Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Elektryczny - Teleinformatyka (S1)

Sylabus przedmiotu Przetwarzanie i kompresja obrazów:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Teleinformatyka
Forma studiów studia stacjonarne Poziom pierwszego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta inżynier
Obszary studiów nauk technicznych, studiów inżynierskich
Profil ogólnoakademicki
Moduł
Przedmiot Przetwarzanie i kompresja obrazów
Specjalność przedmiot wspólny
Jednostka prowadząca Katedra Przetwarzania Sygnałów i Inżynierii Multimedialnej
Nauczyciel odpowiedzialny Krzysztof Okarma <Krzysztof.Okarma@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele Mateusz Tecław <Mateusz.Teclaw@zut.edu.pl>
ECTS (planowane) 4,0 ECTS (formy) 4,0
Forma zaliczenia egzamin Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
wykładyW3 30 2,50,62egzamin
laboratoriaL3 15 1,50,38zaliczenie

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Znajomość matematyki w zakresie umożliwiającym wykorzystywanie operacji na macierzach.
W-2Umiejętność wykorzystywania środowisk obliczeń numerycznych (MathCad, Matlab).
W-3Znajomość podstaw programowania strukturalnego.

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Zapoznanie studentów z algorytmami i technikami przetwarzania obrazów, a także przetwarzania danych, w szczególności ich kompresji ze szczególnym uwzględnieniem metod kompresji obrazów.
C-2Ukształtowanie umiejętności implementacji prostych algorytmów przetwarzania obrazów w wybranym środowisku

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
laboratoria
T-L-1Liniowa filtracja obrazów4
T-L-2Operacje arytmetyczne, logiczne i geometryczne na obrazie, zniekształcanie obrazów3
T-L-3Binaryzacja, operacje morfologiczne.3
T-L-4Nieliniowa filtracja obrazów2
T-L-5Przetwarzanie obrazów kolorowych - filtracja, kompresja, redukcja liczby kolorów3
15
wykłady
T-W-1Obraz cyfrowy – klasy, reprezentacja, przekształcenia obrazów. Operacje arytmetyczne i logiczne na obrazach cyfrowych. Przekształcenia geometryczne, zapis macierzowy. Zniekształcanie obrazów cyfrowych. Przekształcenie afiniczne, odwzorowanie dwuliniowe, morphing.4
T-W-2Lokalna obróbka oraz filtracja obrazów (pojęcie maski filtru, filtry dolnoprzepustowe, górnoprzepustowe, krawędziowe, konturowe, medianowe). Metody częstotliwościowe przetwarzania obrazu (pojęcie dwuwymiarowej transformacji Fouriera, widmo obrazu cyfrowego, filtracja w dziedzinie częstotliwości).4
T-W-3Akwizycja obrazów cyfrowych. Modele barw. Metody redukcji liczby barw.3
T-W-4Techniki przetwarzania obrazów kolorowych2
T-W-5Histogram i operacje na histogramie. Binaryzacja. Przekształcenia morfologiczne obrazów binarnych (erozja, dylatacja, otwarcie, zamknięcie, ścienianie, pogrubianie, SKIZ), alfabet Golay’a.3
T-W-6Algorytmy stratne i bezstratne kompresji danych. Kodowanie Shannona-Fano. Kodowanie Huffmana. Kodowanie typu Run-Length. Struktury danych stosowane w algorytmach kompresji. Kodowanie delta i metoda LPC (liniowe kodowanie predykcyjne). Kodowanie słownikowe. Kodowanie arytmetyczne. Standardy LZ77, LZ78 i LZW.6
T-W-7Kodowanie danych multimedialnych. Dyskretna transformacja cosinusowa (DCT) i jej zastosowanie do kompresji obrazów. Algorytm JPEG. Kompresja obrazów ruchomych – standardy Motion JPEG i MPEG oraz ich modyfikacje.4
T-W-8Algorytmy stosowane w kompresji dźwięku i mowy. Przegląd standardów zapisu plików graficznych i dźwiękowych. Standardy kodowania sygnałów wideo. Wykorzystanie algorytmów kompresji do transmisji danych przez Internet. Wpływ algorytmu i stopnia kompresji stratnej obrazów i sekwencji wideo na ich jakość.4
30

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
laboratoria
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach15
A-L-2Przygotowanie teoretyczne do ćwiczeń laboratoryjnych.15
A-L-3Dokończenie ćwiczeń (zadania domowe)15
45
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach30
A-W-2Uzupełnienie wiedzy z literatury.20
A-W-3Przygotowanie do egzaminu.20
A-W-4Konsultacje z wykładowcą.5
75

