《數字圖像處理》公選課教學實踐研究

高智勇，劉海華，陳軍波，諶先敢

摘要：數字圖像處理技術迅猛發展，而且得到了越來越廣泛的應用。開設《數字圖像處理》公選課可以向非相關專業的學生介紹數字圖像處理的基本知識和理論，提高學生動手能力和社會適應能力。本文在分析教學對象和課程特點的基礎上，對課程選用教材，教學方法，教學手段等方面進行了深入探討和研究。近幾年的教學中，筆者據此進行實踐，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：數字圖像處理；教學實踐；公選課

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

近年來，數字圖像處理技術得到了迅猛發展，并已應用到許多領域，除了如工業、農業、國防軍事、生物醫學、通信等專業領域外，在社會和日常生活中也得到了廣泛的應用，如數字照相機、數字攝像機、網絡視頻分享與欣賞。一些常用的圖像處理工具或軟件系統，如Photoshop、Acdsee Premiere、會聲會影等也得到了非專業人員的廣泛應用。可以預期的是，隨著數字圖像處理朝著智能化、網絡化、實時化等方向的發展，數字圖像處理技術和日常生活的聯系也越來越緊密。因此，除了作為相關專業的專業課外，在本科階段開設數字圖像處理公選課，對提高學生動手能力，理解和認識相關技術，提高學生適應社會的能力無疑有很大的益處，是十分必要的。數字圖像處理是一門交叉學科，內容涉及到眾多的知識領域，因此，要讓學生在較短的學時內掌握數字圖像處理中最基本、最廣泛應用的概念、原理、理論和算法以及基本技術和方法，必須對教學方法有所改革，才能取得較好的教學效果。特別地，開設《數字圖像處理》公選課，面對的教學對象具有不同知識背景，專業相差較遠的學生，基礎知識、思維方式和興趣點差異也較大。因此，針對數字圖像處理課程和學生背景知識特點，對課程教學方法進行改革，才能取得較好的學習效果。本文總結了幾年的教學經驗，對公選課《數字圖像處理》的教學方法進行一些研究和探討。

一、結合學生特點，選擇合適教材

作為一門課程的基本要求，《數字圖像處理》公選課要求學生能掌握基本的數字圖像處理知識如圖像增強，圖像壓縮和圖像分割等內容，另外一方面也要考慮學生的背景知識差異，側重于學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，所選擇的教材應該同時具有一定的理論性、實用性和新穎性。數字圖像處理作為一門學科，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《數字圖像處理學》等教材，都反映和結合了當前圖像處理領域的科技前沿動態及科技成果，包括了圖像處理的基本理論和基礎知識。這些教材在《數字圖像處理》專業課的教學中得到了大量的應用。但是對于作為公選課《數字圖像處理》的教材來說，其相關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用而較少涉及理論和公式推導的教材來使用。出于此目的，我們選擇了胡學龍等編著的《數字圖像處理》作為本門課程的教材。

該教材作為一本應用性教材，在講清基本理論和基本知識的基礎上，突出圖像處理基本技能的培養，指導學生設計圖像處理的軟件應用，來驗證相應的理論和算法，和我們的教學目的相接近。為了增強和突出本課程的實用性，在選定主教材的基礎上，根據課程和學生的特點，選擇一些和生活相關、應用范圍較廣的書籍作為輔助性教材，便于學生根據自己的愛好和特長對所學習的知識進行驗證。我們選擇了《Visual C++數字圖像處理》、《Visual C++/Matlab圖像處理與識別應用系統》、《Photoshop圖像處理》等教材作為輔助教材。結合授課內容，布置具體作業，讓學生結合自己的興趣和特長，參照輔助教材的相關內容進行驗證實現，以增強對知識的理解和應用能力。

