探索數(shù)字圖像處理創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

韋炳智

【摘 要】：大學(xué)教學(xué)應(yīng)該是理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究三位一體的教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)既是理論教學(xué)的補(bǔ)充和擴(kuò)展，同時(shí)又為科學(xué)研究打基礎(chǔ)[1-3]。教學(xué)實(shí)踐表明，該創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的引入不僅能有效地加深學(xué)生對(duì)數(shù)字圖像處理基本理論的理解，而且能培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，提高學(xué)生創(chuàng)新能力。

【關(guān)鍵詞】：數(shù)字圖像處理；實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新

【引言】：數(shù)字圖像處理是一門迅速發(fā)展的新興學(xué)科，發(fā)展的歷史并不長。由于圖像是視覺的基礎(chǔ)，而視覺又是人類重要的感知手段，故數(shù)字圖像成為心理學(xué)、生理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等諸多方面學(xué)者研究視覺感知的有效工具【1】。“數(shù)字圖像處理”是高校電子信息類本科生的重要專業(yè)課，在信號(hào)處理系列課程中扮演重要角色，它的任務(wù)是為相關(guān)碩士博士點(diǎn)培養(yǎng)專業(yè)研究人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，它是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，如何培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的專業(yè)理論基礎(chǔ)和實(shí)踐創(chuàng)新能力，成為一個(gè)亟待研究的課題。

1 “數(shù)字圖像處理”課程的教學(xué)體系結(jié)構(gòu)

“數(shù)字圖像處理”課程的前置課程除了“高等數(shù)學(xué)”等公共基礎(chǔ)課，還包括信息與通信工程學(xué)科方向的“信號(hào)與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號(hào)處理”、“信息論與編碼”等專業(yè)基礎(chǔ)課。瑞典布萊金格理工學(xué)院對(duì)這些前置課程與學(xué)生的接受能力之間的關(guān)系進(jìn)行了研究[2]。通過本課程數(shù)字圖像及成像基礎(chǔ)、二維數(shù)字信號(hào)處理基本理論、灰度及彩色圖像壓縮、增強(qiáng)、分割等基本處理算法的學(xué)習(xí)，學(xué)生熟悉并掌握數(shù)字圖像處理方面的基本知識(shí)、基本理論和基本技能，重點(diǎn)掌握基于圖像變換理論的圖像增強(qiáng)、圖像壓縮和圖像分割等處理算法，它為深入學(xué)習(xí)數(shù)字圖像處理及其在專業(yè)中的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。在教學(xué)實(shí)踐中，我們將“數(shù)字圖像處理”的教學(xué)體系結(jié)構(gòu)分為三個(gè)模塊[5-6]：1）緒論部分：這一部分主要介紹數(shù)字圖像處理的發(fā)展歷史、研究內(nèi)容和基本概念，力爭幫助同學(xué)把握學(xué)科發(fā)展沿革和應(yīng)用方向，了解整體架構(gòu)，建立研究和實(shí)踐的興趣。2）理論部分：按照空域處理（包括直方圖、點(diǎn)處理、代數(shù)處理、幾何處理）、頻域處理（傅立葉等離散正交變換、濾波器處理）、統(tǒng)計(jì)模型方法的順序進(jìn)行講解。在這一部分，我們遵循系統(tǒng)深入的原則，基于圖像處理的例子，幫助學(xué)生系統(tