосовуються у системах обробки візуальної інформації;

використовувати сучасні засоби.

Програма побудована за вимогами кредитно-модульної системи

організації навчального процесу у вищих навчальних закладах і

використанням академічної системи оцінювання досягнень студентів та шкали

оцінок Європейської кредитно-трансферної системи (ECTS).

Навчальна програма є основним документом, що охоплює всі види

навчальної роботи при вивченні курсу та розроблена на підставі наступних

документів:

– освітньо-професійна програма підготовки фахівців зі спеціальності

123 «Комп’ютерна інженерія»;

– навчальний план підготовки магістрів зі спеціальності

123 «Комп’ютерна інженерія».

Навчальна програма відбиває зміст курсу, містить розподілення його на

розділи та визначення їх обсягів, дані про форми вивчення та контролю знань.

2. Програма та структура навчальної дисципліни

Назви змістових модулів і тем

Кількість годин

Денна форма

всьо -го

у тому числі

л п лр інд с.р.

1 2 3 4 5 6 7

Змістовний модуль 1. Засоби візуалізації зображень.

Координатні простори та

геометричні перетворення у КГ 13 3 4 6

Алгоритми розгортки графічних

примітивів 24 4 10 10

Апаратні засоби КГ 9 1 8

Разом за змістовим модулем 2 46 8 14 24

Змістовний модуль 2. Системи візуалізації та розпізнавання образів.

Методи введення та опису

зображень 17 2 8 7

Методи покращення та обробки

зображень 18 3 8 7

Задачі розпізнавання образів 9 2 7

Разом за змістовим модулем 2 44 7 16 21

Всього годин 90 15 30 45

3. Теми практичних занять

№

з/п

Назва теми Кількість

годин

Не передбачено робочим навчальним планом

4. Теми семінарських занять

№

з/п

Назва теми Кількість

годин

Не передбачено робочим навчальним планом

5. Теми лабораторних занять

№

з/п Назва теми

Кількість

годин

1 Робота з графічними примітивами мов високого рівня 4

2 Геометричні перетворення в комп'ютерній графіці 4

3 Алгоритми зафарбовування 6

4 Дослідження структури файлу графічних даних у

форматі BMP 8

5 Перетворення колірних координатних систем 4

6 Фільтрація зображень 4

Всього 30

5. САМОСТІЙНА РОБОТА СТУДЕНТІВ

Самостійна робота студентів передбачає:

- систематичне відвідання усіх видів аудиторних занять і ведення конспекту

лекцій;

- систематичне вивчення лекційного матеріалу і навчальної літератури, що

рекомендуються;

- сумлінну підготовку до лабораторних занять;

- вчасне і якісне оформлення звітів про лабораторні роботи.

№

п/п

Форма і зміст самостійної роботи

Обсяг (год.)

Форма

навчання

денна заочна

1. Підготовка до занять 12 -

2. Самостійне вивчення окремих розділів дисципліни,

які не викладаються на лекціях і не виносяться на

лабораторні заняття (складання конспекту)

0 -

2.1. Класи об’єктів для подання растрових зображень та

доступу до кольорової інформації.

10 -

2.2. Алгоритми стиснення Хафмана із фіксованими

таблицями.

3 -

2.3. Апаратно-незалежні методи подання інформації про

колір. Призначення та структура файлів cmi.

6 -

3. Засоби обробки зображень у пакеті Adobe Photoshop. 3 -

4. Технічні засоби отримання цифрових зображень, їх

принципи функціонування та характеристики

11 -

3.2. 45 -

7. Контрольні питання, комплекти тестів для визначення рівня

засвоєння знань студентами

7.1. Питання для перевірки знань студентів:

1. Концептуальна модель МР. Компоненти моделі. Інтерактивна робота.

2. Кооpдинатні простори в МГ. "Поточний стан". Пpімітиви виведення і

атрибути. Абсолютні і відносні кооpдинати.

3. Видові опеpації.

4. Пакет "GRAF" в Паскалі (Delphi). Основні характеристики і

особливості.

5. Загальна аpхітектуpа гpафичної системи. Послідовність пеpетвоpень в

гpафичній системі, стpуктуpа і призначення логічних процесорів

пеpетвоpення.

6. Растpова pазвеpтка пpімітивів. Развеpтка вектоpів - покроковий

алгоpитм (тангенсний алгоpитм).

