《數字圖像處理》課程教學改革探索

摘 要:《數字圖像處理》是高校電子信息類專業的一門重要的選修課程。該文分析了《數字圖像處理》教學過程中存在的問題，在教學內容、方法、形式等方面進行了改革實踐，取得了良好效果，提高了學生的學習興趣，增強了動手能力，提高了教學質量。

關鍵詞:數字圖像處理 教學手段 教學改革

中圖分類號:G421文獻標識碼:A文章編號:1673-9795(2012)04(a)-0022-02

《數字圖像處理》是高校電子信息類專業一門重要的選修課程，它是一門非常實用的課程，在軍事、公安、航空、航天、遙感、教育等方面都得到了廣泛的應用，已經成為計算機科學、電子信息及其相關專業的一個熱門研究課題，同時它又是一門多學科交叉、理論性和實踐性都很強的綜合性課程。

1 教學過程中存在的問題

傳統的《數字圖像處理》教學中，側重于理論知識的介紹，從圖像的數字化、常見的圖像文件格式、圖像變換、圖像增強、圖像復原到圖像的壓縮編碼、圖像的分析等依次來介紹圖像處理操作的基本原理，如此造成多方面的弊端:(1)基本原理介紹占用了大部分課時，而與實際應用相關的前沿內容學生接觸太少;(2)大量理論推導、公式推理證明造成學生在學習過程中產生畏難情緒，不利于激發學生的學習興趣和積極性;(3)學生們對于數字圖像處理沒有直觀上的了解，就算是掌握了圖像處理算法的原理也不明白具體的實現效果。

上述教學中存在的普遍性問題，使教師面臨著巨大的挑戰，如何在教學過程中激發學生的學習興趣，提高學生進行圖像處理實驗的積極性;如何緩解學生遇到理論推導、公式推理時的抵觸情緒就是教師必須思考的問題。

2 采取的教學手段

2.1 教學內容:引入趣味性內容，激發學生的學習興趣

激發學生的學習興趣這一點必須是在學生剛接觸《數字圖像處理》課程時就要做到，否則當學生在開始的時候就失去了學習的興趣和積極性，后面課程教學就很難達到預定效果。

《數字圖像處理》第一章緒論中會介紹到數字圖像處理的發展、應用、特點、目的等內容，其中圖像特點中有一項是“受人的因素影響大”，針對這句話可以在課件內容上加上如(圖1)所示的圖像。對于這三幅圖像，有的學生可能會看到驢頭、吹薩克斯的男人和帶項鏈的小女孩，而有的學生則會看到海豹、女人的頭像和有皺紋的老巫婆。利用這幾幅歧義性大的圖像來做例子說明圖像的特點取到了很好的效果，吸引了學生們的注意力，在教學初期就增加了課程的趣味性。

目前，網絡上使用最為廣泛的圖像格式包括jpg和gif，其中動畫gif格式深深的吸引著人們，因為它支持多幅圖像，可以像動畫片一樣切換各個圖像，彌補了靜止圖像帶來的局限性。在講授圖像文件格式時，就可以以學生們非常熟悉、使用頻繁的QQ表情為例來展開，如微笑圖片，利用程序實現圖像的讀取并將實際保存的4幅靜止圖像顯示出來，讓學生們直觀的了解這4幅圖像連續的切換就呈現出所看到的微笑眨眼的效果。同時，在介紹完動畫gif格式的基礎上，利用MATLAB中getframe和movie函數可以將多幅有意義、有趣的序列圖像連續播放用來制作動畫，并要求學生課后利用自己感興趣的序列圖像來進行動畫的制作。

