數(shù)字圖像處理課程實(shí)踐教學(xué)的探索與應(yīng)用

吳欣慧 楊軍平 李 靜

（安陽(yáng)工學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000）

隨著以圖像與視頻信息為主要內(nèi)容的多媒體技術(shù)在各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的深入發(fā)展和廣泛應(yīng)用，《數(shù)字圖像處理》成為高校通信、電子、信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)越來(lái)越重要的專(zhuān)業(yè)必修課程。作為一門(mén)典型的交叉性學(xué)科，《數(shù)字圖像處理》涉及到的基礎(chǔ)理論知識(shí)和學(xué)科領(lǐng)域相當(dāng)廣泛。為了克服傳統(tǒng)教學(xué)方法存在的局限性，更好地適應(yīng)復(fù)合型應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，文章結(jié)合安陽(yáng)工學(xué)院實(shí)際教學(xué)實(shí)踐條件、以及學(xué)生的現(xiàn)有知識(shí)能力和專(zhuān)業(yè)水平，對(duì)《數(shù)字圖像處理》應(yīng)用型人才的培養(yǎng)進(jìn)行了研究、探索和實(shí)踐教學(xué)中如何進(jìn)行。

一、《數(shù)字圖像處理》實(shí)踐型教學(xué)存在的問(wèn)題

（一）傳統(tǒng)教學(xué)方法與傳統(tǒng)教學(xué)觀(guān)念的問(wèn)題

在傳統(tǒng)的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)中，多注重經(jīng)典理論，輕實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，容易使學(xué)生在學(xué)習(xí)中產(chǎn)生畏難情緒，影響教學(xué)質(zhì)量。為使學(xué)生切實(shí)掌握和理解本課程內(nèi)容，除了注重理論教學(xué)外，有效地應(yīng)用教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)就成了理解掌握課程內(nèi)容的關(guān)鍵。如，通過(guò)實(shí)際的教學(xué)我們發(fā)現(xiàn)：大量的圖例和豐富的生產(chǎn)生活實(shí)例使學(xué)生對(duì)這門(mén)課表現(xiàn)出極大的興趣；但是，傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)多地停留在經(jīng)典理論和公式推導(dǎo)層面上，讓學(xué)生一味地面對(duì)抽象的理論和煩瑣的數(shù)學(xué)公式，這樣學(xué)生很難深入理解概念和算法的物理意義，無(wú)法達(dá)到理想的教學(xué)效果。

（二）校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地沒(méi)有或者被削弱，校外實(shí)踐教學(xué)效果不佳

電子信息專(zhuān)業(yè)和通信專(zhuān)業(yè)關(guān)于《數(shù)字圖像處理》課程只建立了機(jī)房，采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行相應(yīng)的仿真訓(xùn)練，但沒(méi)有校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地，使學(xué)生沒(méi)有辦法進(jìn)行實(shí)際操作和專(zhuān)業(yè)技能訓(xùn)練，認(rèn)為《數(shù)字圖像處理》就是針對(duì)一些圖像信號(hào)進(jìn)行變化和傳輸、存儲(chǔ)的處理，與實(shí)際問(wèn)題脫節(jié)。另外，受市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的影響，企業(yè)、公司和廠(chǎng)家害怕生產(chǎn)秩序受到干擾、經(jīng)濟(jì)效益受到影響，不愿意甚至拒絕接待學(xué)生實(shí)習(xí)，致使校外實(shí)習(xí)困難，或者只能走馬觀(guān)花，學(xué)生得不到更好的實(shí)踐鍛煉。

（三）實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題

為了保證課程教學(xué)的應(yīng)用性和實(shí)踐性，《數(shù)字圖像處理》在課堂教學(xué)之外應(yīng)安排相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)和課程設(shè)計(jì)，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要是開(kāi)設(shè)驗(yàn)證性、重復(fù)性、演示性的實(shí)驗(yàn)，表現(xiàn)對(duì)已有的理論成果或現(xiàn)象的重復(fù)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)還一直存在著學(xué)生被動(dòng)參與的弊端，學(xué)生按照提供的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)規(guī)定的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)步驟和細(xì)節(jié)進(jìn)行操作，這在某種程度上影響了學(xué)生的創(chuàng)新思維和想象能力的發(fā)揮，其實(shí)驗(yàn)課效果不佳。課程設(shè)計(jì)一般都隨堂進(jìn)行、紙上談兵、力度不夠、效果不好，有的課程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)直是“大實(shí)驗(yàn)”，與實(shí)驗(yàn)課程區(qū)別不大，意義不夠。

（四）實(shí)踐教學(xué)師資薄弱

在高校教師隊(duì)伍中承擔(dān)實(shí)驗(yàn)課等實(shí)踐教學(xué)的師資一直不被重視，特別是擴(kuò)招之后高校發(fā)展迅速，高校教師大多是年輕教師，從一個(gè)高校畢業(yè)到另一高校，缺乏一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使整個(gè)實(shí)踐教學(xué)的師資水平不高。

二、解決《數(shù)字圖像處理》實(shí)踐型教學(xué)存在問(wèn)題的途徑

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者在實(shí)際實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，努力研究，得到一些現(xiàn)實(shí)可用的解決方法，并經(jīng)過(guò)近三年的嘗試和檢驗(yàn)，取得了良好的效果。

（一）改革教學(xué)理念

實(shí)施新課改，首先要改革教學(xué)理念，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和參與性，因?yàn)閷W(xué)生不是被動(dòng)的接受者，而是實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)的參與者和檢驗(yàn)者；教師是學(xué)生學(xué)習(xí)工程的導(dǎo)引者，而不是實(shí)踐教學(xué)過(guò)程的獨(dú)裁者。其次，重視學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中的反饋?zhàn)饔茫驗(yàn)樗麄兊姆答佒苯記Q定了實(shí)踐教學(xué)的進(jìn)程和實(shí)踐教學(xué)效果的好壞。當(dāng)然也不能只重視學(xué)生，片面夸大學(xué)生的自主性，而忽視了教師的傳統(tǒng)作用，使教師喪失了對(duì)教學(xué)的引導(dǎo)權(quán)。

（二）校內(nèi)實(shí)訓(xùn)與校外實(shí)踐相結(jié)合的培養(yǎng)模式

為使學(xué)生可以走出校園、參加教學(xué)實(shí)踐、鍛煉工作技能、積累一定的工作經(jīng)驗(yàn)，在知識(shí)、能力和素質(zhì)三方面均得到提高，建設(shè)校內(nèi)和校外實(shí)訓(xùn)基地是不可或缺的環(huán)節(jié)。

1.校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)

筆者在系部數(shù)字信號(hào)處理的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)中，根據(jù)現(xiàn)有教學(xué)條件和學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和專(zhuān)業(yè)水平，以最優(yōu)化利用有限的建設(shè)資金、最大限度地鞏固、發(fā)展學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能和創(chuàng)新能力為根本，參加了實(shí)訓(xùn)室的計(jì)劃和招標(biāo)驗(yàn)收工作。為了讓學(xué)生清楚地了解數(shù)字圖像處理實(shí)訓(xùn)室的功能、設(shè)備情況，在實(shí)訓(xùn)室內(nèi)掛上了簡(jiǎn)介牌，以流程圖的形式將實(shí)訓(xùn)室可以開(kāi)展的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目羅列出來(lái)。學(xué)生在實(shí)訓(xùn)室內(nèi)，接受硬件集成模塊的搭建和基于matlabsimulink圖像編程能力的培訓(xùn)，逐步符合圖像、視頻、機(jī)器視覺(jué)等公司對(duì)相應(yīng)專(zhuān)業(yè)人才的需求。在每年的實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，實(shí)訓(xùn)室提供實(shí)際工業(yè)硬件搭建和可視化編程的環(huán)境：首先認(rèn)識(shí)光源、工業(yè)相機(jī)、圖像采集卡和圖像處理軟件，使學(xué)生能夠了解常見(jiàn)視覺(jué)系統(tǒng)的模塊化搭建過(guò)程；在圖像處理可視化編程的實(shí)訓(xùn)中，提供給學(xué)生基本的圖像讀、寫(xiě)和顯示的功能，而圖像處理的核心代碼學(xué)生自己編寫(xiě)；利用Matlab進(jìn)行工具完成實(shí)訓(xùn)時(shí)，也盡量要求學(xué)生除了圖像讀、寫(xiě)或顯示外，核心處理代碼應(yīng)自己編寫(xiě)，同時(shí)教學(xué)中補(bǔ)充必要的、與實(shí)際生活密切相關(guān)的編程項(xiàng)目。