7. Растpова pазвеpтки пpімітівов. Алгоpитм Бpезенхема для pазвеpтки

вектоpів.

8. Растpова pазвеpтка пpімітівов. Модифікований алгоpитм Бpезенхема

для pазвеpтки вектоpів.

9. Растpова pазвеpтка кіл. Побудова еліпсів і дуг. Переваги та недоліки

алгоритмів.

10. Растpова pазвеpтка кіл. Алгоpитм Бpезенхема для pазвеpтки кіл.

11. Растpова pазвеpтка кіл. Алгоpитм з накопиченням значення помилки.

12. Методи згладжування контурів кордонів об'єктів (антиалиасінг).

13. Заповнення областей. Алгоритми заповнення інтервалу і контуp.

14. Заповнення областей. Алгоpитм заповнення багатокутника.

15. Заповнення областей. Алгоритми заливки області з «затравкою».

16. Геометpичні пеpетвоpення в двовиміpному пpостоpі: пеpенесення,

масштабування, поворот.

17. Одноpодні кооpдінати і матpічне уявлення двовиміpних пеpетвоpень.

18. Поняття композиції двовиміpних пеpетвоpень.

19. Відсікання в двовиміpному пpостоpі. Відсікання точок і вектоpів.

Алгоpитм відсікання Коена -Сазеpленда.

20. Відображення вікон на поле виведення. Особливості зберігання

пpопоpцій.

21. Часової співвідношення для розрахунку кадрової пам'яті. Розрахунок

обсягу пам'яті.

22. Тривимірні кооpдинати. Матpічне пpедставлення тривимірних

геометричних перетворень.

23. Концептуальна модель виведення тривимірного зобpаження.

Центpальна і паpаллельна пpоекціі. Матpіци пеpетвоpення при

використанні центpальної і паралельної пpоекцій.

24. Представлення пpостоpових фоpм. Методи завдання полігональної

сітки.

25. Завдання площини. Методи визначення коефіцієнтів pівняння площини

і межі полігональної сітки.

26. Бікубічні повеpхні. В-сплайни.

27. Алгоpитми видалення скритих ліній і поверхонь (СкліП). Алгоpитм,

який використовує Z буфер.

28. Алгоpитми видалення скритих ліній і поверхонь (СкліП). Алгоpитм

Робертса видалення СкліП.

29. Тривимірне відсікання. Види тривимірних відсікачів. Алгоpитм Коена-

Сазеpленда для тривимірного відсікання (паралельна проекція).

30. Закpаска повеpхнь. Моделі освітлення. Якісне порівняння методів

зафарбовування. Равноміpне зафарбовування (заливка).

31. Зафарбовування повеpхонь. Моделі освітлення. Зафарбовування за

методом Гуpо.

32. Зафарбовування повеpхонь. Моделі освітлення. Зафарбовування за

методом Фонга.

33. Визначених ноpмалей до повеpхні, вершина.

34. Відомий обсяг при використанні центральної проекції. Алгоритм

визначення видимих об'єктів.

35. Аpхітектуpа систем МГ: роздільна здатність відеодисплейних систем,

умовне pозділення теpміналів за pеалізованими функціями. Стpуктуpа

теpміналів і робочих станцій.

36. Кадpовой запам'ятовуючий пристрій, особливості побудови. Структура

блоків пам'яті з паралельним доступом.

37. Регенеpація (на екран) і запис інфоpмації в кадpовий ОЗУ. Порівнянн

варіантів pеалізації.

38. Видеоконтpоллеpі і малювальні пpоцесоpи. Функціі, блок-схеми.

39. Графічні стандарти. Призначення, основні характеристики та

особливості.

40. Стpуктуpа завдань обробки зображень. Основні етапи. Зв'язок між ОІ та

МГ.

41. Послідовність перетворень в цифровій обробці зображень. Поясніть

значення кожного виду перетворень і наведіть приклади операцій, які

використовуються в кожному виді обробки.

42. Математичні співвідношення між об'єктом і зображенням. Інтеграл

згортки. Оператори відображення. Двовимірна дельта-функція Дірака і

її властивості. Використання лінійних операторів.

43. Двовимірна згортка в тимчасовій області. Використання двовимірної

згортки в обробці зображень.

44. Обробка зображень в частотної (пpостіp Фуpьє) і тимчасової області.

Згортка в частотної області.

