數(shù)字圖像處理課程教學(xué)方法探討

秦華鋒　王興瓊　康秋紅

摘要：針對《數(shù)字圖像處理》這門課程具有學(xué)科跨度大、理論性強(qiáng)、實用性廣的特點，并結(jié)合學(xué)生的實際情況，對課程的教學(xué)模式進(jìn)行了探討。首先，根據(jù)選用教材內(nèi)章節(jié)之間的聯(lián)系，把各章的知識點結(jié)合在一起，實現(xiàn)對教學(xué)內(nèi)容的有效整合。其次，針對教材理論性強(qiáng)的特點，在講授時通過與實際的案例進(jìn)行結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。最后，通過實踐加深對理論知識的理解， 同時也培養(yǎng)了學(xué)生的獨立思考能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)模式；教學(xué)效果

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）13-3060-04

Discussion on Teaching Method for Digital Image Processing

QIN Hua-feng1， WANG Xing-qiong2， KANG Qiu-hong1

（1.School of Computer Science and Information Engineering， Chongqing Technology and Business University， Chongqing 400067， China； 2.Chongqing Banan Middle School， Chongqing 400054， China）

Abstract： As the digital image processing has the large discipline span， strong theory， wide application， this paper discusses the teaching method based on the actual situation of students. Firstly， the knowledge is combining based on the relation among different chapters， which can integrate the teaching contents effectively. Then the students interest is aroused in the teaching process using actual case. Finally， the student can understand the theory clearly. At the same time， theirs independent thinking and innovation ability can be improved.

Key words： Digital image processing； Teaching content； Teaching mode； Teaching effect

1 概述

數(shù)字圖像處理誕生于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時的電子計算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到一定水平，人們開始利用計算機(jī)來處理圖形和圖像信息。直到20世紀(jì)60年代初期數(shù)字圖像處理才發(fā)展成為一門學(xué)科。美國噴氣推進(jìn)實驗室首次將數(shù)字圖像處理實際成功應(yīng)用到對幾千張月球照片的處理，并利用計算機(jī)對處理后的圖像進(jìn)行分析，成功地繪制出月球表面地圖。數(shù)字圖像處理取得的另一個巨大成就是在醫(yī)學(xué)上獲得的成果。當(dāng)前圖像處理技術(shù)在工業(yè)自動化、工業(yè)檢測、醫(yī)學(xué)、遙感探測等各個方面都發(fā)揮著十分重要的作用[1]。

《數(shù)字圖像處理》[2，3]是集成計算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、信息論、光學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科的一門綜合性學(xué)科。本課程是空間信息工程系、攝影測量與遙感系開設(shè)的必修的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。它的起點高、難度大， 理論性很強(qiáng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)時， 普遍感到數(shù)字圖像處理的概念抽象， 對其中的分析方法與基本理論不能很好地理解與掌握。如何提高學(xué)生對數(shù)字圖像處理技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣， 以及學(xué)生的圖像處理技術(shù)的應(yīng)用能力， 是數(shù)字圖像處理課程建設(shè)、課程改革的重要內(nèi)容?，F(xiàn)就接合自身在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域多年的研究經(jīng)歷以及教學(xué)經(jīng)驗， 并根據(jù)學(xué)生的反饋信息， 對該課程的教學(xué)模式進(jìn)行了探索， 希望有助于提高教學(xué)效果和教學(xué)水平；

2 知識點的整合

數(shù)字圖像處理涉及到的知識點繁瑣，但是通過有效的整合可以使得教學(xué)體系前后連貫，教學(xué)內(nèi)容較為緊湊，同時使得學(xué)生理解起來更為容易，思路更加清晰。如以清華大學(xué)出版社的出版的《數(shù)值圖像處理和分析》為例，全書一共11章。根據(jù)教材內(nèi)容的前后聯(lián)系和學(xué)生的知識背景，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合，如表1所示。前面的第一、二章是介紹數(shù)值圖像處理的概念，這部分可以引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。原書第三、五、六章主要利用各種變換來圖像質(zhì)量的改善。第四章是圖像的編碼與壓縮，主要是實現(xiàn)對圖像的存儲和傳輸。七、八、九章的內(nèi)容主要是圖像的特征的提取和分類。最后兩章是數(shù)值圖像處理在數(shù)字水印和車牌識別方面的應(yīng)用，可以利用兩個專題講座的形式來進(jìn)行授課。經(jīng)過整合，把所有的內(nèi)容分成了三個教學(xué)模塊，使得教學(xué)更加緊湊，條理清晰，學(xué)生理解起來也更容易。

