Цифровая обработка сигналов и изображений

УТВЕРЖДАЮ
директор ИК ТПУ
__________ С.А. Байдали
«___»_____________2016 г.


БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Цифровая обработка сигналов и изображений

Направление ООП 010400 «Прикладная математика и информатика»

Профиль подготовки Математическое моделирование

Квалификация (степень) магистр
Базовый учебный план приема 2016 г.
Курс_2_ семестр _3___
Количество кредитов _6_____
Код дисциплины________

Виды учебной деятельности	Временной ресурс по очной форме обучения
Лекции, ч	24
Практические занятия, ч	24
Лабораторные занятия, ч	16
Аудиторные занятия, ч	64
Самостоятельная работа, ч	152
ИТОГО, ч	216

Вид промежуточной аттестации __экзамен___

Обеспечивающее подразделение кафедра ПИ ИК

Заведующий кафедрой_______________ Иванов М.А.

^(ФИО)
Руководитель ООП __________________ Берестнева О.Г.
^(ФИО)
Преподаватель ___________________ Степанов Д.Ю.
^(ФИО)
2016 г.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Цели освоения дисциплины: формирование у обучающихся теоретической базы к проведению научных исследований и получению новых научных и прикладных результатов в области цифровой обработки данных (Ц1), формирование навыков по определению и решению прикладных задач математического моделирования объектов и явлений (Ц2), подготовка к применению полученных профессиональных знаний при выборе и обосновании эффективных методов достижения результатов (Ц3).
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Дисциплина «Цифровая обработка сигналов и изображений» относится к вариативной части профессионального цикла и входит в профиль «Математическое моделирование». Дисциплине «Цифровая обработка сигналов и изображений» предшествует освоение дисциплин:

• 
  Математический анализ;
  
• 
  Информатика;
  
• 
  Теория вероятностей и математическая статистика;
  
• 
  Практикум на ЭВМ.
  

Дисциплина рассчитана на обучающихся, обладающих знаниями в области теории функций, комплексного анализа, интегрального и дифференциального исчислений, владеющих методами моделирования детерминированных и случайных последовательностей, имеющих опыт работы в математических пакетах.

3. Результаты освоения дисциплины

В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной дисциплины

Результаты обучения (компетенции из ФГОС)	Составляющие результатов обучения
	Код	Знания	Код	Умения	Код	Владение опытом
	1	Основные положения теории сигналов			1	Моделирование базовых сигналов
	2	Преобразования, используемые при анализе сигналов	1	Проведение спектрального анализа сигналов и изображений	2	Владение средствами математических пакетов для анализа числовых последовательностей
	3	Основные положения теории фильтрации	2	Разработка алгоритмов цифровой фильтрации сигналов и изображений	3	Реализация цифровых фильтров во временной и спектральной областях
	4	Основные положения теории обработки изображений	3	Реализация базовых алгоритмов обработки изображений

В результате освоения дисциплины «Цифровая обработка сигналов и изображений» студентом должны быть достигнуты следующие результаты:

Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины

№ п/п	Результат
РД1	В результате освоения дисциплины студент должен знать: общенаучные базовые знания по теории сигналов, фильтрации и обработке изображений.
РД2	В результате освоения дисциплины студент должен уметь: Грамотно пользоваться языком предметной области и формулировать результат. Классифицировать сигналы и применять методы анализа сигналов и изображений для решения задач профессиональной деятельности.
РД3	В результате освоения дисциплины студент должен владеть: Математическим аппаратом для моделирования цифровых сигналов и их обработки.

4. Структура и содержание дисциплины

Раздел 1. Введение
Предмет и задачи курса. Значение и области применения методов цифровой обработки сигналов и изображений.

Раздел 2. Дискретные сигналы и системы

Понятие сигнала, классификация сигналов, модели сигналов и помех. Цифровые сигналы (последовательности). Линейные системы, инвариантные к сдвигу, устойчивость и физическая реализуемость. Представление дискретных сигналов и систем в частотной области. Двумерные последовательности и системы.

Перечень лабораторных работ по разделу:

- Моделирование базовых сигналов

Раздел 3. Z - преобразование

Прямое и обратное z-преобразования. Свойства z-преобразование. Передаточная функция. Двумерное z-преобразование.

Раздел 4. Дискретное преобразование Фурье

Ряды Фурье и их свойства. Дискретное преобразование Фурье (ДПФ), свойства ДПФ. Алгоритмы быстрого преобразования Фурье. Двумерное ДПФ. Двумерное быстрое преобразование Фурье.

Перечень лабораторных работ по разделу:

- Исследование свойств дискретного преобразования Фурье.
- Восстановление фазового спектра сигнала.

Раздел 5. Цифровые фильтры и практические аспекты цифровой фильтрации

Дискретная свертка во временной и частотной области. Линейная и круговая свертка. Цифровые фильтры. Нерекурсивный и рекурсивный фильтры. Передаточная функция и импульсная характеристика цифровых фильтров. Оптимальная и согласованная фильтрация. Методы синтеза одномерных цифровых фильтров. Проблемы и особенности синтеза двумерных фильтров.

Перечень лабораторных работ по разделу:

- Линейная фильтрация во временной области.
- Линейная фильтрация в спектральной области.

Раздел 7. Цифровые алгоритмы обработки изображений

Задачи обработки многомерных сигналов. Обнаружение сигнала на фоне гауссовых помех. Алгоритмы повышения качества изображений. Алгоритмы оконтуривания изображений. Примеры применения цифровых алгоритмов для обработки многомерных сигналов.

Перечень лабораторных работ по разделу:

- Повышение качества изображений.
- Выделение контуров изображений.

5. Организация и учебно-методическое обеспечение

самостоятельной работы студентов