二、采用多種方法，提高學生興趣

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

1.問卷調查。在《數字圖像處理》實際教學中，在第一次課的講授過程中，改變傳統的大而全的介紹方法，主要突出數字圖像處理的應用與發展趨勢，特別是各種不同數字圖像處理方法的應用實例，讓學生將實際應用與相應的圖像處理方法聯系起來。在課堂結束后，發放調查問卷，主要內容包括先修課程的學習情況如數學基礎知識和程序設計語言能力，感興趣內容等。調查問卷回收后，及時統計和分析，了解學生的知識結構，結合圖像處理內容和學生感興趣內容，及時調整和修改修訂教學計劃。做到有的放矢，為以后課堂教學中針對性地提高學生興趣做好充分的準備。

學期結束前，同樣發放調查問卷，此次調查的目的是進一步了解學生的興趣和感受，課堂教學效果，數字圖像處理與先修知識結構之間的聯系程度等，為提高下次公選課教學效果提供有益的反饋信息。

2.結合實例。通過具體的研究課題，具體的應用實例特別是與日常生活聯系緊密的實例，讓學生了解各種圖像處理方法的應用效果，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習興趣，增強自己動手實踐的想法，為主動學習提供動力。在授課過程中，針對不同的教學內容，選擇不同的實例。如在講授圖像增強時，以照片修復作為實例進行講解，比較不同增強方法的原理和效果；在學習圖像分割時，以道路監控視頻分析為實例講解。除了與每章相關知識相結合的實例外，結合調查問卷的結果和所進行的研究課題，設計一個完整的圖像處理應用系統，貫穿整門學科的教學中，綜合運用所學知識。在實際教學中，我們分別設計和演示了細胞圖像處理和識別系統，行人動作識別系統等實例，逐步分析和講解所應用到的數字圖像處理基本知識和應用效果。采用結合大量的實例進行教學，除了能引起學習的興趣外，對于培養學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，首先引導學生思考所需要解決的問題，引起這些問題的原因。然后結合所學的知識，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生解決工程實際問題的能力。顯然，經過多次實例講解，《數字圖像處理》課程所講述的內容對他們來說已經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、采用多種教學手段，改革課堂教學方法

數字圖像處理技術的大部分應用都是以圖像的結果進行顯示，因此在教學過程中，如果只用語言難以準確形象地描述，必須借助現代化教學手段。除了采用黑板和PPT等教學手段外，還應該充分以計算機為教學媒體，利用其具有有聲有色、圖文并茂、動態顯示等特點，向同學們生動形象地傳輸大量的信息。在實際教學過程中，結合具體教學內容，利用不同的教學手段，我們設計了豐富的教學課件。例如可以利用動畫來演示圖像分割中區域生長的過程，利用Matlab程序單步調試來比較圖像增強過程中參數對效果的影響，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。利用這些教學手段，提高了同學們的學習興趣，加深了對圖像處理的基本知識和處理過程及處理結果的理解。除了采用現代化教學手段，改革和豐富教學方法也是提高教學效果的一種重要手段。既要充分發揮現代化教學手段的優勢，又要重視改革教學方法帶來的教學效果，探索和研究新的教學方法，綜合提高教學效果。在實際教學中，我們都以啟發式教學為主，綜合使用“問題教學法”、“形象化教學法”和類比法，引發學生去思考、分析問題，激發他們學習的積極性，提高教學效果。

在近幾年教學過程中，針對公選課學生背景知識和學習目的差異大等特點，結合《數字圖像處理》課程的特點，我們不斷地探討、研究和改革教學方法，提高教學效果。通過不斷了解前沿動態，實時更新教學內容，選擇合適教材，分析學生特點，結合實例，采用豐富的教學手段，提高學生興趣，改革教學方法等多種手段，激發學生學習積極性，取得了較好的教學效果。但是在今后的教學工作中，怎樣進一步改善教學效果，仍然需要不斷的探索和研究。

參考文獻：

[1]岡薩雷斯，著.數字圖像處理（第二版）[M].阮秋琦，等，譯.北京：電子工業出版社，2009，12.

[2]章毓晉.圖像工程（第二版）[M].北京：清華大學出版社，2007，2.

[3]胡學龍.數字圖像處理[M].北京：電子工業出版社，2006，9.

基金項目：本項目受中南民族大學教學研究項目資助