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1podająca - wykład informacyjny
M-2programowana - z użyciem komputera
M-3praktyczna - ćwiczenia laboratoryjne

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: egzamin testowy
S-2Ocena podsumowująca: końcowe zaliczenie laboratorium

Zamierzone efekty kształcenia - wiedza

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
TI_1A_C08_W01
Student ma wiedzę w zakresie wybranych działów matematyki niezbędną do opisu, analizy i stosowania algorytmów przetwarzania obrazów oraz kompresji danych oraz zna narzędzia informatyczne stosowane do tych celów
TI_1A_W01T1A_W01, T1A_W03, T1A_W07C-1T-W-3, T-W-6, T-W-5, T-W-4, T-W-7, T-W-8, T-W-2, T-W-1M-1S-1

Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
TI_1A_C08_U01
Student potrafi wykorzystać poznane algorytmy przetwarzania sygnałów i obrazów oraz techniki kompresji danych stosując odpowiednie narzędzia sprzętowe i programowe
TI_1A_U01, TI_1A_U15T1A_U01, T1A_U02, T1A_U05, T1A_U08, T1A_U09, T1A_U13InzA_U01, InzA_U02C-2T-L-2, T-L-3, T-L-4, T-L-5, T-L-1M-2, M-3S-2

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
TI_1A_C08_W01
Student ma wiedzę w zakresie wybranych działów matematyki niezbędną do opisu, analizy i stosowania algorytmów przetwarzania obrazów oraz kompresji danych oraz zna narzędzia informatyczne stosowane do tych celów
2,0
3,0Student ma wiedzę w zakresie wybranych działów matematyki niezbędną do opisu, analizy i stosowania algorytmów przetwarzania obrazów oraz kompresji danych oraz zna narzędzia informatyczne stosowane do tych celów
3,5
4,0
4,5
5,0

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
TI_1A_C08_U01
Student potrafi wykorzystać poznane algorytmy przetwarzania sygnałów i obrazów oraz techniki kompresji danych stosując odpowiednie narzędzia sprzętowe i programowe
2,0
3,0Student potrafi wykorzystać poznane algorytmy przetwarzania sygnałów i obrazów oraz techniki kompresji danych stosując odpowiednie narzędzia sprzętowe i programowe
3,5
4,0
4,5
5,0

Literatura podstawowa

  1. Tadeusiewicz R., Korohoda P., Komputerowa analiza i przetwarzanie obrazów., Wydawnictwo FPT., Kraków, 1997
  2. Nelson M., The Data Compression Book., IDG Books Worldwide, Inc., 2000
  3. Przelaskowski A., Kompresja danych: podstawy, metody bezstratne, kodery obrazów, Wydawnictwo BTC, Warszawa, 2005
  4. Pratt W., Digital Image Processing, John Wiley & Sons, Nowy Jork, 2001, 3

Literatura dodatkowa

  1. Yun Q. Shi, Huifang Sun, Image and Video Compression for Multimedia Engineering - Fundamentals, Algorithms and Standards, CRC Press, 2000

Treści programowe - laboratoria

KODTreść programowaGodziny
T-L-1Liniowa filtracja obrazów4
T-L-2Operacje arytmetyczne, logiczne i geometryczne na obrazie, zniekształcanie obrazów3
T-L-3Binaryzacja, operacje morfologiczne.3
T-L-4Nieliniowa filtracja obrazów2
T-L-5Przetwarzanie obrazów kolorowych - filtracja, kompresja, redukcja liczby kolorów3
15

