高智勇，劉海華，陳軍波，諶先敢

摘要：數(shù)字圖像處理技術(shù)迅猛發(fā)展，而且得到了越來越廣泛的應(yīng)用。開設(shè)《數(shù)字圖像處理》公選課可以向非相關(guān)專業(yè)的學(xué)生介紹數(shù)字圖像處理的基本知識和理論，提高學(xué)生動手能力和社會適應(yīng)能力。本文在分析教學(xué)對象和課程特點的基礎(chǔ)上，對課程選用教材，教學(xué)方法，教學(xué)手段等方面進行了深入探討和研究。近幾年的教學(xué)中，筆者據(jù)此進行實踐，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；教學(xué)實踐；公選課

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2012）12-0067-02

近年來，數(shù)字圖像處理技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，并已應(yīng)用到許多領(lǐng)域，除了如工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防軍事、生物醫(yī)學(xué)、通信等專業(yè)領(lǐng)域外，在社會和日常生活中也得到了廣泛的應(yīng)用，如數(shù)字照相機、數(shù)字攝像機、網(wǎng)絡(luò)視頻分享與欣賞。一些常用的圖像處理工具或軟件系統(tǒng)，如Photoshop、Acdsee Premiere、會聲會影等也得到了非專業(yè)人員的廣泛應(yīng)用。可以預(yù)期的是，隨著數(shù)字圖像處理朝著智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實時化等方向的發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)和日常生活的聯(lián)系也越來越緊密。因此，除了作為相關(guān)專業(yè)的專業(yè)課外，在本科階段開設(shè)數(shù)字圖像處理公選課，對提高學(xué)生動手能力，理解和認識相關(guān)技術(shù)，提高學(xué)生適應(yīng)社會的能力無疑有很大的益處，是十分必要的。數(shù)字圖像處理是一門交叉學(xué)科，內(nèi)容涉及到眾多的知識領(lǐng)域，因此，要讓學(xué)生在較短的學(xué)時內(nèi)掌握數(shù)字圖像處理中最基本、最廣泛應(yīng)用的概念、原理、理論和算法以及基本技術(shù)和方法，必須對教學(xué)方法有所改革，才能取得較好的教學(xué)效果。特別地，開設(shè)《數(shù)字圖像處理》公選課，面對的教學(xué)對象具有不同知識背景，專業(yè)相差較遠的學(xué)生，基礎(chǔ)知識、思維方式和興趣點差異也較大。因此，針對數(shù)字圖像處理課程和學(xué)生背景知識特點，對課程教學(xué)方法進行改革，才能取得較好的學(xué)習(xí)效果。本文總結(jié)了幾年的教學(xué)經(jīng)驗，對公選課《數(shù)字圖像處理》的教學(xué)方法進行一些研究和探討。

一、結(jié)合學(xué)生特點，選擇合適教材

作為一門課程的基本要求，《數(shù)字圖像處理》公選課要求學(xué)生能掌握基本的數(shù)字圖像處理知識如圖像增強，圖像壓縮和圖像分割等內(nèi)容，另外一方面也要考慮學(xué)生的背景知識差異，側(cè)重于學(xué)生的基本能力鍛煉與提高。因此，所選用的教材需要同時注重理論性和實用性。綜合起來，所選擇的教材應(yīng)該同時具有一定的理論性、實用性和新穎性。數(shù)字圖像處理作為一門學(xué)科，有很多較好的成熟教材可供選擇，例如美國Gonzalez等著的《Digital Image Processing》，阮秋琦編著的《數(shù)字圖像處理學(xué)》等教材，都反映和結(jié)合了當(dāng)前圖像處理領(lǐng)域的科技前沿動態(tài)及科技成果，包括了圖像處理的基本理論和基礎(chǔ)知識。這些教材在《數(shù)字圖像處理》專業(yè)課的教學(xué)中得到了大量的應(yīng)用。但是對于作為公選課《數(shù)字圖像處理》的教材來說，其相關(guān)理論知識還是過于深奧而實用性不夠。因此，需要選擇一本能突出其應(yīng)用而較少涉及理論和公式推導(dǎo)的教材來使用。出于此目的，我們選擇了胡學(xué)龍等編著的《數(shù)字圖像處理》作為本門課程的教材。

