張明

摘要：《數(shù)字圖像處理》是一門理論知識與實踐能力培養(yǎng)緊密結(jié)合的課程。針對該課程特點，采用多手段教學(xué)方法，加強(qiáng)實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，提高了學(xué)生的實踐動手能力，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)改革；教學(xué)實踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）01-0220-02

《數(shù)字圖像處理》是一門理論知識與實踐能力培養(yǎng)緊密結(jié)合的課程，目前該課程已成為重要的研究對象。學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，可以掌握數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本理論知識和方法，但是該課程涉及到很多算法的實現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生對課程的抽象理論和繁瑣的數(shù)學(xué)公式感到苦惱，難以理解專業(yè)概念和相關(guān)算法的物理意義，進(jìn)而產(chǎn)生畏懼情緒并漸漸失去學(xué)習(xí)興趣。因此，我們對該課程進(jìn)行教學(xué)改革，從而達(dá)到良好的教學(xué)效果。

一、課程教學(xué)改革的必要性

《數(shù)字圖像處理》是信息科學(xué)中發(fā)展比較快的熱點研究方向，涉域廣、理論性較強(qiáng)、知識點多，對學(xué)生的邏輯思維與抽象能力有較高的要求。根據(jù)近些年的授課經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)該課程在教學(xué)過程中存在著以下幾個主要問題。

（一）課程體系結(jié)構(gòu)不規(guī)范

各個學(xué)校在開設(shè)該課程從教材選取、課堂教學(xué)、實驗設(shè)計、實踐能力的培養(yǎng)等方面缺乏有影響力的機(jī)構(gòu)來指導(dǎo)和規(guī)范本課程的教學(xué)。

（二）實踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)不足

多數(shù)學(xué)校教學(xué)重視理論知識講解，而輕于實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，從而使得學(xué)生實踐創(chuàng)新能力得不到更好的提高。

（三）授課方式陳舊

傳統(tǒng)教學(xué)方式基本上就是授課+實驗，不能很好地結(jié)合學(xué)生的實際情況因材施教，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，學(xué)習(xí)效果不盡人意。

二、課程教學(xué)改革的基本內(nèi)容

（一）理論授課內(nèi)容的改革

隨著信息化技術(shù)的快速發(fā)展，《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)內(nèi)容也需要不斷更新。目前，我們選用電子工業(yè)出版社出版Rafael C.Gonzalez等編著，阮秋琦、阮宇智譯的《數(shù)字圖像處理》（第三版）作為教材，該教材講解由淺入深，充分考慮到了學(xué)生的需求。同時根據(jù)課程安排，我們對該教材中的內(nèi)容進(jìn)行整合，授課內(nèi)容主要包括以下幾個部分：①數(shù)字圖像基礎(chǔ)介紹，②灰度變換與空間濾波，③頻率域增強(qiáng)技術(shù)，④圖像恢復(fù)與重建技術(shù)，⑤彩色圖像處理方法，⑥圖像壓縮方法，⑦圖像分割技術(shù)，⑧圖像目標(biāo)表達(dá)與描述，⑨圖像識別技術(shù)。

（二）授課方式的改革

數(shù)字圖像處理課程理論具有知識點多、計算量大、實踐性較強(qiáng)等特點，所以本課程采用板書為主、多媒體課件以及數(shù)字圖像教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺等相結(jié)合的多模式教學(xué)手段。其中對于數(shù)字圖像中經(jīng)典的處理算法及方法實現(xiàn)，采用板書方式進(jìn)行推導(dǎo)，這樣會加深學(xué)生的理解與記憶。對于處理結(jié)果顯示，我們采用多媒體課件進(jìn)行演示，這樣可以加速學(xué)生對授課內(nèi)容的理解，同時可以讓學(xué)生形象地看到圖像處理后的結(jié)果。

此外，該課程具有較強(qiáng)實踐的特點，而且學(xué)校實驗室資源有限，加上近年來學(xué)生人數(shù)大幅增加，學(xué)生上機(jī)時間難以得到很好的保證。針對以上問題，我們開發(fā)了數(shù)字圖像教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺。學(xué)生通過個人電腦在數(shù)字圖像教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺上進(jìn)行在線學(xué)習(xí)與實驗，取得了良好的教學(xué)效果。同時該平臺的建立在很大程度上為實驗室節(jié)省了購買設(shè)備的資金投入，擴(kuò)大了教學(xué)范圍，徹底打破了空間上和時間上的限制，在培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力方面起到十分積極的作用。

數(shù)字圖像教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括資源下載、教學(xué)模式、質(zhì)量評估和教學(xué)管理四個模塊。其中，資源下載主要是收集了數(shù)字圖像處理用到的軟件、影像、多媒體課件、視頻等資料，學(xué)生在學(xué)校隨時隨地可以通過校園網(wǎng)獲取相關(guān)內(nèi)容。教學(xué)模式分為互動平臺和網(wǎng)絡(luò)課程，對于不懂的問題，學(xué)生可以通過互動平臺提出，并且教師及時進(jìn)行回復(fù)，或者學(xué)生之間也可以通過該平臺進(jìn)行小組討論等。網(wǎng)絡(luò)課程提供一些國家級精品課的視頻資料，方便一些對該課程有較高興趣的學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)自學(xué)。教學(xué)管理質(zhì)量評估負(fù)責(zé)授課質(zhì)量的評估和數(shù)字化考核，通過該平臺可以完全實現(xiàn)無紙化考試。該教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺的建立豐富了傳統(tǒng)的教學(xué)手段，為信息化教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

