論《數(shù)字圖像處理》和諧課堂的構(gòu)建

　　摘 要： 文章從數(shù)字圖像處理課程的問題與弊端入手，提出了構(gòu)建數(shù)字圖像處理和諧課堂的原則與措施，以使教學(xué)成為師生平等交流、共同體驗(yàn)與創(chuàng)造的過程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。
　　關(guān)鍵詞： 《數(shù)字圖像處理》 和諧課堂 構(gòu)建措施
　　
　　數(shù)字圖像處理是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟而迅速發(fā)展的一個(gè)重要技術(shù)領(lǐng)域，它已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)、生物醫(yī)學(xué)、遙感航天、軍事公安、交通監(jiān)測及文化教育等眾多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，正以強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢向著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、個(gè)人化、實(shí)時(shí)化等方向發(fā)展。本課程是電子信息工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)課，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握數(shù)字圖像處理的基本知識和處理技術(shù)，為今后在各技術(shù)領(lǐng)域中的相關(guān)應(yīng)用打下良好的基礎(chǔ)。本課程的主要內(nèi)容包括圖像的數(shù)字化與顯示、圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像編碼與壓縮、圖像復(fù)原、圖像分割、彩色圖像處理、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)及其應(yīng)用等。［１］
　　1.數(shù)字圖像處理》課堂教學(xué)的現(xiàn)狀
　　1.1教學(xué)內(nèi)容脫離實(shí)踐。
　　在數(shù)字圖像處理的實(shí)際課堂教學(xué)中，傳統(tǒng)的教學(xué)模式以理論講授為主，缺少理論的具體實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)感到過于抽象，不知道如何應(yīng)用到實(shí)踐中，使得學(xué)生的理論知識與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，以至于學(xué)生在一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)面前望而卻步，從而產(chǎn)生厭學(xué)情緒。另外，數(shù)字圖像處理課程一般是四年級開設(shè)的，這個(gè)階段的學(xué)生處在考研和求職的壓力之下，不能集中全部的注意力投入到課程的學(xué)習(xí)當(dāng)中來，而且學(xué)習(xí)的動力和興趣較之低年級時(shí)有所下降［２］。因此，在課堂上如果教師仍然將大量的時(shí)間耗費(fèi)在單純的理論講解上，就必然會影響教學(xué)效果。
　　1.2教學(xué)方式不科學(xué)。
　　在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師是課堂的權(quán)威，教師講、學(xué)生聽，教師問、學(xué)生答，教師寫、學(xué)生抄。這種填鴨式的教學(xué)方法，教師覺得食物非常有營養(yǎng)，于是便不管學(xué)生是不是有食欲，是不是消化不良，采取滿堂灌的方法，生怕學(xué)生吃不飽。教師雖然把知識灌輸給學(xué)生了，但是不等于學(xué)生已經(jīng)學(xué)會;學(xué)生學(xué)會了，不等于學(xué)生會學(xué)。這種教學(xué)模式不但不能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，反而會泯滅學(xué)生的創(chuàng)新精神。
　　2.構(gòu)建《數(shù)字圖像處理》和諧課堂的原則
　　2.1理論與實(shí)踐相結(jié)合的原則。
　　數(shù)字圖像處理是一門實(shí)際動手能力很強(qiáng)的一門課程，在實(shí)際教學(xué)中，要注重理論與實(shí)際應(yīng)用并重，不能忽視培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際編程方面的動手能力，要實(shí)現(xiàn)知識和技能的銜接與提高。因此，在日常教學(xué)中，要循序漸進(jìn)、由淺入深，理論課和實(shí)驗(yàn)課緊密配合并同步進(jìn)行，有側(cè)重地對授課內(nèi)容進(jìn)行改革，突出學(xué)生應(yīng)用能力的鍛煉。例如，在學(xué)習(xí)圖像增強(qiáng)一章中，講到了各種圖像增強(qiáng)的方法，在講解這些方法的同時(shí)，教師應(yīng)該配以實(shí)際中比較熟悉的例子。比如，在介紹圖像反轉(zhuǎn)變換時(shí)，列舉一幅乳房的數(shù)字X照片，可以看到有一小塊病變，如圖1，這幅圖像黑色面積占主導(dǎo)地位，而我們感興趣的部分呈現(xiàn)白色或灰色。圖2是經(jīng)過灰度反轉(zhuǎn)變換以后的圖像?？梢园l(fā)現(xiàn)，反轉(zhuǎn)圖像更容易分析乳房組織結(jié)構(gòu)。告訴學(xué)生這種反轉(zhuǎn)變換適用于增強(qiáng)暗色區(qū)域中嵌入白色或灰色細(xì)節(jié)，尤其是黑色面積占主導(dǎo)地位的時(shí)候。［３］這樣，通過生活中常見的例子，讓學(xué)生對這種方法有了直觀的認(rèn)識，知道了在實(shí)踐當(dāng)中應(yīng)該如何應(yīng)用，增加了學(xué)習(xí)興趣。
　　2.2學(xué)生主體和教師主導(dǎo)的原則。