該教材作為一本應(yīng)用性教材，在講清基本理論和基本知識的基礎(chǔ)上，突出圖像處理基本技能的培養(yǎng)，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計圖像處理的軟件應(yīng)用，來驗證相應(yīng)的理論和算法，和我們的教學(xué)目的相接近。為了增強和突出本課程的實用性，在選定主教材的基礎(chǔ)上，根據(jù)課程和學(xué)生的特點，選擇一些和生活相關(guān)、應(yīng)用范圍較廣的書籍作為輔助性教材，便于學(xué)生根據(jù)自己的愛好和特長對所學(xué)習(xí)的知識進行驗證。我們選擇了《Visual C++數(shù)字圖像處理》、《Visual C++/Matlab圖像處理與識別應(yīng)用系統(tǒng)》、《Photoshop圖像處理》等教材作為輔助教材。結(jié)合授課內(nèi)容，布置具體作業(yè)，讓學(xué)生結(jié)合自己的興趣和特長，參照輔助教材的相關(guān)內(nèi)容進行驗證實現(xiàn)，以增強對知識的理解和應(yīng)用能力。

二、采用多種方法，提高學(xué)生興趣

興趣是學(xué)習(xí)過程中最好的老師，如果沒有學(xué)習(xí)興趣或者學(xué)習(xí)興趣不高，老師講得再生動也是枉然，所以如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣是教學(xué)中的一個關(guān)鍵因素。作為公選課來說，大部分同學(xué)根據(jù)自己的興趣和愛好進行選擇。這為提高公選課的教學(xué)效果奠定了良好的基礎(chǔ)。但是在實際教學(xué)過程中，如果教師引導(dǎo)不當(dāng)，教學(xué)內(nèi)容選擇不合適，或者教學(xué)手段單一，則有可能讓原有的興趣逐漸消失，教學(xué)效果大打折扣，因此在教學(xué)工程中，需要采用多種教學(xué)手段和方法，提高學(xué)生興趣，提高教學(xué)效果。在我們的教學(xué)實踐中，主要從以下幾個方面來提高學(xué)生興趣：

1.問卷調(diào)查。在《數(shù)字圖像處理》實際教學(xué)中，在第一次課的講授過程中，改變傳統(tǒng)的大而全的介紹方法，主要突出數(shù)字圖像處理的應(yīng)用與發(fā)展趨勢，特別是各種不同數(shù)字圖像處理方法的應(yīng)用實例，讓學(xué)生將實際應(yīng)用與相應(yīng)的圖像處理方法聯(lián)系起來。在課堂結(jié)束后，發(fā)放調(diào)查問卷，主要內(nèi)容包括先修課程的學(xué)習(xí)情況如數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計語言能力，感興趣內(nèi)容等。調(diào)查問卷回收后，及時統(tǒng)計和分析，了解學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖像處理內(nèi)容和學(xué)生感興趣內(nèi)容，及時調(diào)整和修改修訂教學(xué)計劃。做到有的放矢，為以后課堂教學(xué)中針對性地提高學(xué)生興趣做好充分的準(zhǔn)備。

學(xué)期結(jié)束前，同樣發(fā)放調(diào)查問卷，此次調(diào)查的目的是進一步了解學(xué)生的興趣和感受，課堂教學(xué)效果，數(shù)字圖像處理與先修知識結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系程度等，為提高下次公選課教學(xué)效果提供有益的反饋信息。

2.結(jié)合實例。通過具體的研究課題，具體的應(yīng)用實例特別是與日常生活聯(lián)系緊密的實例，讓學(xué)生了解各種圖像處理方法的應(yīng)用效果，一方面能讓他們了解本課程各種方法的用途和實際效果，另一方面也能提高他們的學(xué)習(xí)興趣，增強自己動手實踐的想法，為主動學(xué)習(xí)提供動力。在授課過程中，針對不同的教學(xué)內(nèi)容，選擇不同的實例。如在講授圖像增強時，以照片修復(fù)作為實例進行講解，比較不同增強方法的原理和效果；在學(xué)習(xí)圖像分割時，以道路監(jiān)控視頻分析為實例講解。除了與每章相關(guān)知識相結(jié)合的實例外，結(jié)合調(diào)查問卷的結(jié)果和所進行的研究課題，設(shè)計一個完整的圖像處理應(yīng)用系統(tǒng)，貫穿整門學(xué)科的教學(xué)中，綜合運用所學(xué)知識。在實際教學(xué)中，我們分別設(shè)計和演示了細胞圖像處理和識別系統(tǒng)，行人動作識別系統(tǒng)等實例，逐步分析和講解所應(yīng)用到的數(shù)字圖像處理基本知識和應(yīng)用效果。采用結(jié)合大量的實例進行教學(xué)，除了能引起學(xué)習(xí)的興趣外，對于培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力也有很大的幫助。在實例講解過程中，首先引導(dǎo)學(xué)生思考所需要解決的問題，引起這些問題的原因。然后結(jié)合所學(xué)的知識，針對問題特點，選擇合適的方法進行解決，并對不同解決方法進行評價和討論，理解不同方法的基本原理和實際效果。最后確定解決方案，并進行綜合評價，討論所存在的問題以及可能的解決方法。完成整個過程后，不僅大大提高了同學(xué)們興趣，也促進了圖像處理知識的理解，而且在不知不覺中鍛煉學(xué)生解決工程實際問題的能力。顯然，經(jīng)過多次實例講解，《數(shù)字圖像處理》課程所講述的內(nèi)容對他們來說已經(jīng)不僅僅是空洞的理論知識，而是解決實際問題的一種強有力的工具。

三、采用多種教學(xué)手段，改革課堂教學(xué)方法

數(shù)字圖像處理技術(shù)的大部分應(yīng)用都是以圖像的結(jié)果進行顯示，因此在教學(xué)過程中，如果只用語言難以準(zhǔn)確形象地描述，必須借助現(xiàn)代化教學(xué)手段。除了采用黑板和PPT等教學(xué)手段外，還應(yīng)該充分以計算機為教學(xué)媒體，利用其具有有聲有色、圖文并茂、動態(tài)顯示等特點，向同學(xué)們生動形象地傳輸大量的信息。在實際教學(xué)過程中，結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容，利用不同的教學(xué)手段，我們設(shè)計了豐富的教學(xué)課件。例如可以利用動畫來演示圖像分割中區(qū)域生長的過程，利用Matlab程序單步調(diào)試來比較圖像增強過程中參數(shù)對效果的影響，利用Photoshop來理解圖像分辨率、屏幕分辨率等基本概念，利用視頻播放來觀察圖像壓縮的效果和影響。利用這些教學(xué)手段，提高了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，加深了對圖像處理的基本知識和處理過程及處理結(jié)果的理解。除了采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，改革和豐富教學(xué)方法也是提高教學(xué)效果的一種重要手段。既要充分發(fā)揮現(xiàn)代化教學(xué)手段的優(yōu)勢，又要重視改革教學(xué)方法帶來的教學(xué)效果，探索和研究新的教學(xué)方法，綜合提高教學(xué)效果。在實際教學(xué)中，我們都以啟發(fā)式教學(xué)為主，綜合使用“問題教學(xué)法”、“形象化教學(xué)法”和類比法，引發(fā)學(xué)生去思考、分析問題，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的積極性，提高教學(xué)效果。

在近幾年教學(xué)過程中，針對公選課學(xué)生背景知識和學(xué)習(xí)目的差異大等特點，結(jié)合《數(shù)字圖像處理》課程的特點，我們不斷地探討、研究和改革教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。通過不斷了解前沿動態(tài)，實時更新教學(xué)內(nèi)容，選擇合適教材，分析學(xué)生特點，結(jié)合實例，采用豐富的教學(xué)手段，提高學(xué)生興趣，改革教學(xué)方法等多種手段，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，取得了較好的教學(xué)效果。但是在今后的教學(xué)工作中，怎樣進一步改善教學(xué)效果，仍然需要不斷的探索和研究。

參考文獻：

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[3]胡學(xué)龍.數(shù)字圖像處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006，9.

基金項目：本項目受中南民族大學(xué)教學(xué)研究項目資助