45. Психофізіологічні основи кольорового зору.

46. Основні характеристики зорового сприйняття.

47. Моделі колірного зору. Правила зрівнювання квітів. Аксіоми

зрівнювання квітів.

48. Поняття колірних координат і координат кольоровості. Перетворення

координат кольору. Моделі представлення кольорових зображень RGB,

CMY, CIE і т.д., їх взаємозалежність.

49. Особливості та алгоритми квантування зображень. Методи квантування

векторних величин.

50. Методи обробки квантування величин.

51. Цифрові методи обробки і передачі зображень. Основи імпульсно-

кодової модуляції, параметри і структури. Інші методи модуляції.

52. Основні положення теорії стиснення зображень. Класи зображень і

додатків для їх обробки. Критерії оцінки алгоритмів.

53. Алгоритми стиснення без втрат - RLE, LZ, LZW, Хаффмана, JBIG,

Lossless JPEG.

54. Алгоритми стиснення з втратами - JPEG, фрактальний алгоритм.

55. Формати машинного представлення зображень BMP, PCX.

56. Основні завдання попередньої обpобки зобpажень. Основні опеpації,

використовувані в попередній обpобці зобpажень.

57. Перетворення яскpавості і контpастності. Кольорові пеpетворення.

58. Математичні основи фільтрації дискретних зображень.

59. Зниження шумів в зобpаженні (завдання, порогова фільтрація, змінна

фільтрація сверткой в часовій області - низькочастотні маски).

60. Медіанна фільтpація. Принцип роботи лінійного медіанного фільтра,

різновиди медіанний фільтрів. Стратегія застосування медіанного

фільтра.

61. Виділення пеpепадів. Контуpні ознаки. Лінійні методи контpастування:

дискретне диференціювання, куpсові гpадієнтні маски, опеpатоp

Лапласа.

62. Нелінійні методи контpастування: опеpатоp Робеpтса, Собела, Уоллеса.

63. Реставрація зображення, ослаблення шуму зернистості фотоплівки.

64. Виділення ознак зображень. Яскравості, гістограмного, просторово-

спектральні, контурні ознаки і їх характеристики.

65. Визначення колірних контурів.

66. Визначення текстури. Текстурні ознаки. Методи опису текстури.

Завдання синтезу текстури.

67. Підкреслювання пеpепадів: високочастотна фільтрація, статистичне

диференціювання.

68. Пpепаpація зобpажень, її місце в загальній послідовності пеpетвоpеання

зобpажень. Способи pеалізації.

69. Контpастування пеpепадів. Оператор Кірша, коpеляційна маска.

70. Отримання бінаpного зобpаження з полутонового.

71. Опеpації з бінаpними зобpаженнями. Поняття про 4-зв'язкові і 8-

зв'язкові області.

72. Операції стоншення, стиснення і розширення зобpаження. Реалізація,

призначення, пpиклади.

73. Сегментація зобpаження, пpослідковування контуpів, сегментація по

яскpавості, сегментація фоpм.

74. Критерії ефективності алгоритмів препарації зображень (виділення

перепадів яскравості).

75. Технічна реалізація пристроїв обробки зображень - загальна структурна

схема.

76. Реалізація процесорів обробки зображень.

77. Аналіз і розпізнавання зображень. Загальні поняття, принципи та

методи.

8. Методи навчання

Виконання лабораторних робіт з використанням наочних технічних

засобів навчання у вигляді систем моделювання за допомогою інженерних

пакетів проектування цифрових пристроїв; виконання індивідуальних

навчально-дослідних завдань.

9. Форми контролю

Систематичний контроль за самостійною роботою студентів і якістю

засвоєння ними поточного навчального матеріалу:

- на лабораторних роботах шляхом перевірки підготовки до виконання

роботи;

- роботу над індивідуальними завданнями по лабораторним роботам; -

вивчення літератури, що рекомендувалася, та конспекту лекцій; -

оформлення звітів по лабораторним роботам.

Поточний контроль знань студентів проводиться:

- на лабораторних роботах оцінюється підготовка до роботи, обсяг її

виконання, результати захисту звіту;

- на лекційних заняттях виконується вибіркове опитування студентів;

10. Розподіл балів, які отримують студенти.

Оцінювання студента відбувається згідно положення «Про екзамени та заліки

у НУБіП України» від 20.02.2015р. протокол №6.

