數字圖像處理實驗教學改革與實踐

田學軍++趙娟

摘要：數字圖像處理課程是通信信息類專業及印刷相關專業的專業核心課程，而實踐性教學又是教學中比較重要的部分。本文針對數字圖像處理實驗教學中的不足之處對其進行教學改革與實踐，主要從實踐教學內容和實踐教學過程的改革及實驗團隊建設和綜合實驗群的建設方面進行分析和論述。

關鍵字：數字圖像處理，實驗教學，改革與實踐

中圖分類號： G642 文獻標識碼：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、復原、分割和提取特征等的方法和技術既是數字圖像處理。數字圖像處理課程是一門交叉性學科，設計范圍非常廣泛，且具有很強的理論性和實踐性。其產生和迅速發展主要受計算機的發展、數學的發展和廣泛的農牧業、林業、環境、軍事、工業和醫學等方面的應用需求的增長的影響。我校印刷專業開設這門課程，要求學生學習基本的理論基礎上，可以通過計算機編程來實現數字圖像的基本處理，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。計算機和信息技術高速發展的今天，實踐教學必須跟上時代的發展才能順應形勢，真正提高學生的社會適應能力。實際實驗教學中，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生講授一個或兩個編程用以實現一個算法性教學，學生對其他算法比較陌生，而且算法之間的聯系也沒有基本的認知，以至于在解決時間問題時顯得束手無策，達不到教學目標，授課效果也不佳，不利于人才的培養。結合我校數字圖像處理實驗教學的實際，對實驗教學進行改革與實踐勢在必行。在改革中，我們以學生為中心，著力培養學生分析圖像、處理圖像的基本方法，系統的講授基于不同算法下圖像處理的基本方法和技巧。主要體現在以下幾個方面。

1改革實踐教學內容

在數字圖像處理的實驗教學中，特別強調學生動手能力的培養，學生能夠利用所學到的基本理論進行簡單問題的分析、處理和設計。根據教學大綱的基本要求整合實驗內容，把傳統教學內容進行新的規劃和設計，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用八個模塊。

對于每一個模塊的分析和設計，要求學生在利用理論分析的基礎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，學生根據不同的實驗內容采用不同的算法進行仿真分析。

每一個教學模塊的教學內容都進行詳細規劃，這就需要系統的教材。因此我們編寫了一套適合于數字圖像處理的模塊化教學的教材。此教材主要針對每一個模塊的內容編寫相應的實驗內容及相應的仿真算法仿真程序，并附有例題和問題，學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，同時提高學生的編程能力和分析解決問題的能力，提高創造性思維。

將數字信號處理中圖像處理最重要的算法作為實驗內容，在學生編寫MATLAB程序之前給學生講授算法的基本原理和編寫事項，把涵蓋關于圖像增強、壓縮、處理、分割、描述和彩色處理等部分，通過MATLAB編程實現，從而實現圖像的顯示、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，加深對數字圖像處理信號的理解和認知。

2改革教學過程

在整合教學內容的基礎上改革實驗教學過程，主要包括授課環境、授課形式、授課方法和授課手段的改革與實踐。

授課環境的好壞直接決定著授課質量。過去一直采用在DSP實驗室通過MATLAB編程來實現圖像處理分析，但對于印刷專業的學生來說數學基礎薄弱，沒有MATLAB編程基礎，在課堂上短短的幾十分鐘實現圖像的處理是不現實的。通過實踐教學改革引入了虛擬仿真平臺，通過網絡建設充分的利用虛擬仿真平臺，學生可以在充分學習實驗內容所需的各種知識后，隨時隨地的提交作業，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改革必須采取的。主要有講授式、問題探索式、訓練與實踐式和基于現代信息技術的授課方式等[1]。講授式教學過程主要是在操作之前教師講授實驗內容及注意事項；問題探索式要求學生提出問題、確定問題、討論提出問題假設、實驗操作尋求結果、最終驗證問題結果，以提高學習興趣和學習效果；訓練與實踐式主要是通過示范教學、模擬教學和項目教學等教學方法進行實踐操作；基于現代多媒體信息技術實現實驗操作的流程的再現，虛擬仿真的模擬等過程。

在數字圖像處理中對于每個模塊的實驗操作，通過下達任務的形式，讓學生在下面討論分析如何實現最好，找出最優方案；課堂上老師演示程序仿真分析某一個環節，實現一個具體的功能，讓學生對比分析自己所設計的和老師設計的優缺點。這樣既調動了學生學習的積極性和自主性，也調高了授課效果。

教師授課是授漁的方法而非授魚的方法。在信息技術發展的今天針對數字圖像處理實驗課程，采用傳統教學手段和現代化教學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節。打破傳統學期末一次考核的方式，而是將平時的考勤、操作、網絡互動等環節均考慮進去綜合考核，給出考核標準，一方面比較公正，另一方面也促進學生學習的能動性。過去沒有完善的評價機制，經過改革，以學評教、教評學、學評學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，提升學生學習效果。

4建立綜合實驗團隊及綜合實驗群

通過教師或學生組織相關協會構建綜合實驗團隊。團隊以學生為主題，教師指導的方式進行。開展定期或不定期的活動，讓有興趣的學生參與進來，達到鍛煉的效果。

數字圖像處理是一門交叉性學科，設計到多個專業，其實驗內容也是非常豐富的[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改革的必須做的。數字圖像處理包括數字圖像信號的產生、傳輸、處理和輸出等過程，因此將數字電子技術實驗室、DSP實驗室、信號與系統實驗室和印刷圖文實驗室綜合建立實驗群，實現綜合性和實踐性實驗的操作，提高學生的分析問題和解決問題的能力的同時，提高授課效果。

5通過項目訓練，增強科研能力，培養創新意識。

鼓勵學生申報創業園項目，讓學生做專業相關的項目性研究，利用所學解決實際問題。如學生申報的創業園門面的照相館，學生利用數字信號處理技術對照片進行各種處理；利用圖像分割技術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，同時培養創新意識。

6結論

本文結合數字圖形處理實際實驗教學進行改革。通過具體實施學生反映良好。在實際授課中采取任務驅動的方式讓學生提前預習，通過課堂上進行操作或在課堂之外進行實驗，通過網絡與老師和同學互動進而提交實驗。調高了學生學習的主動性，節約了老師的大量時間和精力，提高了授課效果，有利于人才培養方案的實施。

參考文獻

【1】唐佳林.探討“數字圖像處理”課程的教學對策與方法[J].中國西部科技，2011，07.

【2】李露，謝鳳英.關于在實驗課程中培養研究生創新實踐能力的探索：以數字圖像處理實驗課程教學改革為例[J].實驗技術與管理，2010，11.

【3】胡慶芳著.優化課堂教學：方法與實踐：中國人民大學出版社，2014

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

【5】趙峰，安志勇，等.《數字圖像處理》教學改革探析[J].現代計算機，2011，12.

【6】鄭金洲編著.教學方法應用指導：華東師范大學出版社，2006