數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)改革與實踐

田學(xué)軍++趙娟

摘要：數(shù)字圖像處理課程是通信信息類專業(yè)及印刷相關(guān)專業(yè)的專業(yè)核心課程，而實踐性教學(xué)又是教學(xué)中比較重要的部分。本文針對數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)中的不足之處對其進行教學(xué)改革與實踐，主要從實踐教學(xué)內(nèi)容和實踐教學(xué)過程的改革及實驗團隊建設(shè)和綜合實驗群的建設(shè)方面進行分析和論述。

關(guān)鍵字：數(shù)字圖像處理，實驗教學(xué)，改革與實踐

中圖分類號： G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（c）-0000-00

0引言

通過計算機對圖像進行去除噪聲、增強、復(fù)原、分割和提取特征等的方法和技術(shù)既是數(shù)字圖像處理。數(shù)字圖像處理課程是一門交叉性學(xué)科，設(shè)計范圍非常廣泛，且具有很強的理論性和實踐性。其產(chǎn)生和迅速發(fā)展主要受計算機的發(fā)展、數(shù)學(xué)的發(fā)展和廣泛的農(nóng)牧業(yè)、林業(yè)、環(huán)境、軍事、工業(yè)和醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用需求的增長的影響。我校印刷專業(yè)開設(shè)這門課程，要求學(xué)生學(xué)習(xí)基本的理論基礎(chǔ)上，可以通過計算機編程來實現(xiàn)數(shù)字圖像的基本處理，并能夠運用各種算法解決各種實際生活問題，以提高實踐操作能力。計算機和信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，實踐教學(xué)必須跟上時代的發(fā)展才能順應(yīng)形勢，真正提高學(xué)生的社會適應(yīng)能力。實際實驗教學(xué)中，通常是簡單的驗證性和演示性操作或利用較少的課時給學(xué)生講授一個或兩個編程用以實現(xiàn)一個算法性教學(xué)，學(xué)生對其他算法比較陌生，而且算法之間的聯(lián)系也沒有基本的認(rèn)知，以至于在解決時間問題時顯得束手無策，達不到教學(xué)目標(biāo)，授課效果也不佳，不利于人才的培養(yǎng)。結(jié)合我校數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)的實際，對實驗教學(xué)進行改革與實踐勢在必行。在改革中，我們以學(xué)生為中心，著力培養(yǎng)學(xué)生分析圖像、處理圖像的基本方法，系統(tǒng)的講授基于不同算法下圖像處理的基本方法和技巧。主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1改革實踐教學(xué)內(nèi)容

在數(shù)字圖像處理的實驗教學(xué)中，特別強調(diào)學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，學(xué)生能夠利用所學(xué)到的基本理論進行簡單問題的分析、處理和設(shè)計。根據(jù)教學(xué)大綱的基本要求整合實驗內(nèi)容，把傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進行新的規(guī)劃和設(shè)計，采用模塊化處理。主要分為常用MATLAB圖像處理命令、圖像空域濾波增強、圖像復(fù)原、圖像分割、彩色圖像處理、圖像的運算、頻域圖像處理和圖像處理實際應(yīng)用八個模塊。

對于每一個模塊的分析和設(shè)計，要求學(xué)生在利用理論分析的基礎(chǔ)上能夠進行算法仿真分析。因此在理論課堂上必須教授算法，以配合實驗操作。在實驗操作的過程中，學(xué)生根據(jù)不同的實驗內(nèi)容采用不同的算法進行仿真分析。

每一個教學(xué)模塊的教學(xué)內(nèi)容都進行詳細規(guī)劃，這就需要系統(tǒng)的教材。因此我們編寫了一套適合于數(shù)字圖像處理的模塊化教學(xué)的教材。此教材主要針對每一個模塊的內(nèi)容編寫相應(yīng)的實驗內(nèi)容及相應(yīng)的仿真算法仿真程序，并附有例題和問題，學(xué)生可以參照例題分析和解決問題，從而達到觸類旁通、舉一反三的效果，同時提高學(xué)生的編程能力和分析解決問題的能力，提高創(chuàng)造性思維。

將數(shù)字信號處理中圖像處理最重要的算法作為實驗內(nèi)容，在學(xué)生編寫MATLAB程序之前給學(xué)生講授算法的基本原理和編寫事項，把涵蓋關(guān)于圖像增強、壓縮、處理、分割、描述和彩色處理等部分，通過MATLAB編程實現(xiàn)，從而實現(xiàn)圖像的顯示、讀取、均衡、濾波、頻域變換、膨脹和細化等各種操作，把抽象問題程序化。學(xué)生在操作的時候，通過編寫程序，演示圖像處理的過程，加深對數(shù)字圖像處理信號的理解和認(rèn)知。

2改革教學(xué)過程

在整合教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上改革實驗教學(xué)過程，主要包括授課環(huán)境、授課形式、授課方法和授課手段的改革與實踐。

授課環(huán)境的好壞直接決定著授課質(zhì)量。過去一直采用在DSP實驗室通過MATLAB編程來實現(xiàn)圖像處理分析，但對于印刷專業(yè)的學(xué)生來說數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，沒有MATLAB編程基礎(chǔ)，在課堂上短短的幾十分鐘實現(xiàn)圖像的處理是不現(xiàn)實的。通過實踐教學(xué)改革引入了虛擬仿真平臺，通過網(wǎng)絡(luò)建設(shè)充分的利用虛擬仿真平臺，學(xué)生可以在充分學(xué)習(xí)實驗內(nèi)容所需的各種知識后，隨時隨地的提交作業(yè)，不再局限于課堂的幾十分鐘。而且還可以和老師直接互動，和同學(xué)直接互動，及時解決實驗操作過程中的問題。

