(1)图像识别概述与MATLAB开发环境:了解图像识别的发展历程、核心任务分类(图像分类、目标检测、图像分割)和典型应用场景(工业质检、人脸识别、OCR)。熟悉MATLAB图像处理工具箱和计算机视觉工具箱的功能架构。掌握图像数据类型的导入、显示与保存方法。学习使用MATLAB的交互式工具(Image Labeler、Color Thresholder)进行图像标注与颜色分割。
(2)数字图像基础与预处理:理解数字图像的表示方式,包括像素、分辨率、灰度深度、色彩空间(RGB、HSV、LAB、YCbCr)及其转换原理。掌握图像的读取、显示、保存方法,学习图像的几何变换(裁剪、缩放、旋转、翻转、仿射变换)。掌握图像增强技术:直方图均衡化(histeq)、对比度调整(imadjust)、伽马校正、图像去噪(中值滤波、高斯滤波)。
(3)图像分割技术:掌握图像分割的核心方法,将图像划分为具有语义意义的区域。学习基于阈值的分割方法:全局阈值、自适应阈值、大津法(OTSU)的原理与实现。掌握基于边缘的分割(edge函数检测边缘)和基于区域的分割(区域生长、分水岭算法)。学习颜色分割技术,利用HSV色彩空间提取特定颜色目标。
(4)形态学图像处理:掌握数学形态学的基础操作及其在二值图像和灰度图像中的应用。学习腐蚀(imerode)、膨胀(imdilate)、开运算(imopen)、闭运算(imclose)的原理与实现。掌握形态学梯度、顶帽变换、孔洞填充、连通域分析(bwconncomp)等高阶操作,应用于噪声去除、目标分离与区域筛选。
(5)特征提取与描述:学习从图像中提取有意义的特征信息。掌握区域属性测量:面积、周长、质心、外接矩形、离心率、欧拉数等(regionprops)。学习边界特征提取(bwtraceboundary)和形状描述子(傅里叶描述子)。掌握纹理特征提取方法:灰度共生矩阵(graycomatrix)、局部二值模式。了解尺度不变特征变换(SIFT)、加速稳健特征(SURF)等局部特征描述子的MATLAB实现。
(6)特征检测与匹配:掌握图像特征点检测算法。学习角点检测:Harris角点(detectHarrisFeatures)、Shi-Tomasi角点(detectMinEigenFeatures)。学习特征描述子的提取与匹配(extractFeatures、matchFeatures)。掌握误匹配剔除策略(estimateGeometricTransform2D),实现基于特征匹配的目标识别与图像配准。
(7)边缘检测与直线/圆检测:深入理解边缘检测的基本原理。掌握Sobel、Prewitt、Roberts、Laplacian、Canny等边缘检测算法的原理与MATLAB实现(edge函数)。学习霍夫变换(Hough变换)检测直线(hough、houghpeaks、houghlines)和圆(imfindcircles)的方法。实现车道线检测、圆形目标定位等应用。
(8)物体检测与识别:掌握基于机器学习的物体检测方法。学习使用训练级联目标检测器(trainCascadeObjectDetector)进行目标检测。理解HOG特征(extractHOGFeatures)与SVM分类器的结合应用。了解使用OCR(光学字符识别)进行文字识别的基本方法(ocr函数),实现简单文字检测与识别。
(9)深度学习图像识别基础:了解深度学习在图像识别中的应用。学习使用预训练卷积神经网络(AlexNet、VGG、ResNet)进行迁移学习。掌握图像分类任务的完整流程:数据准备(imageDatastore)、数据增强、网络微调(trainNetwork)、模型评估。实践使用深度学习进行图像分类。
(10)目标检测与跟踪:掌握视频序列中的目标检测与跟踪技术。学习背景减除法(vision.ForegroundDetector)检测运动目标。了解卡尔曼滤波器(vision.KalmanFilter)在目标跟踪中的应用,实现单目标跟踪。掌握基于光流(opticalFlowLK)的运动估计方法。
(11)图像识别App开发与部署:学习使用MATLAB App Designer构建图像识别应用界面。掌握将训练好的模型导出为MAT文件,实现应用中的模型加载与推理。了解MATLAB Compiler将应用程序打包为独立可执行文件的方法。学习将算法部署到嵌入式平台的流程。
(12)综合项目实战:结合所学知识,完成一个完整的MATLAB图像识别项目(如答题卡识别系统、路面裂缝检测、人脸识别门禁、二维码识别、车牌识别系统)。涵盖图像采集、预处理、特征提取、模型推理和结果可视化的全流程,形成规范的MATLAB项目报告。