表1 教學(xué)內(nèi)容的整合

[整合前內(nèi)容＼&整合后內(nèi)容

章節(jié)的調(diào)整 整合＼&緒論＼&緒論＼&引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)＼&數(shù)字圖像的表述與處理＼&數(shù)字圖像的表述與處理＼&圖像增強(qiáng)＼&圖像增強(qiáng)＼&圖像質(zhì)量的改善

＼&

數(shù)字圖像處理的方法＼&圖像的編碼與壓縮＼&圖像復(fù)原＼&圖像復(fù)原＼&圖像重建＼&圖像重建＼&圖像的編碼與壓縮＼&圖像的存儲和傳輸。＼&圖像分割技術(shù)＼&圖像分割技術(shù)＼&圖像特征的提取與分類＼&圖像的特征提取與分析＼&圖像的特征提取與分析＼&圖像的匹配與識別＼&圖像的匹配與識別＼&基于MATLAB數(shù)字水印系統(tǒng)設(shè)計＼&基于MATLAB數(shù)字水印系統(tǒng)設(shè)計＼&專題講座＼&車輛牌照識別系統(tǒng)設(shè)計＼&車輛牌照識別系統(tǒng)設(shè)計＼&]endprint

3 基礎(chǔ)理論知識

3.1 案例教學(xué)

案例教學(xué)是通過一個具體教育方式來實現(xiàn)場景的重現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生對這些特殊情景進(jìn)行討論和分析，加深學(xué)生對知識點的理解，培養(yǎng)學(xué)生積極學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新力的一種教學(xué)方法[3]。數(shù)值圖像處理涉及到微積分、偏微分、小波分析、矩陣論、信息論預(yù)編碼等數(shù)學(xué)知識。因此，需要學(xué)生有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，然而工科的學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)普遍較差，單從理論方面來進(jìn)行講解學(xué)生很難理解和掌握。幸運的是，雖然這門課程設(shè)計的數(shù)學(xué)知識面廣，但是這些知識都具有較強(qiáng)的應(yīng)用背景，如果在授課的過程中能夠結(jié)合實際的例子來進(jìn)行分析能，就可以使得復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識變得簡單易懂，學(xué)生掌握起來也更加輕松。例如，信號可以按它的頻率分為高頻信號和低頻信號。那么什么是信號的頻率以及怎么判斷高頻信號和低頻信號，在授課過程中應(yīng)給以詳細(xì)的解釋，最后舉一個例子如給出如下一幅雷娜圖像。圖中的帽子上紋理灰度值變化較快，所以就是高頻部分[4]。而臉部灰度值比較平滑（變化較慢），所以是低頻部分。

圖1 雷娜圖像

3.2 內(nèi)容的適度延伸

在當(dāng)今的世界，知識的更新是很快的。目前大部分知識的載體是書籍、報刊、雜志。在這幾種重要載體中書籍的知識更新度是最慢的，然而現(xiàn)在上課用的課本基本上都是以書籍的呈現(xiàn)形式。因此如何把書本上經(jīng)典而滯后的知識和該領(lǐng)域最新的研究成果聯(lián)系起來是非常關(guān)鍵的。一方面，可以使得知識具有連貫性，使得學(xué)生更容易系統(tǒng)的掌握；另一方面，以拓寬知識面和提高學(xué)習(xí)的積極性。所以嘗試性的要求學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解本領(lǐng)域的研究進(jìn)展是有必要的。

