論《數字圖像處理》和諧課堂的構建

　　摘 要： 文章從數字圖像處理課程的問題與弊端入手，提出了構建數字圖像處理和諧課堂的原則與措施，以使教學成為師生平等交流、共同體驗與創造的過程，培養學生的創新意識。
　　關鍵詞： 《數字圖像處理》 和諧課堂 構建措施
　　
　　數字圖像處理是隨著計算機技術的成熟而迅速發展的一個重要技術領域，它已經在工業生產、生物醫學、遙感航天、軍事公安、交通監測及文化教育等眾多領域中得到廣泛的應用，正以強勁的發展態勢向著智能化、網絡化、個人化、實時化等方向發展。本課程是電子信息工程專業的一門重要的專業課，通過本課程的學習，使學生初步掌握數字圖像處理的基本知識和處理技術，為今后在各技術領域中的相關應用打下良好的基礎。本課程的主要內容包括圖像的數字化與顯示、圖像變換、圖像增強、圖像編碼與壓縮、圖像復原、圖像分割、彩色圖像處理、數學形態學及其應用等。［１］
　　1.數字圖像處理》課堂教學的現狀
　　1.1教學內容脫離實踐。
　　在數字圖像處理的實際課堂教學中，傳統的教學模式以理論講授為主，缺少理論的具體實現與應用，學生在學習時感到過于抽象，不知道如何應用到實踐中，使得學生的理論知識與實際應用脫節，以至于學生在一些復雜的數學推導面前望而卻步，從而產生厭學情緒。另外，數字圖像處理課程一般是四年級開設的，這個階段的學生處在考研和求職的壓力之下，不能集中全部的注意力投入到課程的學習當中來，而且學習的動力和興趣較之低年級時有所下降［２］。因此，在課堂上如果教師仍然將大量的時間耗費在單純的理論講解上，就必然會影響教學效果。
　　1.2教學方式不科學。
　　在傳統的教學模式中，教師是課堂的權威，教師講、學生聽，教師問、學生答，教師寫、學生抄。這種填鴨式的教學方法，教師覺得食物非常有營養，于是便不管學生是不是有食欲，是不是消化不良，采取滿堂灌的方法，生怕學生吃不飽。教師雖然把知識灌輸給學生了，但是不等于學生已經學會;學生學會了，不等于學生會學。這種教學模式不但不能激發學生學習的興趣，反而會泯滅學生的創新精神。
　　2.構建《數字圖像處理》和諧課堂的原則
　　2.1理論與實踐相結合的原則。
　　數字圖像處理是一門實際動手能力很強的一門課程，在實際教學中，要注重理論與實際應用并重，不能忽視培養學生在實際編程方面的動手能力，要實現知識和技能的銜接與提高。因此，在日常教學中，要循序漸進、由淺入深，理論課和實驗課緊密配合并同步進行，有側重地對授課內容進行改革，突出學生應用能力的鍛煉。例如，在學習圖像增強一章中，講到了各種圖像增強的方法，在講解這些方法的同時，教師應該配以實際中比較熟悉的例子。比如，在介紹圖像反轉變換時，列舉一幅乳房的數字X照片，可以看到有一小塊病變，如圖1，這幅圖像黑色面積占主導地位，而我們感興趣的部分呈現白色或灰色。圖2是經過灰度反轉變換以后的圖像。可以發現，反轉圖像更容易分析乳房組織結構。告訴學生這種反轉變換適用于增強暗色區域中嵌入白色或灰色細節，尤其是黑色面積占主導地位的時候。［３］這樣，通過生活中常見的例子，讓學生對這種方法有了直觀的認識，知道了在實踐當中應該如何應用，增加了學習興趣。
　　2.2學生主體和教師主導的原則。
　　長期以來，教師在課堂上一直本著“向學生傳授知識”的觀念，在課堂上過于繁瑣地分析，使得教師自始至終在唱主角，學生只是一味地接收，到底消化得怎么樣，較少得到關注，更不要提樹立創新精神了。所以教師要改“講學”為“導學”，給學生充分的時間去自學、討論、交流、實踐，把學習的主動權真正還給學生，從而培養學生的創新意識，提高學生的實踐能力。“授人以魚不如授人以漁”，課堂教學要讓學生經歷學習過程，在過程中領悟和體驗學習方法，在學法中提高和發展。
　　3.構建《數字圖像處理》和諧課堂的可行性措施
　　3.1充分利用MATLAB軟件平臺，提高教學的可視性。［４］