2.校外實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)

包括以系部和教研室名義合作的實(shí)訓(xùn)基地、以及個(gè)人名義聯(lián)系的合作單位。

以系部和教研室為單位的校外實(shí)訓(xùn)基地合作穩(wěn)定，簽訂了相應(yīng)的協(xié)議書(shū)，安排學(xué)生每年一次定期去實(shí)訓(xùn)基地參觀(guān)、聽(tīng)報(bào)告，并研究和設(shè)計(jì)一些由實(shí)訓(xùn)基地提供的、與社會(huì)實(shí)際相結(jié)合的應(yīng)用性項(xiàng)目。目前已有三家研究所和通信教研室建立了長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作，為《數(shù)字圖像處理》課程校外實(shí)訓(xùn)提供了條件。

以個(gè)人名義聯(lián)系的校外實(shí)訓(xùn)單位，有很大的靈活性。如，筆者聯(lián)系到市公安刑偵隊(duì)一位數(shù)字信息及圖像處理方面的專(zhuān)家，不定期請(qǐng)專(zhuān)家到學(xué)校做專(zhuān)題學(xué)術(shù)講座，使學(xué)生以更直觀(guān)、更感性地及時(shí)了解學(xué)科前沿動(dòng)態(tài)。這種以講座的形式來(lái)介紹圖像處理應(yīng)用的最新進(jìn)展，不但使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到了學(xué)習(xí)本課程的意義，也增強(qiáng)了學(xué)生熱愛(ài)專(zhuān)業(yè)、致力于專(zhuān)業(yè)課程學(xué)習(xí)的積極性。另外，還請(qǐng)?jiān)搶?zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)報(bào)導(dǎo)一些非涉密的圖像處理技術(shù)，如指紋采集、車(chē)牌號(hào)識(shí)別、人臉特性提取及識(shí)別等基礎(chǔ)技術(shù)，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

（三）改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法和手段

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)踐性教學(xué)中最基本的教學(xué)形式，是整個(gè)教學(xué)過(guò)程中理論聯(lián)系實(shí)際的重要環(huán)節(jié)，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力起著十分重要的作用。對(duì)于《數(shù)字圖像處理》課程，已經(jīng)建立基于MATLAB的圖像處理基本算法的仿真實(shí)驗(yàn)，擬招標(biāo)建設(shè)基于DM6437圖像處理實(shí)驗(yàn)室。通過(guò)通信教研室的資助，采取以下手段進(jìn)行改進(jìn)：即加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，減少或刪除陳舊的純驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能。對(duì)于陳舊單一的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將其合并到目標(biāo)相同或相近的實(shí)驗(yàn)中去，減少或刪除以保持實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的先進(jìn)性。對(duì)于純驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將其合并到目標(biāo)相同或相近的實(shí)驗(yàn)中去，減少驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)在課程中所占的比例，加大綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)的比例，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

（四）師資的培養(yǎng)和提高

通信教研室為了提高《數(shù)字圖像處理》實(shí)踐課程的改革和優(yōu)化，借助每年暑假和寒假學(xué)校系部教師培訓(xùn)的機(jī)會(huì)，派遣相關(guān)教師到全國(guó)重點(diǎn)職業(yè)教師培訓(xùn)基地、科研院所、公司和企業(yè)去進(jìn)行實(shí)踐培訓(xùn)，強(qiáng)化技能培訓(xùn)，提高了教師的實(shí)踐和動(dòng)手能力。同時(shí)，定期到本地公司和企業(yè)了解社會(huì)實(shí)際對(duì)《數(shù)字圖像處理》應(yīng)用方向的需求情況，以及創(chuàng)新技術(shù)；與企業(yè)結(jié)合，進(jìn)行開(kāi)發(fā)項(xiàng)目、教育服務(wù)，積累實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要的技能和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，由單一的教學(xué)型迅速而扎實(shí)地向教學(xué)、科研、生產(chǎn)實(shí)踐一體化的“一專(zhuān)多能”型人才順利轉(zhuǎn)變。2008年筆者作為校派訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者，對(duì)英國(guó)斯旺西大學(xué)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)和學(xué)術(shù)交流，深入咨詢(xún)并探究了該?！稊?shù)字圖像處理》相關(guān)課程的實(shí)踐教學(xué)方式，同時(shí)通過(guò)與劍橋大學(xué)、城市大學(xué)等在校留學(xué)生的交流，更加深刻地體會(huì)到“學(xué)生主體”地位、教師“合理引導(dǎo)”的重要性和必要性，只有以學(xué)生興趣和社會(huì)價(jià)值為根本出發(fā)點(diǎn)，實(shí)踐教學(xué)才有其立足點(diǎn)和發(fā)展空間。

