“數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)實踐

摘要:提出“數(shù)字圖像處理”課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計既要重視基礎(chǔ)理論，又要兼顧專業(yè)特點，并將傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代教學(xué)方法和手段相結(jié)合，進(jìn)而提出本課程的教學(xué)應(yīng)該與學(xué)生科研創(chuàng)新能力的培養(yǎng)相結(jié)合，以達(dá)到促進(jìn)學(xué)生學(xué)好本門課程，并為后續(xù)課程打好基礎(chǔ)的目的。

關(guān)鍵詞:數(shù)字圖像處理;教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法;科研創(chuàng)新能力

中圖分類號:G642文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)32-9037-02

Digital Image Processing Teaching and Practice of Intelligence Science and Technology Specialty

GAO Shang-bing

(Institute of Computer Engineering，Huaiyin Institute of Techlonogy， Huaian 223001， China)

Abstract: The authors propose that the teaching content should be emphasis on basic theories as well as the specialty's characteristics on the digital image processing teaching， and should combine the modern teaching mode with the traditional one. More over， the course need combine students' capability of scientific research and innovation. The measure will promote students to hold this course， nd ground the other posterior courses.

Key words: digital image processing; teaching content; teaching methods; research and innovation capacity

數(shù)字圖像處理是當(dāng)今信息處理技術(shù)中發(fā)展很快且應(yīng)用面很廣的新興學(xué)科，已經(jīng)滲透到計算機(jī)、通信、醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、軍事等各個領(lǐng)域， 甚至與人們的生活也緊密相關(guān)。數(shù)字圖像處理是理論性和實踐性都很強(qiáng)的學(xué)科，是許多高等學(xué)校信息類專業(yè)的重要專業(yè)課程，其教學(xué)目的是使學(xué)生了解和掌握數(shù)字圖像處理的主要方法與技術(shù)，為今后的深入研究和開發(fā)工作打下良好的基礎(chǔ)。然而， 由于數(shù)字圖像處理技術(shù)涉及的知識面廣，理論較深奧，同時其內(nèi)容也在不斷豐富之中，如何保證和提高數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)質(zhì)量是值得認(rèn)真思考的實際問題。

1 制定科學(xué)的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容將Matlab仿真實驗引入課堂

我校的“數(shù)字圖像處理”課程制定了科學(xué)、合理的教學(xué)目標(biāo)和循序漸進(jìn)且兼顧相關(guān)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容。由于數(shù)字圖像處理融合了數(shù)學(xué)、電子、計算機(jī)軟硬件、智能系統(tǒng)集成等眾多先進(jìn)技術(shù)，體現(xiàn)了諸如計算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)、光學(xué)工程等學(xué)科相互交叉和融合的綜合運用，內(nèi)容豐富，應(yīng)用廣，因此本課程在教學(xué)內(nèi)容上既要重點介紹數(shù)字圖像處理的基本理論、方法，又要介紹當(dāng)今圖像處理的重要應(yīng)用領(lǐng)域以及與其他學(xué)科之間的內(nèi)在銜接與融合，使教學(xué)內(nèi)容具有系統(tǒng)性、完整性、科學(xué)性和先進(jìn)性。在教學(xué)內(nèi)容的選取上，繼續(xù)深化重概念、重基礎(chǔ)、重實驗、重綜合的“四重”教學(xué)，突出學(xué)以致用的觀念，使學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)掌握解決具體問題的方法。以能讓學(xué)生較深入地理解數(shù)字圖像處理的基本概念、基礎(chǔ)理論以及解決問題的基本思想方法，熟練地掌握數(shù)字圖像處理的基本過程為目的，使學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)有最大的收獲。例如，“圖像變換”是“數(shù)字圖像處理”課程的核心內(nèi)容，是理解后續(xù)的“圖像增強(qiáng)”、“圖像復(fù)原”等內(nèi)容的基礎(chǔ)，因此我們重點講述了“傅立葉變換”和“小波變換”，將Walsh 變換作為學(xué)生自學(xué)內(nèi)容。這樣選擇教學(xué)內(nèi)容的目的，是要使學(xué)生明白“圖像變換”的目的在于使我們所更關(guān)心的一些原始圖像的特征更加明顯，變換手段不同導(dǎo)致了不同的變換結(jié)果。此外，《數(shù)字圖像處理》課程是一門利用計算機(jī)進(jìn)行圖像處理的學(xué)科，許多算法最終要在計算機(jī)上實現(xiàn)。 而現(xiàn)代多媒體計算機(jī)中又采用了許多數(shù)字圖像處理技術(shù)，如圖像壓縮技術(shù)、圖像處理技術(shù)等，因此《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)不能脫離計算機(jī)，僅僅紙上談兵是不夠的。 將MATLAB 仿真研究引入課堂，并貫穿始終，可以化過去的“耳聽為虛”為現(xiàn)在的“眼見為實”。在教學(xué)中，除了采用普通的多媒體教學(xué)手段以外，每次講到一個知識點時，隨時演示一下它的MATLAB 仿真程序，把該門課程在現(xiàn)時生活中的應(yīng)用引入到課堂，以便用來增強(qiáng)學(xué)生對抽象的理論原理與實際仿真效果相結(jié)合的理解力。講到利用直方圖變換增強(qiáng)圖像時，可以給學(xué)生演示利用直方圖均勻化增強(qiáng)的計算步驟及實例的演示結(jié)果。