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Obraz cyfrowy – klasy, reprezentacja, przekształcenia obrazów. Operacje arytmetyczne i logiczne na obrazach cyfrowych. Przekształcenia geometryczne, zapis macierzowy. Zniekształcanie obrazów cyfrowych. Przekształcenie afiniczne, odwzorowanie dwuliniowe, morphing.4
T-W-2Lokalna obróbka oraz filtracja obrazów (pojęcie maski filtru, filtry dolnoprzepustowe, górnoprzepustowe, krawędziowe, konturowe, medianowe). Metody częstotliwościowe przetwarzania obrazu (pojęcie dwuwymiarowej transformacji Fouriera, widmo obrazu cyfrowego, filtracja w dziedzinie częstotliwości).4
T-W-3Akwizycja obrazów cyfrowych. Modele barw. Metody redukcji liczby barw.3
T-W-4Techniki przetwarzania obrazów kolorowych2
T-W-5Histogram i operacje na histogramie. Binaryzacja. Przekształcenia morfologiczne obrazów binarnych (erozja, dylatacja, otwarcie, zamknięcie, ścienianie, pogrubianie, SKIZ), alfabet Golay’a.3
T-W-6Algorytmy stratne i bezstratne kompresji danych. Kodowanie Shannona-Fano. Kodowanie Huffmana. Kodowanie typu Run-Length. Struktury danych stosowane w algorytmach kompresji. Kodowanie delta i metoda LPC (liniowe kodowanie predykcyjne). Kodowanie słownikowe. Kodowanie arytmetyczne. Standardy LZ77, LZ78 i LZW.6
T-W-7Kodowanie danych multimedialnych. Dyskretna transformacja cosinusowa (DCT) i jej zastosowanie do kompresji obrazów. Algorytm JPEG. Kompresja obrazów ruchomych – standardy Motion JPEG i MPEG oraz ich modyfikacje.4
T-W-8Algorytmy stosowane w kompresji dźwięku i mowy. Przegląd standardów zapisu plików graficznych i dźwiękowych. Standardy kodowania sygnałów wideo. Wykorzystanie algorytmów kompresji do transmisji danych przez Internet. Wpływ algorytmu i stopnia kompresji stratnej obrazów i sekwencji wideo na ich jakość.4
30

