“數字圖像處理”課程設計與學生實踐動手能力的培養

2008-12-31 00:00:00李熙瑩

計算機教育 2008年8期

文章編號：1672-5913(2008)08-0017-02

摘要：本文從“數字圖像處理”的特點和具體課程設置情況出發，討論了如何明確教學目標，采用課程設計的教學考核模式來培養學生的動手能力和科研能力。

關鍵詞：數字圖像處理；課程設計；實踐動手；科研能力

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

隨著計算機和網絡技術的迅猛發展，數字圖像處理得到越來越廣泛的應用。相應地，“數字圖像處理”也成為一門重要的信息技術類專業課程。由于這門課程自身的特點和教學目標，實踐動手能力的培養非常關鍵。在實際教學中，采用課程設計的教考模式，可解決實踐能力培養的問題，能激發優秀學生在數字圖像處理領域的科研興趣，并通過進一步的指導性自學培養其科研能力，效果明顯。

1課程特點和設置目的

1.1課程特點

數字圖像處理是一門綜合性很強的學科，其講授的內容為數字圖像處理技術的基本概念、原理、算法及其應用該課程具有以下兩個特點：

(1) 課程內容廣泛，理論抽象。由于涉及計算機、數學、光學、電子等多個學科，課程內容廣泛，理論抽象，算法實現過程不直觀，學生難理解。即使將多媒體和網絡引入教學，給學生展示豐富的圖例示范，提供強烈的視覺效果，但要使學生真正理解相關知識和技術并不容易。

(2) 實踐性強，與實際應用密切相關。這門課程本身的知識體系源自各種具體應用，實踐性強，只有通過大量的動手操作和算法實現，才能體會到各種處理方法和技術的功能和作用。

許多老師在教學中充分利用各種教學手段，如建立Matlab實驗平臺、給出交互式操作界面；擴充實驗教學內容，增加探索性、創新性與應用性的實習項目，從實踐效果來看，對學生實踐能力的培養幫助很大。

1.2教學目的

“數字圖像處理”作為一門重要的專業選修課程，一般安排在本科三年級開設。此時學生已經學習過程序設計(一般為C語言)與一些基礎課程。教學要求包括：

●了解數字圖像處理的發展、應用以及當前國際國內研究的熱點和重要成果；

●通過介紹圖像的數學描述、圖像的數字化、圖像正交變換、圖像增強、圖像恢復等基本圖像處理方法，使學生能熟練地掌握數字圖像處理的基本過程；

●較深入地理解數字圖像處理的基本概念、基礎理論以及解決問題的基本思想方法，掌握基本的處理技術；

●了解處理技術相關的應用領域，具有閱讀各類圖像處理文獻的能力；

能夠運用一門高級語言編寫簡單的圖像處理軟件，實現對圖像進行的基本處理。

2課程設計與實踐動手能力

2.1課程設計的內容與目標

課程設計分兩個層次：基本功能的實現與專題研究。

(1) 基本功能的實現。目的是讓學生掌握最基本的圖像處理技術，包括圖像的讀寫、直方圖處理(簡單變換和直方圖均衡化)、圖像平滑與增強、邊緣抽取、閾值化、基本二值形態學處理(腐蝕、膨脹、開、閉等)、離散傅里葉變換等重要的基礎知識點。

(2) 專題研究。目的是激發優秀學生的科研興趣，培養他們在圖像處理研究以及相關學科應用領域的研究和工程能力。專題研究在完成第一層次課程設計基礎上進行，其過程與第一層次課程設計有一定重疊時間。專題從在研科研項目中抽取一些小的課題供學生選擇；或者學生自由發揮，在經過幾周基礎學習后，根據興趣點和介紹的前沿算法擬定課題。一般2~4人組成一個研究小組，給予指導，定期討論、交流匯報。

2.2課程設計的實施效果

課程的最終考核主要是課程設計，要求學生介紹自己的結果，并隨機提問。從學生們最終提交的報告和課程設計程序看，編程能力和實際動手能力明顯增強。

課程學習之初，絕大多數學生反映編程基礎不夠，甚至有人提出退選。堅持到學期末，絕大多數學生都可以完成第一層次的課程設計，并給出完整的、交互式的程序。大家普遍反映這種考察方式很有挑戰性，感覺到自己真正能編程能實現許多功能了，動手能力方面的信心大大增強。一些優秀學生的設計軟件無論在功能實現和界面設計方面都達到很高水準。圖1是從一位學生的課程設計報告中節選出來的軟件結構設計圖。圖2是另一位學生課程設計的軟件實際運行界面。