　　長期以來，教師在課堂上一直本著“向?qū)W生傳授知識”的觀念，在課堂上過于繁瑣地分析，使得教師自始至終在唱主角，學(xué)生只是一味地接收，到底消化得怎么樣，較少得到關(guān)注，更不要提樹立創(chuàng)新精神了。所以教師要改“講學(xué)”為“導(dǎo)學(xué)”，給學(xué)生充分的時(shí)間去自學(xué)、討論、交流、實(shí)踐，把學(xué)習(xí)的主動權(quán)真正還給學(xué)生，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的實(shí)踐能力?！笆谌艘贼~不如授人以漁”，課堂教學(xué)要讓學(xué)生經(jīng)歷學(xué)習(xí)過程，在過程中領(lǐng)悟和體驗(yàn)學(xué)習(xí)方法，在學(xué)法中提高和發(fā)展。
　　3.構(gòu)建《數(shù)字圖像處理》和諧課堂的可行性措施
　　3.1充分利用MATLAB軟件平臺，提高教學(xué)的可視性。［４］
　　MATLAB語言是國際公認(rèn)的最優(yōu)秀的科學(xué)計(jì)算與數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件之一，涉及的領(lǐng)域非常廣泛，有專門的圖像處理工具箱，用二維數(shù)組來存儲圖像，數(shù)組的每一個(gè)元素對應(yīng)于圖像的一個(gè)像素值。MATLAB中的運(yùn)算都是矩陣運(yùn)算，因此所有的矩陣操作都可以應(yīng)用于圖像矩陣。另外，MATLAB語言規(guī)則簡單，編程特點(diǎn)接近于工程技術(shù)人員的思維方式，大大降低了編程的門檻，使得編程人員可以很容易地編寫自己的程序，從而把主要的精力放在算法及問題本身上，而不是耗費(fèi)在程序的編寫調(diào)試上。［４］MATLAB本身自帶的圖像處理專用的工具箱里有豐富的函數(shù)可供直接調(diào)用，這些函數(shù)是由圖像處理領(lǐng)域里的權(quán)威專家編寫的，這樣就使編程變得更加簡單。數(shù)字圖像處理的理論是一些比較抽象的概念，通過MATLAB編程使抽象的理論變成了學(xué)生能夠可視化的圖像處理的結(jié)果，對加深教學(xué)理論的理解有著重要意義。基于MATLAB軟件平臺的上述特點(diǎn)，我們使用該軟件在課堂上對圖像處理的一些基本理論進(jìn)行仿真演示。例如上面介紹的圖像增強(qiáng)的內(nèi)容，在講授圖像增強(qiáng)中反轉(zhuǎn)變換的基本原理以后，在MATLAB中通過簡單的命令來給學(xué)生演示上述圖像的效果是如何得到的，采用的命令如下：
　　f=imread（‘image1.tif’）;′讀入原始圖像
　　imshow（f）;′顯示原始圖像即圖1
　　g1=imadjust（f，［0 1］，［1 0］）;′進(jìn)行灰度反轉(zhuǎn)變換
　　figure，imshow（g1）;′顯示變換以后的圖像即圖2
　　可以看到，MATLAB通過簡單的幾條程序語句，就能把可視化的結(jié)果顯示出來，便于學(xué)生對理論知識的理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
　　3.2面向項(xiàng)目。［２］
　　在實(shí)際的課堂教學(xué)中，可以在課程的一開始就給學(xué)生布置任務(wù)，讓學(xué)生自己查找一些跟圖像處理相關(guān)的項(xiàng)目課題，在課程的學(xué)習(xí)過程中，跟老師交流，跟同學(xué)討論，最后自己確定項(xiàng)目，完成項(xiàng)目。這樣能使得學(xué)生變被動地接收知識為主動地尋求知識，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。
　　在這個(gè)過程中，應(yīng)該分成兩個(gè)大的階段，第一個(gè)階段是理論學(xué)習(xí)階段，第二個(gè)階段是項(xiàng)目實(shí)施階段。在第一個(gè)階段中，教師對基本理論知識進(jìn)行講解，學(xué)生帶著問題來學(xué)習(xí)，結(jié)合具體項(xiàng)目，能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。在第二個(gè)階段中，學(xué)生分組做不同的項(xiàng)目，老師給予指導(dǎo)，解答學(xué)生提出的問題。在整個(gè)過程中，師生是一個(gè)和諧的學(xué)習(xí)共同體，分享彼此的思想、經(jīng)驗(yàn)，交流彼此的情感、體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長和共同發(fā)展。如圖3所示，是一個(gè)大米粒形檢測系統(tǒng)，大米粒的形狀是進(jìn)行大米質(zhì)量檢測分級的重要參數(shù)之一，也是影響谷物產(chǎn)量、品質(zhì)的重要指標(biāo)之一［５］。這個(gè)系統(tǒng)包括數(shù)字圖像處理的一些主要的知識點(diǎn)，在課堂講解的時(shí)候，可以先引入項(xiàng)目，然后提出各部分用到的知識點(diǎn)，從而進(jìn)一步講解知識點(diǎn)，來提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)效率。另外，還要設(shè)計(jì)基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的圖像顆粒度分析系統(tǒng)，數(shù)字化醫(yī)院的圖像存檔與通信系統(tǒng)，車牌識別系統(tǒng)，等等。
　　在學(xué)期末還可以留出一個(gè)星期的時(shí)間用于項(xiàng)目的驗(yàn)收。學(xué)生將自己的成果在班級范圍內(nèi)進(jìn)行展示，不同項(xiàng)目組的學(xué)生之間可以交流經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)教訓(xùn)。最后成績的評定由項(xiàng)目自評、組內(nèi)成員互評、教師評價(jià)三個(gè)部分組成。
　　4.結(jié)語
　　實(shí)踐證明，構(gòu)建和諧的《數(shù)字圖像處理》課堂，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，不僅有利于本門課程的學(xué)習(xí)，而且對其他課程同樣具有一定的借鑒意義，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。
　　
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　　 注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”