數(shù)字圖像處理課程教學研究

鄧運生

(蚌埠學院電子與電氣工程系, 安徽 蚌埠 233030)

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數(shù)字圖像處理課程教學研究

鄧運生

(蚌埠學院電子與電氣工程系, 安徽 蚌埠 233030)

數(shù)字圖像處理課程作為信息類專業(yè)的核心課程歷來受到學校和學生的高度重視.在理工科高校大力培養(yǎng)應用型人才的背景下，如何提高數(shù)字圖像處理課程的教學，仍然是一個重要的課題.從數(shù)字圖像處理課程的特點和教學方法的改進方面開展論述，提出了一種基于應用型和工程化人才培養(yǎng)的教學方法：即把各個知識點和其對應的重要應用緊密結合起來加以講解、闡釋，進而將其放到具體的工程實踐中，讓學生直觀深刻地感受到課程實用性，有效提高教學效果.

數(shù)字圖像；課程教學；應用型；工程化

“數(shù)字圖像處理”是理工科高校信息、電子和通信類專業(yè)的重要必修課程，主要學習應用計算機對數(shù)字圖像進行分析和處理的基本理論與方法.作為一門典型的交叉性學科，“數(shù)字圖像處理”涉及到的基礎理論知識和學科領域都相當廣泛，具有起點高、難度大、理論性和實踐性都很強的特點.從這兩年的教學情況來看，學生對該課程學習興趣不濃，動手能力不強，教學效果有待提高. 因此，在學校提出工程化應用型人才培養(yǎng)定位的背景下，如何培養(yǎng)高質量的圖像處理應用型人才，是擺在我們圖像教育工作者面前的重要課題.

1　數(shù)字圖像處理課程特點

數(shù)字圖像處理課程是高校信息類學科中的一門重要專業(yè)課，對學生專業(yè)能力的提升起到了一定的作用.在日常的教學過程中，一般會要求學生在掌握圖像分析和處理課程的基本概念、理論和方法[1].但對照應用型人才培養(yǎng)的課程功能定位，理應在結合學科基本知識和技能的基礎上，逐漸引導學生學習和掌握一定的圖像編程等實踐技能，從而使之能夠有效地利用計算機編程技術去分析和處理各種圖像信息，比如說經典的圖像增強和復原技術、圖像編碼和識別技術等.緊密結合最新的圖像實際應用領域可以有效地提高學生的工程實踐能力，同時逐漸鍛煉其專業(yè)應用和創(chuàng)新能力.

多年以來，隨著信息技術、現(xiàn)代通信技術、智能交通工程技術的快速發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術領域不斷涌現(xiàn)出新技術、新算法和新應用：比如小波變換、蟻群算法、遺傳算法和智能算法等[2].在搞好教材選用和常規(guī)教學的同時適當穿插一些學科新的算法和新的應用，輔以學科前沿知識和發(fā)展趨勢，可幫助學生更深入地理解這門課程.

2　教學內容和方法的改進和優(yōu)化

2.1豐富教學內容，拓展教學視野

針對現(xiàn)在工科學生積極性普通不高的現(xiàn)狀，應該結合學生和學科的實際情況豐富教學內容，充分尊重學生的自主權和積極性，逐步引導和調動學習這門課的興趣.在數(shù)字圖像處理課程教材的選用上，以武漢大學賈永紅編寫的數(shù)字圖像處理教材為主線,以岡薩雷斯的數(shù)字圖像處理(MATLAB版)等經典教材為輔助,同時結合科技期刊發(fā)表的當前圖像處理領域的科技前沿動態(tài)及科技成果,課程內容涉及圖像處理概論、圖像的光學基礎、圖像變換、圖像增強處理、圖像恢復處理、圖像數(shù)據的壓縮編碼、圖像分割、圖像分析、模式匹配與識別等內容.將廣泛介紹新技術、新算法和數(shù)字圖像處理新的應用作為主要的教學思路,教學過程中既注重優(yōu)秀教材和參考書的選取又不拘泥于教材,針對授課內容和學生特點做出具體的授課安排,系統(tǒng)講解重點內容,一般知識點要求自學[3].比如講解到圖像分割和識別的時候，可以將車牌識別過程給大家做介紹，在這一過程中用到的圖像分割和識別技術作詳細分析并通過軟件向學生展示處理的過程.這樣學生對本來枯燥的知識點有了新認識，進一步增強了學習的主動性和創(chuàng)造性.