以上幾種做法在課堂教學中取得了很好的效果，切實吸引了學生的注意力，將學生感興趣、實際接觸的一些元素融入課堂增加了學習的趣味性，激發了學生學習的興趣和積極性。

2.2 教學方法:實例演示和理論講解相結合，把抽象內容直觀化

課程教學過程中，不僅僅介紹數字圖像處理各種處理算法的理論知識、數學式子，更引入編程語言MATLAB來現場演示各種算法。因為MATLAB語言自帶有豐富的圖像處理函數以及良好的可視化效果，利用MATLAB進行輔助教學更能吸引學生的注意力和消除學生對于編程語言的抵觸心理，并且可以讓同學們自己從實例演示過程中總結出一些規律，此種方法比純粹的灌輸知識有效得多。(圖2)為課件示例，為研究離散余弦變換和逆變換時，對離散余弦變換系數矩陣進行截取，截取不同的部位賦給了P1、P2、P3。其中P1左上角[10 10]大小的塊取自系數矩陣D2坐上角[10 10]區域，P1其余元素都為0;P2左上角[30 30]大小的塊取自系數矩陣D2坐上角[30 30]區域，P2其余元素都為0;P3左上角[60 60]大小的塊取自系數矩陣D2坐上角[60 60]區域，P3其余元素都為0;圖中第二行顯示的就是使用這三個矩陣復原出來的圖像。根據程序實際運行得到的結果就可以看出，利用P3復原出來的圖像已經接近原始圖像了，而P3矩陣僅僅用了系數矩陣[60 60]大小的數據，從這個演示結果上，同學們不難自己總結出離散余弦變換用于圖像壓縮的可行性。

2.3 教學形式:教師講授與學生討論相結合，引導學生進行思考

在課程教學過程中，不單單是教師來講解知識，還讓學生一起參與到教學活動中，對學生進行分組，事先分配不同的教學任務，讓學生通過課后的學習、準備，然后在預定的課程教學時間內將自己的一些想法、總結出的規律分享給其他的同學。以圖像增強部分內容為例，為了加深同學們對均值濾波和中值濾波的理解，要求小組同學課后自己實現對加噪圖像的均值濾波和中值濾波處理，并且在加噪過程中加入不同類型、不同強度的噪聲，通過實驗得出均值濾波和中值濾波的效果比較及優缺點，進而將小組討論后所得出的結論講授給其他同學。利用學生來傳授相關的知識在一定程度上比老師的傳授更能讓學生接受，而且通過這種方式鍛煉了學生的動手能力并引導學生在學習過程中多加思考，提高了學生分析、總結的能力。

2.4 課后鞏固:制作圖像處理演示系統，促進學生課后練習及進一步鞏固

在采用課堂教學、實例演示、學生參與等方式基礎上，還依據課程教學內容開發了基于MATLAB GUI的數字圖像處理教學演示系統，整個系統分為八個模塊，包括圖像的幾何操作、圖像變換、圖像增強、圖像分割、圖像恢復、形態學圖像處理、圖像壓縮編碼和圖像分析，而各個模塊又分別實現了多個功能。

(圖3)是圖像恢復子模塊，演示對退化圖像進行復原，通過相應的數學運算估計出退化模型中的模糊長度、角度和噪聲后，選擇不同的濾波器對退化圖像進行恢復。濾波器可以選擇逆濾波、維納濾波和Lucy-Richardson濾波，不同的濾波器恢復后可以得到不同的復原效果，經過比較進而了解不同濾波器的復原特性。

教學演示系統的良好交互性以及設計的簡潔性可以降低學生們課后學習的抵觸性，通過運用此系統加深同學們對理論知識的理解和掌握。因為MATLAB自帶有豐富的圖像處理函數，所以基于MATLAB GUI設計的演示系統更便于學生理解、使用以及進一步開發，更能激發學生自己動手來進行設計的積極性，激發學生的學習熱情和鉆研精神。

3 結語

根據數字圖像處理的特點以及教學過程中普遍存在的問題，從教學內容、教學方法、教學形式以及課后鞏固等方面進行教學改革，激發學生的學習興趣、啟發學生的創造性思維、提高學生的動手能力，提高了教學效率和教學質量，讓課堂教學更加的生動、有趣。

參考文獻

[1]賈永紅.《數字圖像處理》課程的建設與教學改革[J].高等理科教育，2007，1:96～98.

[2]王勇.《數字圖像處理》課程教學改革探討[J].高等理科教育，2000，4:53～54.