2 根據(jù)專業(yè)特色和課程特點，采用先進(jìn)的教學(xué)方法和手段

在“數(shù)字圖像處理”課程的教學(xué)過程中，為提高教學(xué)質(zhì)量，在教學(xué)中采用了多種教學(xué)方法和教學(xué)手段，注重采用多種教學(xué)方式調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，加強(qiáng)學(xué)生獲取知識能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，這也是深化教學(xué)改革的重要內(nèi)容。根據(jù)“數(shù)字圖像處理”課程的特點，我們在教學(xué)方法和教學(xué)手段方面進(jìn)行了以下的探討嘗試，并取得了一定的成效。

2.1 教學(xué)方法研究

在采用課件教學(xué)過程中，注重現(xiàn)代化教學(xué)手段與傳統(tǒng)教學(xué)的結(jié)合，教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法的優(yōu)化組合，以啟發(fā)式教學(xué)法為主，貫徹“少而精”的原則，結(jié)合具體應(yīng)用實例，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣， 激發(fā)學(xué)生自主探索與研究的積極性。再者， 這門課程的內(nèi)容很多是大串的枯燥繁冗的公式推導(dǎo)，因此在授課的過程中注意對公式原理的總結(jié)和歸納是重要的，并且通過黑板板書進(jìn)行簡單實例計算演示( 如模版運算、傅立葉變換計算)，使得學(xué)生易于理解和掌握。

2.2 更新教學(xué)手段，采用現(xiàn)代化手段教學(xué)

根據(jù)數(shù)字圖像處理課程理論知識比較深奧， 實踐性強(qiáng)、應(yīng)用領(lǐng)域廣的特點以及現(xiàn)有教學(xué)設(shè)備、環(huán)境的改善，采用PowerPoint 技術(shù)制作教學(xué)課件。這樣能縮短學(xué)時， 提高教學(xué)效果;促進(jìn)教改，優(yōu)化教學(xué)過程;提高學(xué)生自學(xué)和動手能力，增強(qiáng)信息素養(yǎng);大大提高實驗效果和學(xué)生的興趣， 獲得優(yōu)良的教學(xué)效果。課程的教學(xué)大綱、授課教案、教學(xué)課件、習(xí)題、實驗指導(dǎo)、參考文獻(xiàn)目錄等均上網(wǎng)， 從而為實現(xiàn)教學(xué)資源共享、開展多種形式的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

