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课题
使用几何变换进行图像配准
课时
10课时（450min）（理论课：4课时实训课：6课时）
教学目标
知识目标：
（1）理解图像几何变换的概念。
（2）掌握图像几何变换的实现方法，包括向前映射法和向后映射法。
（3）掌握最近邻插值法和双线性插值法的基本原理。
（4）掌握图像平移变换、镜像变换、旋转变换和缩放变换的基本原理及其在MATLAB中的实现方法。
（5）掌握图像转置的基本原理及其在MATLAB中的实现方法。
（6）了解图像几何变换的典型应用—图像配准。
技能目标：
（1）能够使用MATLAB对图像进行平移、镜像、旋转、缩放、转置等几何变换。
（2）能够使用图像的几何变换进行图像配准。
素养目标：
（1）提高总结与归纳的能力，锻炼逻辑推理能力与空间想象能力。
（2）培养自我学习与自我提升的意识。
教学重难点
教学重点：图像几何变换的基本原理及其在MATLAB中的实现方法，图像几何变换的典型应用—图像配准。
教学难点：图像几何变换的典型应用—图像配准。
教学方法
案例分析法、问答法、讨论法、讲授法
教学用具
电脑、投影仪、多媒体课件、教材
教学过程
主要教学内容及步骤
第1/2节课
考勤
【教师】使用APP进行签到
【学生】按照老师要求签到
新课预热
【教师】自我介绍，与学生简单互动，介绍课程定位、内容安排、考核要求等
【学生】聆听、互动
【教师】教师讲解图像几何变换的相关内容
图像的几何变换是指将一幅图像中的像素从一个位置映射到另一个位置的过程。它不改变图像的像素值，只是在图像平面上进行像素位置的重新安排。图像进行几何变换即可实现图像配准。
【学生】聆听、记录
课前准备
【教师】全班学生以3～5人为一组进行分组，各组选出组长。组长组织组员扫码观看“图像几何变换的层次”视频，讨论并回答下列问题
问题1：图像的几何变换可分为哪4个层次？
问题2：图像的仿射变换包含哪些变换类型？
问题3：仿射变换后的图像具有什么性质？
【学生】分组、观看、聆听、思考
问题导入
【教师】提出以下问题
问题：列举图像几何变换有哪些？
【学生】聆听、思考、回答
【教师】总结学生的回答，导入本节课课题：图像几何变换概述
传授新知
【教师】讲解图像几何变换概述的相关内容
3.1图像几何变换概述
3.1.1什么是图像的几何变换
图像的几何变换是指将一幅图像中的像素从一个位置映射到另一个位置的过程。（详见教材）
【教师】组织学生观看“几何变换消除图像形状畸变”图片，帮助学生了解几何变换消除图像形状畸变
（详见教材）
3.1.2图像几何变换的理论基础
根据原图像与结果图像之间映射方向的不同，可将图像几何变换的实现方法分为向前映射法和向后映射法。
1．向前映射法
向前映射法是从原图像到结果图像的映射，原图像的任意像素都可以通过具体的映射关系得到其在结果图像中的位置。（详见教材）
（详见教材）
向前映射法一般用于平移变换和镜像变换等不改变图像大小的几何变换中，当几何变换改变图像大小（如旋转变换、缩放变换等）时，使用向前映射法会出现映射不完全和映射重叠等问题。
映射不完全。（详见教材）
【教师】组织学生观看“映射不完全”图片，帮助学生了解映射不完全
映射重叠。（详见教材）
【教师】组织学生观看“映射重叠”图片，帮助学生了解映射重叠
（详见教材）
2．向后映射法
向后映射法是从结果图像到原图像的映射，其公式表示如下。
（详见教材）
【教师】组织学生观看“向后映射法”图片，帮助学生了解向后映射法
3.1.3插值算法
在使用向后映射法进行几何变换的过程中，结果图像的像素坐标可能会被映射到原图像的浮点数坐标处。（详见教材）
一般来说，最近邻插值法的计算量小，运算速度较快，但其效果较差，容易出现马赛克现象，造成图像细节模糊；（详见教材）
1．最近邻插值法
最近邻插值法也称零阶插值法，是一种最简单的插值算法。（详见教材）
【教师】组织学生观看“最近邻插值法”图片，帮助学生了解最近邻插值法
2．双线性插值法
双线性插值法也称二次线性插值法，其基本思想是根据浮点数坐标周围的2×2个像素的值计算出浮点数坐标处的近似像素值。（详见教材）
（1）在水平方向上进行两次线性插值计算，分别得到坐标和的像素值，其计算公式如下。
（2）在垂直方向上进行一次线性插值计算，得到坐标的像素值，其计算公式如下。
（详见教材）
【教师】组织学生观看“双线性插值法”图片，帮助学生了解双线性插值法
【学生】聆听、理解、记忆
课堂小结
【教师】简要总结本节课的要点
图像几何变换概述
【学生】总结回顾知识点
作业布置
【教师】布置课后作业
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本课作业布置二