在教學(xué)過程中，除了常規(guī)的講解書本上的理論知識外，將其中部分內(nèi)容適當(dāng)整理后，以課堂講座形式開展，并對相關(guān)知識作適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充和延伸[5]，使知識更系統(tǒng)化，立體化。例如，在講授圖像質(zhì)量的改善方法的內(nèi)容時，會經(jīng)常用到各種圖像變換的方法，如傅立葉變換[6]、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù)，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理[7]。其優(yōu)點在于不僅可減少計算量，而且可獲得更有效的處理。當(dāng)學(xué)生掌握了各種基本變換方法后，可以引入小波變換方法，并介紹小波變換原理以及與經(jīng)典變換方法的相似性。然后，給出小波變換的優(yōu)勢即在時域和頻域中都具有良好的局部化特性。如果學(xué)生有興趣的話，可以介紹在小波變換的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展得到的脊波變換，并通過一些圖像例子來加深理解，如圖2、圖3和圖4所示。這樣的講授不僅可以讓學(xué)生更系統(tǒng)的理解各種變換理論而且通過研究整個理論體系的發(fā)展可以激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造性。

4 實踐教學(xué)

實踐教學(xué)是教學(xué)課程的重要組成部分，它是鞏固理論知識和加深對理論認(rèn)識的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質(zhì)工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考和創(chuàng)新能力的重要平臺[8]。相對于理論教學(xué)而言，實踐教學(xué)是教學(xué)過程中最薄弱的環(huán)節(jié)。為了有效提高實踐教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的實際情況對相關(guān)的實驗內(nèi)容的選取進(jìn)行了相應(yīng)的改革。

4.1實驗準(zhǔn)備

考慮到電子信息專業(yè)的同學(xué)不同于計算機(jī)專業(yè)，沒有開設(shè)VC 課程，但開設(shè)了MATLAB 課程，已經(jīng)掌握了MATLAB 的一些基本編程能力，另外，MATLAB 軟件為數(shù)字圖像處理提供了功能豐富的圖像處理工具箱。它集成了一系列支持圖像處理操作的函數(shù)。涵蓋了圖像處理的幾乎所有的技術(shù)方法，是學(xué)習(xí)和研究圖像處理的人員的寶貴資料和加工工具。因此，選取計算能力強(qiáng)的MATLAB軟件作為教學(xué)軟件是必要的。此外，還需要準(zhǔn)備實驗所需的圖像。

4.2 實驗內(nèi)容

實驗內(nèi)容的選取也是相當(dāng)關(guān)鍵的。根據(jù)學(xué)生掌握知識的能力以及知識的前后銜接關(guān)系，選擇圖像變換、增強(qiáng)、分割、特征提取和識別等作為實驗內(nèi)容。然后根據(jù)知識點的難易程度分為基本實驗、開放型實驗和演示實驗。 這樣具有一定的層次感，使得學(xué)生接受起來較為容易。例如，對于傅里葉變換的實驗，首先要求學(xué)生能夠?qū)D像進(jìn)行傅里葉變換，并分析變換后的圖像以及其逆變換后重構(gòu)圖像；當(dāng)在這個試驗中掌握了傅里葉變換后，再安排圖像頻域增強(qiáng)等實驗。

4.3 實驗內(nèi)容拓展

通過理論知識的講解以及基本實驗的實施，學(xué)生能夠較好的理解所學(xué)的知識，且能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識應(yīng)用于處理一幅具體圖像。為了進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和創(chuàng)新的能力，需要為一些有興趣的學(xué)生提供一些參與教師科研項目的機(jī)會。例如通過課程設(shè)計的形式來為他們積累一些實踐經(jīng)驗以及培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。通過學(xué)生的積極參與，一方面， 加深了對所學(xué)專業(yè)知識的理解，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。

5 結(jié)論

本文針對計算機(jī)、影像各專業(yè)對圖像處理的要求和數(shù)字圖像處理本身的特點， 充分結(jié)合我校學(xué)生的實際情況，對《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)進(jìn)行的嘗試性的改革和探索。通過對教學(xué)內(nèi)容的整合，使得教學(xué)內(nèi)容更緊湊和調(diào)理更清楚。在理論知識的傳授方面，結(jié)合了案例教學(xué)法和教學(xué)內(nèi)容延伸法來進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力。最后，利用教學(xué)實踐來鞏固所學(xué)知識，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)造力。隨著時代的發(fā)展以及知識的快速更新，對教學(xué)提出了新的要求。作為教學(xué)主體的教師，需要不斷的地學(xué)習(xí)新的知識，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，不斷地探索和嘗試新的教學(xué)方法才能與時俱進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 岡薩雷斯.（阮秋琦，阮宇智等）數(shù)字圖像處理（第二版）[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[2] 章毓章.圖象處理和分析[M].清華大學(xué)出版社，2002.