2.2改進教學方法，優(yōu)化教學流程

傳統(tǒng)的教學方式就是教師講授知識，學生被動接受的模式，這樣的課堂模式顯然不能很好地適應形勢的發(fā)展需要.這種偏重學科理論傳授輕視實踐能力培養(yǎng)的課程體系有很多弊端：比如學生在上完這門課程之后也許只會知道這門學科的基本概念和理論，至于是如何應用到工業(yè)生產和日常生活中的，不太明白[4].傳統(tǒng)的教學體系和應用型人才培養(yǎng)的精神是相違背的，因此必須改進教學方法、優(yōu)化教學流程.

(1)熟練運用多媒體技術，讓課程變得生動有趣

在日常的教學過程中有效地運用多媒體技術，結合經典的教學內容，使得乏味的理論立體化、運動感和可視性.這樣的變化極大地激發(fā)了學生的學習興趣，活躍了課堂的應用型氛圍[5].例如我們在上到數(shù)字圖像數(shù)學表示的時候，可以采用簡單直觀的圖像通過顯示程序的編寫最后把數(shù)字矩陣形式呈現(xiàn)給學生.如圖1所示：

圖1　數(shù)字圖像的數(shù)學化表示

(2)靈活舉例，展示圖像處理技術應用過程

在上到二值圖像處理和定位技術的時候，可以自然聯(lián)系到當今智能交通系統(tǒng)中的車牌識別技術.數(shù)字圖像處理技術在車牌識別領域有著極其重要的作用.一般為了準備識別車牌圖像，首先需要對其進行預處理和初步定位;這兩個步驟非常重要，直接決定著后續(xù)的分割和識別精度[6].在具體教學過程中，我們可以先給學生準備一幅現(xiàn)實中彩色的車牌圖像，接著對其進行預處理.預處理過程包括了圖像的灰度化和去噪處理，可以先看下面一幅圖像：

圖2　原始車牌圖像

我們可以現(xiàn)場編輯一段圖像灰度化和顯示程序：

I1=rgb2gray(I);

subplot(3,3,2);imshow(I1);

這樣學生就可以直觀地感受圖像處理過程和所用到的技術，大大提高了教學效果.灰度化后的圖像如下所示：

圖3　灰度車牌圖像

那么剛剛得到的灰度圖像有什么不好呢？我們發(fā)現(xiàn)車牌區(qū)域不是很明顯，需要對其進行進一步定位.如果對整個圖像進行后續(xù)的處理，勢必造成時間上的浪費，而且圖像上的其他部分有可能會影響到最后的處理結果[7].這時候我們自然結合圖像處理技術中的剪切原理對上述圖像進行粗定位，程序如下：

I2=imcrop(I1,rect);其中矩形框rect為剪切圖像的四元素向量[xmin,ymin,width,height],分別表示矩形的左下角、長度及其寬度，并且這些值在空間坐標中指定，通過若干次的實驗，本次實驗我們選取的四元素向量為20,80,7000,60；通過圖像的剪切，我們獲得了如下的車牌圖像：

圖4剪切化后的車牌圖像

通過這樣的過程，學生既學習了有關理論，又對圖像處理技術的應用有了更深的認識.

(3)結合課程特點 優(yōu)化教學流程

數(shù)字圖像處理課程是一門應用性很強的科目，以往的教學流程不能很好地體現(xiàn)工程化教學理念；我們應該進行優(yōu)化以充分體現(xiàn)工程型人才培養(yǎng)的精神.

