佟喜峰 袁滿 呂洪艷 郭玲玲
摘要:相比一般的課堂教學而言,競賽式教學更能激發(fā)學生主動思考并提高學生的學習興趣。介紹了圖像處理實踐課競賽式教學平臺的設計與實現,包括圖像庫的建立、教學平臺軟件的編程實現等內容。該軟件平臺能夠自動測試學生提交的可執(zhí)行文件,非??陀^地給出評測結果。
關鍵詞:圖像處理;字符識別;競賽式教學
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)09-0254-02
一、引言
競賽式教學模式是指在課堂上按照一定的比賽規(guī)則,借鑒體育比賽的方法,組織課堂教學的一種形式。目前已有許多專家、學者、一線教師開展過競賽式教學的研究,國內已開展過電工電子綜合設計、電機、數據結構等課程的競賽式教學。但是圖像處理方面的競賽式教學目前尚未發(fā)現有人開展過。
數字圖像處理實踐課是作者所在單位的專業(yè)碩士的一門實踐課。該課程以光學字符識別作為案例進行教學。如圖1所示,字符在計算機中常見的形式有兩種:圖像形式(圖1左側的字符)和文本形式(圖1右側的字符)。圖像字符是指用掃描儀、照相機等設備得到的圖像中包含的字符,這些字符能夠觀看,但是很難編輯修改其內容。文本字符是指word、記事本、wps等編輯軟件中可以編輯修改的字符。光學字符識別(Optical Character Recognition,簡稱OCR)是指從圖像中識別出其中的字符類別并將其轉換為文本字符的識別過程。
在圖像處理領域,已經有很多國際性的競賽,例如指紋識別國際競賽(Fingerprint verification Competition)、人臉識別國際競賽(Face Recognition Grand Challenge)等。這些競賽都是對所有人開放的,通過制定統一的測試數據、統一的測試流程、統一的程序接口、統一的測試環(huán)境、統一的評分標準,公開、公平、公正地進行比賽。這些比賽在行業(yè)內知名度很高,競賽成績普遍受到認可。這些測試結果能夠客觀地比較各個參賽算法的優(yōu)劣,已經成為檢驗算法的基準,促進了行業(yè)的技術進步。
綜上所述,將競賽引入到圖像處理實踐課,具有一定的必要性,也具有可行性。但是目前沒有可以用于該課程的軟件平臺,在這種情況下,本文開發(fā)了用于測試、評價學生字符識別程序的軟件平臺。下文對該軟件平臺的構建進行比較詳細的介紹。
二、教學平臺軟件的設計
(一)字符識別過程
字符識別一般可分為訓練和識別兩個過程。如圖2所示,在訓練過程中先獲取一枚圖像并預處理,然后對其特征提取,最后設計分類器,并且根據訓練樣本調整參數達到最佳。在識別過程中,先獲取一枚圖像并預處理,然后對其特征提取,最后用設計好的分類器對其分類,得到識別結果。
(二)字符圖像庫的建立
字符識別的難度隨著字符總類的增加而增加。例如識別a-z這26個字母就比識別0-9這十個數字要困難得多。考慮到學生初學字符識別,難度不宜過大,故字符圖像庫中僅包含0-9這10個數字。目前已采集400枚圖像,同一個數字的字符圖像之間有一定的變化,而且每個數字都有幾個比較難識別的圖像樣本。用這樣的圖像庫能夠客觀地評測各個學生提交的程序,具有適當的難度和較好的區(qū)分度。
(三)編程接口規(guī)范
為了測試學生提交的程序,可以采用把學生的程序代碼加入到測試系統中進行編譯、運行、測試,也可以讓學生自己編譯自己的程序生成可執(zhí)行文件,測試系統直接測試學生提交的可執(zhí)行文件。從軟件工程的角度,后一種方案耦合度更低。而前一種方案對編程語言的選擇以及函數、變量等的命名都有很大限制。基于以上考慮,我們采用了讓學生提交可執(zhí)行文件的方案。學生需要編寫控制臺應用程序,以命令行的方式被調用。數據的輸入和輸出都是以文件的方式實現的??紤]到不同的圖像庫內的圖像大小以及背景紋理等的差異,在學生編寫程序時,允許根據不同的圖像庫設置不同的參數,例如,總共有四個圖像庫的時候,可以生成四個參數文件,與這四個圖像庫一一對應。最終確定文件調用的形式為:
“xxxx.exe a_file b_file c_file”
其中,xxxx.exe為學生根據自己的程序代碼生成的可執(zhí)行文件,a_file為待識別的圖像文件的路徑及文件名,b_file為參數文件的路徑及文件名,c_file為輸出文件的路徑及文件名。a_file和b_file為硬盤中已經存在的文件,c_file為程序運行結束后要向硬盤寫入的文件。該命令運行結束以后,軟件平臺讀入c_file的內容作為測試結果,并將其保存到數據庫中。
(四)參數測試與評價
學生提交的程序有多種參數,例如字符識別的準確率、時間消耗、存儲空間占用等。我們開發(fā)的測試平臺測試識別準確率和時間消耗這兩項參數,并把識別準確率作為對識別程序進行排序的依據。
三、教學平臺軟件的編程實現
該教學平臺軟件包括“圖像庫管理”、“學生信息管理”、“測試”、“成績與排序”、“使用幫助”等模塊,能夠滿足一般的教學需要。下面對各個模塊做簡單介紹。
(一)圖像庫管理軟件模塊
該模塊能夠完成增加圖像庫、刪除圖像庫、導入圖像等功能,圖3給出了該軟件模塊的界面。
(二)學生信息管理模塊
該模塊用于學生信息的管理,具有增加學生、刪除學生、修改學生信息、提交程序等功能。其中“提交程序”按鈕可以把學生提交的可執(zhí)行文件保存到數據庫中,用于后續(xù)的測試。該模塊還可以選擇查看未完成測試的學生和已完成測試的學生。
(三)成績與排序模塊
該模塊能夠對學生提交的程序進行測試,得到識別準確率、時間耗費等參數,并根據學生程序的識別準確率對學生排名,排名分為兩種,一種是年級內排名,可以看到同一年級學生的排名情況,另一種是總排名,即對今年和往年所有提交程序的學生進行排名。該模塊的界面如圖4所示。
四、結束語
本文首先介紹了將競賽式教學模式引入到圖像處理實踐課的意義,然后介紹了可以用于該實踐課的教學軟件平臺的構建,包括建立字符圖像庫,軟件的需求分析以及軟件的編程實現等內容。
本課程的競賽式教學采用計算機自動測試、自動打分的辦法,大大減少了教師的工作量,而且測試結果是完全客觀的。因此,該教學模式具有一定的先進性。
參考文獻:
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