[3] 黃果，秦紅英，許黎，等. 淺談數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革[J]. 計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2013，3（7）：280-281.

[4] 王旭初， 潘銀松.《數(shù)字圖像處理》實驗的課題驅(qū)動式教學(xué)探索[J].電腦知識與技術(shù)，2010，34（6）：9810-9811，9818.

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[6] 朱明軒.數(shù)字圖像壓縮中的域變換技術(shù)[J].電腦知識與技術(shù)，2008，4（7）：1745-1746.

[7] 潘振贛，龔聲蓉. 淺談數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本原理[J].電腦知識與技術(shù)，2010，6（6）：1452-1453，1460.

[8] 劉二林. 醫(yī)學(xué)圖像處理課程教學(xué)模式探索[J].計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用， 2012，21（2）：19-21.

3 基礎(chǔ)理論知識

3.1 案例教學(xué)

案例教學(xué)是通過一個具體教育方式來實現(xiàn)場景的重現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生對這些特殊情景進(jìn)行討論和分析，加深學(xué)生對知識點的理解，培養(yǎng)學(xué)生積極學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新力的一種教學(xué)方法[3]。數(shù)值圖像處理涉及到微積分、偏微分、小波分析、矩陣論、信息論預(yù)編碼等數(shù)學(xué)知識。因此，需要學(xué)生有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，然而工科的學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)普遍較差，單從理論方面來進(jìn)行講解學(xué)生很難理解和掌握。幸運的是，雖然這門課程設(shè)計的數(shù)學(xué)知識面廣，但是這些知識都具有較強(qiáng)的應(yīng)用背景，如果在授課的過程中能夠結(jié)合實際的例子來進(jìn)行分析能，就可以使得復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識變得簡單易懂，學(xué)生掌握起來也更加輕松。例如，信號可以按它的頻率分為高頻信號和低頻信號。那么什么是信號的頻率以及怎么判斷高頻信號和低頻信號，在授課過程中應(yīng)給以詳細(xì)的解釋，最后舉一個例子如給出如下一幅雷娜圖像。圖中的帽子上紋理灰度值變化較快，所以就是高頻部分[4]。而臉部灰度值比較平滑（變化較慢），所以是低頻部分。

圖1 雷娜圖像

3.2 內(nèi)容的適度延伸

在當(dāng)今的世界，知識的更新是很快的。目前大部分知識的載體是書籍、報刊、雜志。在這幾種重要載體中書籍的知識更新度是最慢的，然而現(xiàn)在上課用的課本基本上都是以書籍的呈現(xiàn)形式。因此如何把書本上經(jīng)典而滯后的知識和該領(lǐng)域最新的研究成果聯(lián)系起來是非常關(guān)鍵的。一方面，可以使得知識具有連貫性，使得學(xué)生更容易系統(tǒng)的掌握；另一方面，以拓寬知識面和提高學(xué)習(xí)的積極性。所以嘗試性的要求學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解本領(lǐng)域的研究進(jìn)展是有必要的。

在教學(xué)過程中，除了常規(guī)的講解書本上的理論知識外，將其中部分內(nèi)容適當(dāng)整理后，以課堂講座形式開展，并對相關(guān)知識作適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充和延伸[5]，使知識更系統(tǒng)化，立體化。例如，在講授圖像質(zhì)量的改善方法的內(nèi)容時，會經(jīng)常用到各種圖像變換的方法，如傅立葉變換[6]、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù)，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理[7]。其優(yōu)點在于不僅可減少計算量，而且可獲得更有效的處理。當(dāng)學(xué)生掌握了各種基本變換方法后，可以引入小波變換方法，并介紹小波變換原理以及與經(jīng)典變換方法的相似性。然后，給出小波變換的優(yōu)勢即在時域和頻域中都具有良好的局部化特性。如果學(xué)生有興趣的話，可以介紹在小波變換的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展得到的脊波變換，并通過一些圖像例子來加深理解，如圖2、圖3和圖4所示。這樣的講授不僅可以讓學(xué)生更系統(tǒng)的理解各種變換理論而且通過研究整個理論體系的發(fā)展可以激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造性。

