基于數(shù)字圖像處理課程的多維度教學(xué)探索

楊京輝

摘 ?要：隨著現(xiàn)代教育的發(fā)展，基于數(shù)字圖像處理課程，積極探索課程的多維度教學(xué)模式，以滿足學(xué)生能力的培養(yǎng)需求。結(jié)合數(shù)字圖像處理課程特點，文章分析了在實際教學(xué)中展開的多維度教學(xué)探索，為后續(xù)的教學(xué)工作提供了一定的經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理;多維度;教學(xué)探索

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）29-0120-04

Abstract： With the development of modern education， based on digital image processing course， the multi-dimensional teaching mode is actively explored to meet the necessary of colleges' capability training. Combined with the characteristics of digital image processing courses， this paper analyzes certain multi-dimensional teaching explorations carried out in actual teaching， and provides experience for the subsequent teaching work.

Keywords： Digital Image Processing; multi-dimensional; teaching exploration

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，20世紀(jì)60年代初，數(shù)字圖像處理這門利用計算機(jī)來處理數(shù)字圖像的新型學(xué)科順利誕生。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，計算機(jī)性能的不斷提升，數(shù)字圖像處理技術(shù)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于社會的各個方面，例如：依托航空航天技術(shù)進(jìn)行對地觀測、生物醫(yī)學(xué)的影像分析診斷、現(xiàn)代通信中的圖像傳輸、工程中的質(zhì)量檢測以及公共安全中的人臉識別等方面[1-2]?？梢钥吹?，數(shù)字圖像處理技術(shù)在推動并服務(wù)于社會進(jìn)步與發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。

一、數(shù)字圖像處理課程介紹

數(shù)字圖像處理課程，作為一門在大學(xué)本科開設(shè)的專業(yè)課程，其定位為電子類、計算機(jī)類、地理信息類等專業(yè)的專業(yè)主干課程。本課程的理論知識與實踐應(yīng)用緊密結(jié)合，同時，數(shù)字圖像處理也是一門多學(xué)科交叉融合的課程[3]。本課程針對本科生主要介紹數(shù)字圖像處理中的基本概念和方法，重點側(cè)重對基本知識的理解和具體應(yīng)用的介紹，使學(xué)生對數(shù)字圖像處理形成較為全面的認(rèn)識，為后續(xù)的進(jìn)一步學(xué)習(xí)、實踐和研究打下扎實的基礎(chǔ)。

作者承擔(dān)中國地質(zhì)大學(xué)（北京）信息工程學(xué)院電子信息工程專業(yè)和地理信息科學(xué)專業(yè)的數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)工作，共計4個班級。由于本科各專業(yè)的培養(yǎng)方案差異，目前電子信息工程專業(yè)開課時間為大四上學(xué)期，即本科第七學(xué)期，地理信息科學(xué)專業(yè)開課時間為大三上學(xué)期，即本科第五學(xué)期。本課程共計48學(xué)時，其中理論講課學(xué)時為32學(xué)時，實驗操作學(xué)時為16學(xué)時。本課程教材采用的是由Gonzalez和Woods合著、由阮秋琦和阮宇智等翻譯的在業(yè)內(nèi)處于引領(lǐng)地位的經(jīng)典教材《數(shù)字圖像處理》，其英文原版及中文譯版可由同學(xué)們根據(jù)自身水平結(jié)合配套使用并參考[4-5]。

二、多維度教學(xué)探索

為了滿足現(xiàn)代教育發(fā)展的需求，同時考慮到數(shù)字圖像處理技術(shù)在不斷進(jìn)步和發(fā)展，因此需要對課程的理論教學(xué)環(huán)節(jié)以及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)不斷更新[6]。需要打破單一維度的教學(xué)模式，結(jié)合課程特點積極探索多維度教學(xué)模式，以滿足學(xué)生能力的培養(yǎng)需求[7]。針對數(shù)字圖像處理課程，經(jīng)過多年的教學(xué)經(jīng)驗積累，下面來具體分析在實際教學(xué)中展開的多維度教學(xué)探索，圖1為數(shù)字圖像處理課程多維度教學(xué)探索示意圖。

（一）教學(xué)模式維度

相比于單一的線下教學(xué)模式或者單一的純線上教學(xué)模式，2020年秋季學(xué)期的數(shù)字圖像處理課程采用了線上線下同步教學(xué)模式。2020年秋季學(xué)期大部分學(xué)生能夠正常返校，但是受到疫情影響部分學(xué)生不能正常返校，采用線上線下同步教學(xué)模式能夠保證所有學(xué)生的課程進(jìn)度同步。線上線下同步教學(xué)模式采用的是返校同學(xué)進(jìn)行線下在學(xué)校教室的課堂授課，同時依托學(xué)校教室中的超星直播客戶端將課堂情況進(jìn)行直播，而不能返校的學(xué)生可以在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方打開直播鏈接進(jìn)行實時同步學(xué)習(xí)。每次上完課后教師把當(dāng)堂課程的直播鏈接放在超星平臺中由教師建設(shè)的數(shù)字圖像處理課程里，所有的學(xué)生均可以隨時回看學(xué)習(xí)，同時，教師可在超星平臺上傳課程資料如PPT、文檔等以方便所有同學(xué)下載學(xué)習(xí)。圖2為數(shù)字圖像處理課程線上線下同步教學(xué)模式示意圖。線上線下同步教學(xué)模式既能形成良好的課堂互動，保證課堂效果，又能夠打破空間地域上的障礙，通過超星平臺的回看功能方便了同學(xué)進(jìn)行復(fù)習(xí)以及知識點的鞏固。

（二）理論教學(xué)維度

在理論教學(xué)中，教師采用多種手段激發(fā)學(xué)生興趣，吸引學(xué)生注意力。比如以教材中的第九章形態(tài)學(xué)圖像處理這一章節(jié)為例，如何讓同學(xué)們對本章的知識點感興趣呢？首先，可以播放一段大家從小就熟知的變形金剛視頻，截取變形金剛變身的片段，從視覺上直觀地展示了變化過程，其變身的過程實質(zhì)上可以認(rèn)為是形態(tài)發(fā)生了改變，在此基礎(chǔ)上引出本節(jié)課要介紹的主要內(nèi)容。然后，通過預(yù)留一個實際問題比如如何提取常見剪影的輪廓，吸引學(xué)生主動思考形態(tài)學(xué)在圖像處理中的應(yīng)用，增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。后續(xù)進(jìn)入形態(tài)學(xué)知識點的講解，借助PPT并依托多媒體的優(yōu)點，以直觀的形式比如利用動畫對具體運算過程進(jìn)行分步演示，以幫助學(xué)生更好地理解。在知識點介紹過程中，采用聯(lián)想、對比、啟發(fā)等多種手段引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，比如：采用對比的方法，在二值腐蝕的基礎(chǔ)上介紹二值膨脹，對兩個知識點進(jìn)行對比理解;引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想思考，腐蝕運算能夠運用在二值圖像上，那么在灰度圖像上的腐蝕運算又是怎樣;啟發(fā)提問，如何利用形態(tài)學(xué)知識提取出剪影的輪廓。通過實際理論教學(xué)可直觀感受到，借助多種手段對學(xué)生適時引導(dǎo)，提升了學(xué)生對該知識點的興趣，能夠達(dá)到較好的課堂效果。