Formy aktywności - laboratoria

KODForma aktywnościGodziny
A-L-1Uczestnictwo w zajęciach15
A-L-2Przygotowanie teoretyczne do ćwiczeń laboratoryjnych.15
A-L-3Dokończenie ćwiczeń (zadania domowe)15
45
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach30
A-W-2Uzupełnienie wiedzy z literatury.20
A-W-3Przygotowanie do egzaminu.20
A-W-4Konsultacje z wykładowcą.5
75
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaTI_1A_C08_W01Student ma wiedzę w zakresie wybranych działów matematyki niezbędną do opisu, analizy i stosowania algorytmów przetwarzania obrazów oraz kompresji danych oraz zna narzędzia informatyczne stosowane do tych celów
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówTI_1A_W01Ma wiedzę z matematyki w zakresie obejmującym algebrę, analizę matematyczną, rachunek prawdopodobieństwa, metod numerycznych oraz matematyki dyskretnej niezbędne do opisu, analizy i stosowania: - algorytmów przetwarzania sygnałów, - algorytmów kompresji danych, - modeli ruchu w sieciach teleinformatycznych, - podstawowych obwodów elektrycznych i elektronicznych, oraz zna narzędzia informatyczne wykorzystywane do tych celów.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT1A_W01ma wiedzę z zakresu matematyki, fizyki, chemii i innych obszarów właściwych dla studiowanego kierunku studiów przydatną do formułowania i rozwiązywania prostych zadań z zakresu studiowanego kierunku studiów
T1A_W03ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów
T1A_W07zna podstawowe metody, techniki, narzędzia i materiały stosowane przy rozwiązywaniu prostych zadań inżynierskich z zakresu studiowanego kierunku studiów
Cel przedmiotuC-1Zapoznanie studentów z algorytmami i technikami przetwarzania obrazów, a także przetwarzania danych, w szczególności ich kompresji ze szczególnym uwzględnieniem metod kompresji obrazów.
Treści programoweT-W-3Akwizycja obrazów cyfrowych. Modele barw. Metody redukcji liczby barw.
T-W-6Algorytmy stratne i bezstratne kompresji danych. Kodowanie Shannona-Fano. Kodowanie Huffmana. Kodowanie typu Run-Length. Struktury danych stosowane w algorytmach kompresji. Kodowanie delta i metoda LPC (liniowe kodowanie predykcyjne). Kodowanie słownikowe. Kodowanie arytmetyczne. Standardy LZ77, LZ78 i LZW.
T-W-5Histogram i operacje na histogramie. Binaryzacja. Przekształcenia morfologiczne obrazów binarnych (erozja, dylatacja, otwarcie, zamknięcie, ścienianie, pogrubianie, SKIZ), alfabet Golay’a.
T-W-4Techniki przetwarzania obrazów kolorowych
T-W-7Kodowanie danych multimedialnych. Dyskretna transformacja cosinusowa (DCT) i jej zastosowanie do kompresji obrazów. Algorytm JPEG. Kompresja obrazów ruchomych – standardy Motion JPEG i MPEG oraz ich modyfikacje.
T-W-8Algorytmy stosowane w kompresji dźwięku i mowy. Przegląd standardów zapisu plików graficznych i dźwiękowych. Standardy kodowania sygnałów wideo. Wykorzystanie algorytmów kompresji do transmisji danych przez Internet. Wpływ algorytmu i stopnia kompresji stratnej obrazów i sekwencji wideo na ich jakość.
T-W-2Lokalna obróbka oraz filtracja obrazów (pojęcie maski filtru, filtry dolnoprzepustowe, górnoprzepustowe, krawędziowe, konturowe, medianowe). Metody częstotliwościowe przetwarzania obrazu (pojęcie dwuwymiarowej transformacji Fouriera, widmo obrazu cyfrowego, filtracja w dziedzinie częstotliwości).
T-W-1Obraz cyfrowy – klasy, reprezentacja, przekształcenia obrazów. Operacje arytmetyczne i logiczne na obrazach cyfrowych. Przekształcenia geometryczne, zapis macierzowy. Zniekształcanie obrazów cyfrowych. Przekształcenie afiniczne, odwzorowanie dwuliniowe, morphing.
Metody nauczaniaM-1podająca - wykład informacyjny
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: egzamin testowy
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student ma wiedzę w zakresie wybranych działów matematyki niezbędną do opisu, analizy i stosowania algorytmów przetwarzania obrazów oraz kompresji danych oraz zna narzędzia informatyczne stosowane do tych celów
3,5
4,0
4,5
5,0
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaTI_1A_C08_U01Student potrafi wykorzystać poznane algorytmy przetwarzania sygnałów i obrazów oraz techniki kompresji danych stosując odpowiednie narzędzia sprzętowe i programowe
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówTI_1A_U01Wykorzystuje wiedzę matematyczną i stosuje odpowiednie narzędzia informatyczne do: - opisu, analizy i syntezy algorytmów przetwarzania sygnałów, - opisu, analizy i syntezy algorytmów szyfrowania i kompresji danych, - opisu i analizy i modeli ruchu w sieciach teleinformatycznych, - opisu, analizy i syntezy podstawowych obwodów elektrycznych i elektronicznych.
TI_1A_U15Potrafi dokonać analizy i syntezy sygnałów oraz prostych systemów przetwarzania sygnałów, w szczególności cyfrowych, stosując odpowiednie narzędzia sprzętowe i programowe.
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT1A_U01potrafi pozyskiwać informacje z literatury, baz danych oraz innych właściwie dobranych źródeł, także w języku angielskim lub innym języku obcym uznawanym za język komunikacji międzynarodowej w zakresie studiowanego kierunku studiów; potrafi integrować uzyskane informacje, dokonywać ich interpretacji, a także wyciągać wnioski oraz formułować i uzasadniać opinie
T1A_U02potrafi porozumiewać się przy użyciu różnych technik w środowisku zawodowym oraz w innych środowiskach
T1A_U05ma umiejętność samokształcenia się
T1A_U08potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
T1A_U09potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne
T1A_U13potrafi dokonać krytycznej analizy sposobu funkcjonowania i ocenić - zwłaszcza w powiązaniu ze studiowanym kierunkiem studiów - istniejące rozwiązania techniczne, w szczególności urządzenia, obiekty, systemy, procesy, usługi
Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraInzA_U01potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
InzA_U02potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne
Cel przedmiotuC-2Ukształtowanie umiejętności implementacji prostych algorytmów przetwarzania obrazów w wybranym środowisku
Treści programoweT-L-2Operacje arytmetyczne, logiczne i geometryczne na obrazie, zniekształcanie obrazów
T-L-3Binaryzacja, operacje morfologiczne.
T-L-4Nieliniowa filtracja obrazów
T-L-5Przetwarzanie obrazów kolorowych - filtracja, kompresja, redukcja liczby kolorów
T-L-1Liniowa filtracja obrazów
Metody nauczaniaM-2programowana - z użyciem komputera
M-3praktyczna - ćwiczenia laboratoryjne
Sposób ocenyS-2Ocena podsumowująca: końcowe zaliczenie laboratorium
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0
3,0Student potrafi wykorzystać poznane algorytmy przetwarzania sygnałów i obrazów oraz techniki kompresji danych stosując odpowiednie narzędzia sprzętowe i programowe
3,5
4,0
4,5
5,0