4 實踐教學(xué)

實踐教學(xué)是教學(xué)課程的重要組成部分，它是鞏固理論知識和加深對理論認(rèn)識的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質(zhì)工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考和創(chuàng)新能力的重要平臺[8]。相對于理論教學(xué)而言，實踐教學(xué)是教學(xué)過程中最薄弱的環(huán)節(jié)。為了有效提高實踐教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的實際情況對相關(guān)的實驗內(nèi)容的選取進(jìn)行了相應(yīng)的改革。

4.1實驗準(zhǔn)備

考慮到電子信息專業(yè)的同學(xué)不同于計算機(jī)專業(yè)，沒有開設(shè)VC 課程，但開設(shè)了MATLAB 課程，已經(jīng)掌握了MATLAB 的一些基本編程能力，另外，MATLAB 軟件為數(shù)字圖像處理提供了功能豐富的圖像處理工具箱。它集成了一系列支持圖像處理操作的函數(shù)。涵蓋了圖像處理的幾乎所有的技術(shù)方法，是學(xué)習(xí)和研究圖像處理的人員的寶貴資料和加工工具。因此，選取計算能力強(qiáng)的MATLAB軟件作為教學(xué)軟件是必要的。此外，還需要準(zhǔn)備實驗所需的圖像。

4.2 實驗內(nèi)容

實驗內(nèi)容的選取也是相當(dāng)關(guān)鍵的。根據(jù)學(xué)生掌握知識的能力以及知識的前后銜接關(guān)系，選擇圖像變換、增強(qiáng)、分割、特征提取和識別等作為實驗內(nèi)容。然后根據(jù)知識點的難易程度分為基本實驗、開放型實驗和演示實驗。 這樣具有一定的層次感，使得學(xué)生接受起來較為容易。例如，對于傅里葉變換的實驗，首先要求學(xué)生能夠?qū)D像進(jìn)行傅里葉變換，并分析變換后的圖像以及其逆變換后重構(gòu)圖像；當(dāng)在這個試驗中掌握了傅里葉變換后，再安排圖像頻域增強(qiáng)等實驗。

4.3 實驗內(nèi)容拓展

通過理論知識的講解以及基本實驗的實施，學(xué)生能夠較好的理解所學(xué)的知識，且能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識應(yīng)用于處理一幅具體圖像。為了進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和創(chuàng)新的能力，需要為一些有興趣的學(xué)生提供一些參與教師科研項目的機(jī)會。例如通過課程設(shè)計的形式來為他們積累一些實踐經(jīng)驗以及培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。通過學(xué)生的積極參與，一方面， 加深了對所學(xué)專業(yè)知識的理解，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。

5 結(jié)論

本文針對計算機(jī)、影像各專業(yè)對圖像處理的要求和數(shù)字圖像處理本身的特點， 充分結(jié)合我校學(xué)生的實際情況，對《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)進(jìn)行的嘗試性的改革和探索。通過對教學(xué)內(nèi)容的整合，使得教學(xué)內(nèi)容更緊湊和調(diào)理更清楚。在理論知識的傳授方面，結(jié)合了案例教學(xué)法和教學(xué)內(nèi)容延伸法來進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力。最后，利用教學(xué)實踐來鞏固所學(xué)知識，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)造力。隨著時代的發(fā)展以及知識的快速更新，對教學(xué)提出了新的要求。作為教學(xué)主體的教師，需要不斷的地學(xué)習(xí)新的知識，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，不斷地探索和嘗試新的教學(xué)方法才能與時俱進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 王雪.圖像處理教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的行業(yè)素質(zhì)[J].長春教育學(xué)院學(xué)報，2013，29（1）：145，157

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[7] 潘振贛，龔聲蓉. 淺談數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本原理[J].電腦知識與技術(shù)，2010，6（6）：1452-1453，1460.