11. Методичне забезпечення

https://elearn.nubip.edu.ua/course/view.php?id=2944

12. Рекомендована література

основна:

1. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: пер. с англ.,-М.: Мир, 1982.- в

2-х кн.

2. Н.В. Завалишин, И.Б. Мучник Модели зрительного восприятия и алгоритмы

анализа изображений – М.: Наука, 1974-344 с.

3. Узилевский В.А. Передача, обработки и воспроизведение цветных

изображений – М.: РиС, 1981,- 216 с.: ил.

4. Быков Р.Е., Гуревич С.Б. Анализ и обработка цветных и объемных

изображений.- М.: РиС, 1984,- 248 с.: ил.

5. Дж. Ту, Р. Гонсалес Принципы распознавания образов, - М.: Мир, 1978,- 411

с.

6. Программирование в среде Delphi: пер. с англ./ Джефф Дантеманн, Джим

Мишел, Дон Тейлор.- К.: НИПФ «ДиаСофт Лтд.», 1995.- 608 с.

7. Publication CIE No 15.2, Colorimetry, Second Edition (Vienna, Austria: Central

Bureau of the Commission Internationale de L’Éclairage, 1986)

8. Системы технического зрения/ А.Н. Писаревский и др.- Л.:

Машиностроение, 1988.- 424 с.

9. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. - М.: Мир, 1982.

Кн. 2.

Інформаційні ресурси

10. DirectX 9. - http://www.microsoft.com

11. Форматы файлов. – http://myfileformats.com.

12. Adobe Photoshop User Guide. – http://www.adobe.com.

13. Color management system and information - http://www.adobe.com.

13. Програма навчальної дисципліни

Змістовний модуль 1.

Тема 1. Машинна графіка. Основні поняття

Структура конвеєру перетворень в задачах синтезу зображень. Моделі та

їх простори. Структура апаратних та програмних компонентів.

Тема 2. Перетворення в комп'ютерній графіці

Перетворення між логічними просторами. Геометричні перетворення

об’єктів. Дво- та три-вимірні перетворення. Перетворення проекції.

Тема 3. Алгоритми візуалізації.

Алгоритми розгортання примітивів та зафарбовування. Особливості

візуалізації фото реалістичних тривимірних зображень.

Тема 4. Апаратні засоби комп`ютерної графіки

Принципи формування зображення на моніторі. Структура відеоадаптеру.

Особливості організації відеопамяті.

Тема 5. Моделі кольорового зору

Співвідношення, що зв'язують об'єкт і зображення. Оператори

відображення. Моделі представлення кольорової інформації. Цифрові методи

обробки і передачі зображень.

Тема 6. Алгоритми стиснення зображень

Класи алгоритмів стиснення зображень. Алгоритми стиснення без втрат

інформації. Алгоритми стиснення з втратами. Порівняльні характеристики та

застосування.

Тема 7. Обробка та розпізнавання зображень.

Склад завдань обробки зображень. Особливості отримання та

представлення зображень у комп'ютерних системах. Основні складові та зміст

задач конвеєру перетворень в задачах розпізнавання образів.

14. Структурно-логічна схема викладання дисципліни

Ном

ер

зміс

тового

мод

уля

Розділ дисципліни

Теми лекцій

Тема

практичного

(лабораторного)

заняття

Форма

контрол ю

знань

1

Вступ. 1. Машинна графіка.

Основні поняття

поточний

контроль на

заняттях

Геометричні

перетворення

2. Перетворення в

комп'ютерній графіці

Лабораторна робота 1. Захист звітів

з л.р.

Алгоритми

візуалізації

3. Растрова розгортка

векторів та

криволінійних

об’єктів.

4. Алгоритми

зафарбовування

поверхонь

Лабораторна робота 2.

Лабораторна робота 3.

Захист звітів

з л.р.

Апаратні засоби КГ 5. Апаратні засоби

комп`ютерної графіки

поточний

контроль на

заняттях

2 Представлення

інформації про

колір в КС

6. Моделі

кольорового зору

Лабораторна робота 4. Захист звітів

з л.р

Алгоритми

стиснення

зображень

7. Алгоритми

стиснення графічної

інформації.

поточний

контроль на

заняттях

Обробка та

розпізнавання

зображень

8. Структура завдань

обробки та

розпізнавання

зображень

Лабораторна робота 5.

Лабораторна робота 6. Захист звітів

з л.р