授課形式多樣化是實驗教學(xué)改革必須采取的。主要有講授式、問題探索式、訓(xùn)練與實踐式和基于現(xiàn)代信息技術(shù)的授課方式等[1]。講授式教學(xué)過程主要是在操作之前教師講授實驗內(nèi)容及注意事項；問題探索式要求學(xué)生提出問題、確定問題、討論提出問題假設(shè)、實驗操作尋求結(jié)果、最終驗證問題結(jié)果，以提高學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果；訓(xùn)練與實踐式主要是通過示范教學(xué)、模擬教學(xué)和項目教學(xué)等教學(xué)方法進行實踐操作；基于現(xiàn)代多媒體信息技術(shù)實現(xiàn)實驗操作的流程的再現(xiàn)，虛擬仿真的模擬等過程。

在數(shù)字圖像處理中對于每個模塊的實驗操作，通過下達任務(wù)的形式，讓學(xué)生在下面討論分析如何實現(xiàn)最好，找出最優(yōu)方案；課堂上老師演示程序仿真分析某一個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)一個具體的功能，讓學(xué)生對比分析自己所設(shè)計的和老師設(shè)計的優(yōu)缺點。這樣既調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和自主性，也調(diào)高了授課效果。

教師授課是授漁的方法而非授魚的方法。在信息技術(shù)發(fā)展的今天針對數(shù)字圖像處理實驗課程，采用傳統(tǒng)教學(xué)手段和現(xiàn)代化教學(xué)手段有機整合進行授課是必須的。

3建立考核機制和評價機制

有效的考核機制和評價機制是一門實驗課必不可少的環(huán)節(jié)。打破傳統(tǒng)學(xué)期末一次考核的方式，而是將平時的考勤、操作、網(wǎng)絡(luò)互動等環(huán)節(jié)均考慮進去綜合考核，給出考核標(biāo)準(zhǔn)，一方面比較公正，另一方面也促進學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性。過去沒有完善的評價機制，經(jīng)過改革，以學(xué)評教、教評學(xué)、學(xué)評學(xué)和教評教等方式展開評價，通過多方的評價找出各自的不足，及時改進，促進教學(xué)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效果。

4建立綜合實驗團隊及綜合實驗群

通過教師或?qū)W生組織相關(guān)協(xié)會構(gòu)建綜合實驗團隊。團隊以學(xué)生為主題，教師指導(dǎo)的方式進行。開展定期或不定期的活動，讓有興趣的學(xué)生參與進來，達到鍛煉的效果。

數(shù)字圖像處理是一門交叉性學(xué)科，設(shè)計到多個專業(yè)，其實驗內(nèi)容也是非常豐富的[2]。因此打破課程界限，實行多門實驗交叉匯合，建立綜合實驗群是實驗教學(xué)改革的必須做的。數(shù)字圖像處理包括數(shù)字圖像信號的產(chǎn)生、傳輸、處理和輸出等過程，因此將數(shù)字電子技術(shù)實驗室、DSP實驗室、信號與系統(tǒng)實驗室和印刷圖文實驗室綜合建立實驗群，實現(xiàn)綜合性和實踐性實驗的操作，提高學(xué)生的分析問題和解決問題的能力的同時，提高授課效果。

5通過項目訓(xùn)練，增強科研能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

鼓勵學(xué)生申報創(chuàng)業(yè)園項目，讓學(xué)生做專業(yè)相關(guān)的項目性研究，利用所學(xué)解決實際問題。如學(xué)生申報的創(chuàng)業(yè)園門面的照相館，學(xué)生利用數(shù)字信號處理技術(shù)對照片進行各種處理；利用圖像分割技術(shù)對車牌照進行分割等，均是對實際問題的處理。同時組織有興趣的師生建立科研團隊，開展講座等各項活動，增強科研能力，同時培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

6結(jié)論

本文結(jié)合數(shù)字圖形處理實際實驗教學(xué)進行改革。通過具體實施學(xué)生反映良好。在實際授課中采取任務(wù)驅(qū)動的方式讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)，通過課堂上進行操作或在課堂之外進行實驗，通過網(wǎng)絡(luò)與老師和同學(xué)互動進而提交實驗。調(diào)高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，節(jié)約了老師的大量時間和精力，提高了授課效果，有利于人才培養(yǎng)方案的實施。

參考文獻

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【2】李露，謝鳳英.關(guān)于在實驗課程中培養(yǎng)研究生創(chuàng)新實踐能力的探索：以數(shù)字圖像處理實驗課程教學(xué)改革為例[J].實驗技術(shù)與管理，2010，11.

【3】胡慶芳著.優(yōu)化課堂教學(xué)：方法與實踐：中國人民大學(xué)出版社，2014

【4】李金萍，陸玲，劉自強.徐瑋.數(shù)字圖像處理課程時間教學(xué)改革探索.科技視界.2012.3

【5】趙峰，安志勇，等.《數(shù)字圖像處理》教學(xué)改革探析[J].現(xiàn)代計算機，2011，12.

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