[8] 劉二林. 醫(yī)學(xué)圖像處理課程教學(xué)模式探索[J].計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用， 2012，21（2）：19-21.

3 基礎(chǔ)理論知識

3.1 案例教學(xué)

案例教學(xué)是通過一個具體教育方式來實現(xiàn)場景的重現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生對這些特殊情景進(jìn)行討論和分析，加深學(xué)生對知識點的理解，培養(yǎng)學(xué)生積極學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新力的一種教學(xué)方法[3]。數(shù)值圖像處理涉及到微積分、偏微分、小波分析、矩陣論、信息論預(yù)編碼等數(shù)學(xué)知識。因此，需要學(xué)生有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，然而工科的學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)普遍較差，單從理論方面來進(jìn)行講解學(xué)生很難理解和掌握。幸運的是，雖然這門課程設(shè)計的數(shù)學(xué)知識面廣，但是這些知識都具有較強(qiáng)的應(yīng)用背景，如果在授課的過程中能夠結(jié)合實際的例子來進(jìn)行分析能，就可以使得復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識變得簡單易懂，學(xué)生掌握起來也更加輕松。例如，信號可以按它的頻率分為高頻信號和低頻信號。那么什么是信號的頻率以及怎么判斷高頻信號和低頻信號，在授課過程中應(yīng)給以詳細(xì)的解釋，最后舉一個例子如給出如下一幅雷娜圖像。圖中的帽子上紋理灰度值變化較快，所以就是高頻部分[4]。而臉部灰度值比較平滑（變化較慢），所以是低頻部分。

圖1 雷娜圖像

3.2 內(nèi)容的適度延伸

在當(dāng)今的世界，知識的更新是很快的。目前大部分知識的載體是書籍、報刊、雜志。在這幾種重要載體中書籍的知識更新度是最慢的，然而現(xiàn)在上課用的課本基本上都是以書籍的呈現(xiàn)形式。因此如何把書本上經(jīng)典而滯后的知識和該領(lǐng)域最新的研究成果聯(lián)系起來是非常關(guān)鍵的。一方面，可以使得知識具有連貫性，使得學(xué)生更容易系統(tǒng)的掌握；另一方面，以拓寬知識面和提高學(xué)習(xí)的積極性。所以嘗試性的要求學(xué)生查閱相關(guān)資料，了解本領(lǐng)域的研究進(jìn)展是有必要的。

在教學(xué)過程中，除了常規(guī)的講解書本上的理論知識外，將其中部分內(nèi)容適當(dāng)整理后，以課堂講座形式開展，并對相關(guān)知識作適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充和延伸[5]，使知識更系統(tǒng)化，立體化。例如，在講授圖像質(zhì)量的改善方法的內(nèi)容時，會經(jīng)常用到各種圖像變換的方法，如傅立葉變換[6]、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù)，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理[7]。其優(yōu)點在于不僅可減少計算量，而且可獲得更有效的處理。當(dāng)學(xué)生掌握了各種基本變換方法后，可以引入小波變換方法，并介紹小波變換原理以及與經(jīng)典變換方法的相似性。然后，給出小波變換的優(yōu)勢即在時域和頻域中都具有良好的局部化特性。如果學(xué)生有興趣的話，可以介紹在小波變換的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展得到的脊波變換，并通過一些圖像例子來加深理解，如圖2、圖3和圖4所示。這樣的講授不僅可以讓學(xué)生更系統(tǒng)的理解各種變換理論而且通過研究整個理論體系的發(fā)展可以激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)造性。

4 實踐教學(xué)

