案例教學(xué)法在 《數(shù)字圖像處理》中的應(yīng)用

肖 紅,戴 慶 (大慶石油學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院,黑龍江大慶163318)

《數(shù)字圖像處理》課程理論性較強(qiáng),經(jīng)典內(nèi)容分量重。其主要內(nèi)容包括數(shù)字圖像基礎(chǔ)、空間域圖像增強(qiáng)、頻率域圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、彩色圖像處理、圖像壓縮、形態(tài)學(xué)圖像處理、圖像分割。

由于在教學(xué)形式上,比較重視理論教學(xué),輕視學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng),學(xué)生缺乏綜合應(yīng)用能力的訓(xùn)練,導(dǎo)致學(xué)生面對具體應(yīng)用問題無從下手。為了在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上進(jìn)行改革,增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力,筆者在教學(xué)中引入案例教學(xué)法,通過具體的應(yīng)用實(shí)例鞏固所學(xué)理論知識(shí),加深學(xué)生對抽象理論知識(shí)的理解和感性認(rèn)識(shí)。

1 案例教學(xué)法

案例教學(xué)法就是教師采用實(shí)際案例導(dǎo)入來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考,通過相關(guān)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和對案例的研究分析,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高分析、歸納、總結(jié)能力。學(xué)生對數(shù)字圖像處理的認(rèn)知不是停留在孤立與片面的理論記憶層面,而注重在一個(gè)完整的數(shù)字圖像處理問題中各種算法的綜合應(yīng)用。通過案例教學(xué)不僅可以使學(xué)生掌握專業(yè)理論與應(yīng)用實(shí)踐的基礎(chǔ)知識(shí),而且還可以使學(xué)生通過對案例實(shí)際研究提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

1.1 教學(xué)案例的編寫

《數(shù)字圖像處理》課程采用如下案例選擇原則[1]:

1)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇案例。案例應(yīng)只涉及學(xué)生已經(jīng)學(xué)過或即將學(xué)到的知識(shí),針對不同模塊的教學(xué)時(shí)間、復(fù)雜程度以及重要性,編寫相應(yīng)的不同數(shù)量不同難度的基礎(chǔ)教學(xué)案例。

2)結(jié)合課程的教學(xué)環(huán)境和學(xué)生的素質(zhì),選用難易相當(dāng)和繁簡相宜的案例。該課程面向的是電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的本科生,因此在案例設(shè)計(jì)上要盡量和學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容和專業(yè)方向相關(guān)。

3)課程教學(xué)案例的設(shè)計(jì)過程中,不僅要設(shè)計(jì)跟單個(gè)知識(shí)點(diǎn)對應(yīng)的基本案例,還需設(shè)計(jì)涵蓋多個(gè)概念的綜合性案例,涵蓋該課程的若干個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

1.2 引入案例教學(xué)應(yīng)注意的問題

1)教師和學(xué)生的不適應(yīng)。案例教學(xué)法對教師和學(xué)生的要求更高,要求授課教師有扎實(shí)的專業(yè)功底和豐富的工作經(jīng)驗(yàn),教師需要付出的時(shí)間和勞動(dòng)更多。學(xué)生長期接受傳統(tǒng)的講授法教學(xué)模式,難于適應(yīng)勤于思考、勇躍發(fā)言探討的案例教學(xué)模式,學(xué)生參與的積極性不高;學(xué)生從被動(dòng)狀態(tài)到主動(dòng)狀態(tài)也有一個(gè)不適應(yīng)的過程,學(xué)生必須克服依賴心理,養(yǎng)成勤于思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣,積極參入案例討論[2]。

2)案例庫的建設(shè)存在困難。目前適合課程內(nèi)容的案例不多,在案例庫建設(shè)中投入的人力、物力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,建設(shè)一個(gè)好的案例庫需要教師花費(fèi)大量的時(shí)間、精力。

3)需要與案例教學(xué)法相適應(yīng)的教材。傳統(tǒng)的教材適用于傳統(tǒng)的教學(xué)方法,以 “教”為中心。案例教學(xué)法則通過教師引入案例來說明理論知識(shí),學(xué)生通過案例的研究分析加深對理論知識(shí)的理解。

4)案例教學(xué)方法要求教師不僅要融會(huì)貫通數(shù)字圖像處理理論和方法,而且要熟練掌握案例中問題的解決思路和方法。因此,提高教師整體素質(zhì),才能有效地實(shí)施案例教學(xué)法。

2 教學(xué)實(shí)例

為了使課堂案例教學(xué)能達(dá)到更好的效果,把教學(xué)案例分成4部分內(nèi)容[3]:①概念和理論知識(shí)分析;②正確應(yīng)用理論于實(shí)際方法;③實(shí)際應(yīng)用實(shí)例;④Matlab仿真結(jié)果。下面給出了利用傅里葉變換進(jìn)行交互式恢復(fù)去除圖像周期性噪聲的教學(xué)案例。

1)傅里葉變換的定義 對圖像進(jìn)行的二位離散傅里葉正反變換如下:

2)圖像恢復(fù)原理分析 圖像在形、傳輸和記錄的過程中,由于受多種原因的影響,圖像的質(zhì)量會(huì)下降,典型表現(xiàn)為圖像模糊、失真、有噪聲等。這一降質(zhì)的過程稱為圖像的退化。而圖像復(fù)原試圖利用退化現(xiàn)象的某種先驗(yàn)知識(shí) (即退化模型),把已經(jīng)退化了的圖像加以重建和復(fù)原。其目的就是盡可能地減少或去除在獲取圖像過程中發(fā)生的圖像質(zhì)量的下降 (退化),恢復(fù)被退化圖像的本來面目。

3)應(yīng)用實(shí)例 利用傅里葉變換在頻率域?qū)肼晥D像進(jìn)行濾波操作,過濾掉噪聲部分,再利用傅里葉反變換使濾波結(jié)果回到空間域。

4)Matlab仿真程序 仿真結(jié)果如圖1所示。

圖1 交互式恢復(fù)的Matlab仿真結(jié)果

3 結(jié) 語

在 《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)實(shí)踐中,通過傳統(tǒng)教學(xué)與案例教學(xué)相結(jié)合,學(xué)生不僅掌握了基本理論知識(shí),而且學(xué)會(huì)了綜合運(yùn)用各種知識(shí)和靈活的技巧來處理不同的案例問題,解決問題和創(chuàng)造思維能力也有了較大提高。如何利用現(xiàn)代化多媒體及網(wǎng)絡(luò)資源,把以教為主的教學(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)為主的教學(xué)模式,充分調(diào)動(dòng)教與學(xué)兩方面的積極性,提高教學(xué)質(zhì)量,是需要進(jìn)一步探討的問題。

[1]方勇.“隨機(jī)信號(hào)分析”課程案例教學(xué)的實(shí)踐 [J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(2):102～104.

[2]劉金華.“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程引入案例教學(xué)的探討[J].黃石理工學(xué)院學(xué)報(bào),2009,25(4):57～59.

[3]張?zhí)旄?案例教學(xué)法在電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2007,9(3):102～104.