我們在向學生介紹圖像灰度直方圖及其應用這一節(jié)的時候，可以先給出幾幅圖像和相應的坐標圖：

圖5　車輪原圖

圖6　直方圖

通過大量現(xiàn)實的案例引出灰度直方圖的概念，這樣學生對直方圖概念理解起來更有效.再例如說到直方圖重要應用的時候，可以給出以下圖形圖像[8]：

圖7　原始圖像和對比度調整后的圖像

圖8　對比度調整前后的圖像灰度直方圖

圖9　眼部區(qū)域灰度直方圖的變化

圖10　基于灰度直方圖的人眼定位方法

在圖7-9中，可以清楚得看到圖像灰度直方圖的變化和均衡化后的效果，幫助學生更深入地理解直方圖的概念和應用.在圖10的各個圖形圖像中學生可以直觀地了解圖像直方圖在人眼定位技術中的重要應用，加強對該知識點的了解和掌握.

3　結論

數(shù)字圖像處理作為應用性很強的專業(yè)核心課程,如何進

行教學研究是非常值得探索與實踐的問題.在近兩年教學過程中我們不斷地研究和改進教學方法，結合學科前沿動態(tài)不斷更新教學內容，依據人才培養(yǎng)目標優(yōu)化教學流程，做到重點突出，努力為學生提供比較完整的應用型知識結構.同時完善課程實驗環(huán)節(jié)，增加一些自主性實驗項目，取得了較好的教學效果.然而課程教學研究的內容還有很多[9]，如何在新形勢下全面加強工程化應用型人才的培養(yǎng)，是我們共同面對的課題.

[1]唐超，檀明.數(shù)字圖像處理課程CDIO模式教學法實踐[J].計算機教學與教育信息化,2016,(6):154-155.

[2]梁志貞,江海峰,楊小冬. 基于“卓越計劃”的《數(shù)字圖像處理》課程教學改革實踐[J].高教學刊,2016,(3):146-147.

[3]張永飛.面向邏輯思維與表達能力培養(yǎng)的數(shù)字圖像處理課程教學方法探討與實踐[J].高教論壇，2016,(4):56-59.

[4]李月龍.以科研為導向的研究生《數(shù)字圖像處理》課程教學[J].時代教育，2014,(5):128.

[5]仲會娟.實現(xiàn)信息處理和圖像處理教學改革研究[J].開封教育學院學報，2015,(10):51-52.

[6]沈曉晶,于慶梅,池濤.“數(shù)字圖像處理”課程教學體系改革的探索[J].成都工業(yè)學院學報，2015,(2):97-99.

[7]張明.數(shù)字圖像處理課程教學改革與實踐[J].信息技術，2016,(1):220-221.

[8]劉婧，秦華標.基于灰度直方圖的幾何特征人眼定位方法[J].微計算機信息,2009,(3):252-254.

[9]劉嫦娥，肖超.教學型大學課堂教學質量影響因素研究[J].湖南商學院學報，2015，(3)：49-56.

(責任編校：晴川)

Research on Digital Image Processing Course Teaching

DENG Yunsheng

(Department of Electrical and Electronic Engineering, Bengbu College, Bengbu Anhui 233030, China)

This article analyzes the characteristics of digital image processing course and the improvement of teaching methods, and puts forward a teaching method based on the application and engineering talents cultivation, namely combining all knowledge with corresponding important application to interpret and explain, and then applying it into specific engineering practice, which makes students experience the practicability of curriculum and could improve the teaching effect effectively.

digital image; course teaching; applied; engineering

2016-06-17

鄧運生(1983— )，男，安徽六安人，蚌埠學院電子與電氣工程系助教，碩士.研究方向：電子技術、圖像信號.

G642

A

1008-4681(2016)05-0127-03