實踐教學(xué)是教學(xué)課程的重要組成部分，它是鞏固理論知識和加深對理論認(rèn)識的有效途徑，是培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的高素質(zhì)工程技術(shù)人員的重要環(huán)節(jié)，是理論聯(lián)系實際、培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考和創(chuàng)新能力的重要平臺[8]。相對于理論教學(xué)而言，實踐教學(xué)是教學(xué)過程中最薄弱的環(huán)節(jié)。為了有效提高實踐教學(xué)，根據(jù)學(xué)生的實際情況對相關(guān)的實驗內(nèi)容的選取進(jìn)行了相應(yīng)的改革。

4.1實驗準(zhǔn)備

考慮到電子信息專業(yè)的同學(xué)不同于計算機(jī)專業(yè)，沒有開設(shè)VC 課程，但開設(shè)了MATLAB 課程，已經(jīng)掌握了MATLAB 的一些基本編程能力，另外，MATLAB 軟件為數(shù)字圖像處理提供了功能豐富的圖像處理工具箱。它集成了一系列支持圖像處理操作的函數(shù)。涵蓋了圖像處理的幾乎所有的技術(shù)方法，是學(xué)習(xí)和研究圖像處理的人員的寶貴資料和加工工具。因此，選取計算能力強(qiáng)的MATLAB軟件作為教學(xué)軟件是必要的。此外，還需要準(zhǔn)備實驗所需的圖像。

4.2 實驗內(nèi)容

實驗內(nèi)容的選取也是相當(dāng)關(guān)鍵的。根據(jù)學(xué)生掌握知識的能力以及知識的前后銜接關(guān)系，選擇圖像變換、增強(qiáng)、分割、特征提取和識別等作為實驗內(nèi)容。然后根據(jù)知識點的難易程度分為基本實驗、開放型實驗和演示實驗。 這樣具有一定的層次感，使得學(xué)生接受起來較為容易。例如，對于傅里葉變換的實驗，首先要求學(xué)生能夠?qū)D像進(jìn)行傅里葉變換，并分析變換后的圖像以及其逆變換后重構(gòu)圖像；當(dāng)在這個試驗中掌握了傅里葉變換后，再安排圖像頻域增強(qiáng)等實驗。

4.3 實驗內(nèi)容拓展

通過理論知識的講解以及基本實驗的實施，學(xué)生能夠較好的理解所學(xué)的知識，且能夠?qū)⑺鶎W(xué)的知識應(yīng)用于處理一幅具體圖像。為了進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和創(chuàng)新的能力，需要為一些有興趣的學(xué)生提供一些參與教師科研項目的機(jī)會。例如通過課程設(shè)計的形式來為他們積累一些實踐經(jīng)驗以及培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。通過學(xué)生的積極參與，一方面， 加深了對所學(xué)專業(yè)知識的理解，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。

5 結(jié)論

本文針對計算機(jī)、影像各專業(yè)對圖像處理的要求和數(shù)字圖像處理本身的特點， 充分結(jié)合我校學(xué)生的實際情況，對《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)進(jìn)行的嘗試性的改革和探索。通過對教學(xué)內(nèi)容的整合，使得教學(xué)內(nèi)容更緊湊和調(diào)理更清楚。在理論知識的傳授方面，結(jié)合了案例教學(xué)法和教學(xué)內(nèi)容延伸法來進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力。最后，利用教學(xué)實踐來鞏固所學(xué)知識，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)造力。隨著時代的發(fā)展以及知識的快速更新，對教學(xué)提出了新的要求。作為教學(xué)主體的教師，需要不斷的地學(xué)習(xí)新的知識，總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，不斷地探索和嘗試新的教學(xué)方法才能與時俱進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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[4] 王旭初， 潘銀松.《數(shù)字圖像處理》實驗的課題驅(qū)動式教學(xué)探索[J].電腦知識與技術(shù)，2010，34（6）：9810-9811，9818.

[5] 王雪.圖像處理教學(xué)中如何培養(yǎng)學(xué)生的行業(yè)素質(zhì)[J].長春教育學(xué)院學(xué)報，2013，29（1）：145，157

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[7] 潘振贛，龔聲蓉. 淺談數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本原理[J].電腦知識與技術(shù)，2010，6（6）：1452-1453，1460.

[8] 劉二林. 醫(yī)學(xué)圖像處理課程教學(xué)模式探索[J].計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用， 2012，21（2）：19-21.