2.3 教案電子化和網(wǎng)絡(luò)化

我們已經(jīng)整合各類課程教學(xué)資源，如課程介紹、主講教師介紹、教學(xué)大綱、授課教案、作業(yè)習(xí)題、實驗指導(dǎo)、參考文獻(xiàn)目錄、課程考試考核辦法、授課實況錄像等資源全部上網(wǎng)，建成“數(shù)字圖像處理”的網(wǎng)絡(luò)課堂，應(yīng)用該系統(tǒng)開展網(wǎng)絡(luò)化輔助教學(xué)。例如在“電子教案”欄目中，我將數(shù)字圖像處理的PPT放置在這里，學(xué)生課后可以結(jié)合該P(yáng)PT對課堂知識進(jìn)行消化吸收，加深對課堂內(nèi)容的理解。借助網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生的學(xué)習(xí)和與教師交流可以跨越時空。通過網(wǎng)絡(luò)課堂，既能實現(xiàn)以教師為中心向以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變，為增強(qiáng)學(xué)生的信息意識、綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力和個性發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)，又能獲取同行和學(xué)生的反饋信息，促進(jìn)教學(xué)經(jīng)驗交流、教學(xué)資源共享甚至教學(xué)成果推廣應(yīng)用。

2.4 加強(qiáng)實踐教學(xué)

數(shù)字圖像處理是一門關(guān)于如何用計算機(jī)對圖像進(jìn)行處理的學(xué)科。為了使學(xué)生系統(tǒng)掌握該學(xué)科的基本原理和和典型算法， 特別強(qiáng)調(diào)通過編程實踐， 即采用計算機(jī)語言進(jìn)行數(shù)字圖像處理編程， 并上機(jī)實現(xiàn)。換言之， 數(shù)字圖像處理是門對學(xué)生的動手能力要求很高的課程。

為了使學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)字圖像處理基本原理的同時盡快掌握典型算法， 我要求學(xué)生采用MATLAB 語言進(jìn)行編程。這主要出于兩方面的考慮: 第一， 學(xué)生雖已學(xué)習(xí)過C++語言， 但由于圖像處理算法的C語言實現(xiàn)的復(fù)雜性(例如， 讀寫B(tài)MP格式圖像文件的C++語言程序代碼就有數(shù)十行之多) ， 對于C++語言編程不熟練的人很難完成， 因此容易使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒; 第二， 由于近年來MATLAB 編程語言在高校教學(xué)中的普及， 不少學(xué)生在大學(xué)二年級通過選修課和數(shù)學(xué)建模已學(xué)習(xí)了MATLAB語言， 并掌握了MATLAB 的一些基本編程能力， 因此在學(xué)MATLAB 圖像處理工具箱中的函數(shù)時不難上手。

實驗內(nèi)容注重選擇該門課程的核心知識點內(nèi)容，而且又與現(xiàn)實生活中的應(yīng)用聯(lián)系密切部分作為實驗內(nèi)容。實驗內(nèi)容主要有:各種圖像增強(qiáng)算法的設(shè)計與實現(xiàn)、圖像邊緣檢測的設(shè)計與實現(xiàn)、圖像變換的算法實現(xiàn)、圖像分析以及圖像恢復(fù)等。 通過實驗練習(xí)和指導(dǎo)，學(xué)生加深了對課堂教學(xué)內(nèi)容的理解，提高了學(xué)習(xí)興趣，大大增強(qiáng)了學(xué)生的實踐能力。

實驗的內(nèi)容也不僅僅局限于上面提到的幾個實驗，學(xué)生可以自己提出問題，自己設(shè)計實驗內(nèi)容，經(jīng)過編程分析實驗，自己解決問題，并以實驗報告的形式寫清楚實驗的原理、過程及解決的現(xiàn)實問題。 通過這種方法可以使學(xué)生用所學(xué)理論解決實際問題，又可使學(xué)生有了總結(jié)歸納的能力，培養(yǎng)了學(xué)生養(yǎng)成主動探究的態(tài)度和批判、創(chuàng)新的精神，適應(yīng)了知識經(jīng)濟(jì)時代對人才素質(zhì)的需求.

3 結(jié)束語

針對目前《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)的現(xiàn)狀，本文根據(jù)《數(shù)字圖像處理》課程的具體特點，結(jié)合教學(xué)實踐，提出了一系列改善教學(xué)效果的思路舉措。實驗結(jié)果表明，這種改革方法不但加強(qiáng)了學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí)，還突出了學(xué)生的工程意識、創(chuàng)新意識與綜合設(shè)計能力，使學(xué)生的信息綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新能力、科學(xué)研究能力都有了明顯的提高，從而提高了該門課程的教學(xué)效果。

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