（五）以賽促學(xué)

“賽”指參加學(xué)?；蛘吖尽⑵髽I(yè)組織的有關(guān)“數(shù)字圖像處理”方面的競(jìng)賽。采用競(jìng)賽的形式，提高學(xué)生對(duì)數(shù)字圖像處理課程的興趣，調(diào)動(dòng)以及實(shí)踐、研究及創(chuàng)新的積極?？梢酝ㄟ^(guò)教研室向?qū)W校提交校級(jí)“數(shù)字圖像處理應(yīng)用”大賽，如人臉識(shí)別、指紋識(shí)別、移動(dòng)圖像去噪等，組織有興趣的學(xué)生踴躍報(bào)名參加，成立專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)小組和評(píng)委，擬提出競(jìng)賽題目、應(yīng)用性課題的技術(shù)指標(biāo)性和具體要求，提供所需場(chǎng)所和經(jīng)費(fèi)，讓參賽選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成課題。由評(píng)委進(jìn)行評(píng)定，并予以獎(jiǎng)勵(lì)。每年舉行一次校級(jí)競(jìng)賽，競(jìng)賽規(guī)模和質(zhì)量也逐年提高。在校級(jí)競(jìng)賽的基礎(chǔ)上，選撥并鼓勵(lì)有能力、基礎(chǔ)扎實(shí)、興趣濃厚的學(xué)生參加全國(guó)范圍內(nèi)各企業(yè)、各組織籌辦的有關(guān)“數(shù)字圖像處理”的競(jìng)賽，全面提高了參賽學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力、獨(dú)立分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的合作精神和科技創(chuàng)新能力。學(xué)生在競(jìng)賽上獲獎(jiǎng)，進(jìn)一步提高了他們對(duì)該課程的興趣和自信，同時(shí)激勵(lì)其他同學(xué)的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。此外，對(duì)于參賽學(xué)生在上課、實(shí)驗(yàn)與考試等方面采用“優(yōu)勢(shì)參考”的方式，優(yōu)秀的比賽成績(jī)作為一個(gè)加權(quán)系數(shù)，較大地提高其課程的考試和實(shí)驗(yàn)成績(jī)，這一方法也取得了良好的效果。

通過(guò)對(duì)《數(shù)字圖像處理》實(shí)踐教學(xué)模式的分析，進(jìn)行了較深入的實(shí)踐教學(xué)改革，有效地利用了上述各環(huán)節(jié)，推行了教師理性引導(dǎo)、學(xué)生自主性實(shí)踐教學(xué)模式。經(jīng)過(guò)近三年的實(shí)踐教學(xué)嘗試和檢驗(yàn)，使更多學(xué)生找到了合適自己的鍛煉方式，動(dòng)手能力和實(shí)踐技能得到了充分的鍛煉和提高。這不僅為培養(yǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)、知識(shí)面寬的應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)，而且也適應(yīng)了高等教育對(duì)應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才規(guī)格的更高要求。

［1］范迪，孫農(nóng)亮，曹茂永.我校《數(shù)字圖像處理》課程的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009，（2）.

［2］麗杰，劉泊，孫連逵.信息時(shí)代的數(shù)字圖像處理課程的教材建設(shè)［J］.世界華商經(jīng)濟(jì)年鑒·高校教育研究，2009，（8）.

［3］明冬萍.《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)研究［J］.中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2008，（25）

［4］賈永紅.“數(shù)字圖像處理”課程的建設(shè)與教學(xué)改革［J］.高等理科教育，2007，（1）

［5］翟因虎，潘保昌.基于網(wǎng)絡(luò)資源利用的“數(shù)字信號(hào)處理”課程教改試驗(yàn)研究［J］.廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2006，（21）.

［6］郭素敏，郭素芳，吳波.數(shù)字信號(hào)處理教學(xué)改革與實(shí)踐探索［J］.教學(xué)研究，2006，（5）.