（三）實驗教學(xué)的改革

《數(shù)字圖像處理》實驗教學(xué)通常選擇MATLAB作為編程工具，但是根據(jù)近些年我們對學(xué)習(xí)《數(shù)字圖像處理》的電子信息工程專業(yè)本科近些年就業(yè)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生畢業(yè)后從事軟件開發(fā)工作的占很大一部分。而且該專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程之前就已經(jīng)具備了一定的C++編程能力，因此，我們在實驗課的教學(xué)中選擇了在Visual Studio 2012環(huán)境中使用C++語言作為編程語言，目的是要求學(xué)生是用MFC框架使用C++語言實現(xiàn)對圖像處理，這不僅使學(xué)生既掌握了數(shù)字圖像的知識，又提高了學(xué)生的編程能力，從而為學(xué)生就業(yè)拓寬了方向。我們設(shè)計的數(shù)字圖像處理實驗有：

1.Windows位圖和調(diào)色板。介紹Windows位圖和調(diào)色板概念，數(shù)字圖像的表示形式，以及VC++圖像處理基礎(chǔ)知識。通過本實驗，學(xué)生能夠從磁盤上讀取一幅圖像，通過簡單的操作對其進(jìn)行處理，顯示結(jié)果并存盤保存。

2.圖象的幾何變換。這一章將介紹圖象的幾何變換，包括圖象的平移、旋轉(zhuǎn)、鏡象變換、轉(zhuǎn)置、放縮等理論知識，并且熟悉矩陣運算，最終在Visual Studio 2012環(huán)境下實現(xiàn)幾何變換。

3.亮度變換與空間濾波。本章將首先介紹一些經(jīng)典的亮度變換和空間濾波技術(shù)，以及直方圖均衡化處理。其中，亮度變換有對數(shù)變換、冪律（伽馬）變換和分段線性變換。空間濾波技術(shù)包括均值濾波器、中值濾波器、拉普拉斯算子和梯度等。然后通過編程實現(xiàn)上述圖像處理方法，并分析比較不同方法的特點、效果，及適用對象。

4.頻率域濾波。本實驗首先介紹在圖像濾波中如何使用傅里葉變換。然后分析頻率域增強(qiáng)原理，討論增強(qiáng)所涉及的步驟。最后編程實現(xiàn)低通濾波器，高通濾波器帶通和帶阻濾波器。

5.圖像復(fù)原。本實驗首先介紹一些退化模型，并對一些典型噪聲的來源和特點以及他們的處理方法進(jìn)行分析與討論。然后討論幾種典型的圖像恢復(fù)方法，如逆濾波、最小均方誤差（維納）濾波和幾何均值濾波等。最后在Visual Studio 2012環(huán)境下用逆濾波技術(shù)實現(xiàn)對勻速直線運動所造成的模糊的復(fù)原。

6.圖像分割。本實驗首先介紹一些常用分割方法，如邊緣檢測、閾值分割、區(qū)域生長法和區(qū)域分裂和區(qū)域聚合。然后在Visual Studio 2012環(huán)境下對一幅圖像實現(xiàn)邊緣檢測和閾值分割。

課程設(shè)計實驗內(nèi)容包括：

1.車牌識別設(shè)計。要求能夠提取車牌號碼。涉及到的方法有：首先對車牌圖像進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行車牌定位，然后進(jìn)行字母與數(shù)字字符分割，最后對車牌中的數(shù)字和字母進(jìn)行提取和識別。

2.手寫體數(shù)字的識別。要求識別出手寫體數(shù)字的真實值。涉及的方法主要有：首先讀取圖像，對圖像進(jìn)行去噪和對比度增強(qiáng)等預(yù)處理，然后對圖像不同數(shù)字進(jìn)行分割，最后對分割出來的手寫體數(shù)字進(jìn)行提取與識別。

（四）考核方法的改革

本課程主要考察學(xué)生理論知識的掌握和實踐能力的培養(yǎng)，所以本課程考核包括三個部分，分別為期末數(shù)字化考核成績（占40%），實驗成績（占30%）和課程設(shè)計（占30%）。通過該考核形式，不僅可以考核學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握程度，而且能對學(xué)生實際操作能力進(jìn)行評估，良好地達(dá)到了考核的目的。

三、總結(jié)

本文針對《數(shù)字圖像處理》課程的特點、以及現(xiàn)階段存在問題和近些年畢業(yè)生就業(yè)情況，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，注重基礎(chǔ)理論知識和實踐能力培養(yǎng)的有機(jī)結(jié)合，在實踐中很好地提高了圖像處理能力和編程能力。同時授課方式采用課堂講授、做實驗和課程設(shè)計相結(jié)合的教學(xué)方法，通過板書、多媒體課件和數(shù)字圖像網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺等教學(xué)手段，使學(xué)生既掌握了基本理論，又提高了其綜合設(shè)計能力和科學(xué)研究能力水平，很好地達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱士虎.《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)改革與實踐[J].現(xiàn)代計算機(jī)（專業(yè)版），2015，（03）：37-40.

[2]魏晗，陳剛，唐永旺，郭志剛.《數(shù)字圖像處理》的教學(xué)改革與實踐[J].中國信息技術(shù)教育，2014，（08）：12-13.