　　MATLAB語言是國際公認的最優秀的科學計算與數學應用軟件之一，涉及的領域非常廣泛，有專門的圖像處理工具箱，用二維數組來存儲圖像，數組的每一個元素對應于圖像的一個像素值。MATLAB中的運算都是矩陣運算，因此所有的矩陣操作都可以應用于圖像矩陣。另外，MATLAB語言規則簡單，編程特點接近于工程技術人員的思維方式，大大降低了編程的門檻，使得編程人員可以很容易地編寫自己的程序，從而把主要的精力放在算法及問題本身上，而不是耗費在程序的編寫調試上。［４］MATLAB本身自帶的圖像處理專用的工具箱里有豐富的函數可供直接調用，這些函數是由圖像處理領域里的權威專家編寫的，這樣就使編程變得更加簡單。數字圖像處理的理論是一些比較抽象的概念，通過MATLAB編程使抽象的理論變成了學生能夠可視化的圖像處理的結果，對加深教學理論的理解有著重要意義。基于MATLAB軟件平臺的上述特點，我們使用該軟件在課堂上對圖像處理的一些基本理論進行仿真演示。例如上面介紹的圖像增強的內容，在講授圖像增強中反轉變換的基本原理以后，在MATLAB中通過簡單的命令來給學生演示上述圖像的效果是如何得到的，采用的命令如下：
　　f=imread（‘image1.tif’）;′讀入原始圖像
　　imshow（f）;′顯示原始圖像即圖1
　　g1=imadjust（f，［0 1］，［1 0］）;′進行灰度反轉變換
　　figure，imshow（g1）;′顯示變換以后的圖像即圖2
　　可以看到，MATLAB通過簡單的幾條程序語句，就能把可視化的結果顯示出來，便于學生對理論知識的理解，提高學生的學習興趣。
　　3.2面向項目。［２］
　　在實際的課堂教學中，可以在課程的一開始就給學生布置任務，讓學生自己查找一些跟圖像處理相關的項目課題，在課程的學習過程中，跟老師交流，跟同學討論，最后自己確定項目，完成項目。這樣能使得學生變被動地接收知識為主動地尋求知識，從而提高學生的創新意識和實踐能力。
　　在這個過程中，應該分成兩個大的階段，第一個階段是理論學習階段，第二個階段是項目實施階段。在第一個階段中，教師對基本理論知識進行講解，學生帶著問題來學習，結合具體項目，能夠提高學生學習的積極性和主動性。在第二個階段中，學生分組做不同的項目，老師給予指導，解答學生提出的問題。在整個過程中，師生是一個和諧的學習共同體，分享彼此的思想、經驗，交流彼此的情感、體驗，實現教學相長和共同發展。如圖3所示，是一個大米粒形檢測系統，大米粒的形狀是進行大米質量檢測分級的重要參數之一，也是影響谷物產量、品質的重要指標之一［５］。這個系統包括數字圖像處理的一些主要的知識點，在課堂講解的時候，可以先引入項目，然后提出各部分用到的知識點，從而進一步講解知識點，來提高學生學習的興趣，變被動學習為主動學習，進而提高學習效率。另外，還要設計基于數學形態學的圖像顆粒度分析系統，數字化醫院的圖像存檔與通信系統，車牌識別系統，等等。
　　在學期末還可以留出一個星期的時間用于項目的驗收。學生將自己的成果在班級范圍內進行展示，不同項目組的學生之間可以交流經驗，總結教訓。最后成績的評定由項目自評、組內成員互評、教師評價三個部分組成。
　　4.結語
　　實踐證明，構建和諧的《數字圖像處理》課堂，可以提高學生的學習興趣，激發學生的創新精神，不僅有利于本門課程的學習，而且對其他課程同樣具有一定的借鑒意義，有利于學生綜合素質的提高。
　　
　　參考文獻：
　　［1］胡學龍，許開宇.數字圖像處理［M］.北京：電子共軛出版社，2006.9.
　　［2］陳靜，李文鑫.項目驅動教學在數字圖像處理課程教學中的應用［J］.中國教育技術裝備，2011，（1）:38-39.
　　［3］岡薩雷斯等著.阮秋琦等譯.數字圖像處理（第二版）［M］.北京：電子工業出版社，2003.3.
　　［4］王江濤，陳得寶，楊一軍.面向實際應用的數字圖像處理教學探討［J］.淮北煤炭師范學院學報（自然科學版），31，（4）:87-90.
　　［5］任景英，謝澤會.基于圖像處理的大米粒形檢測技術研究［J］.農機化研究，2011，（3）：198-200.
　　 注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”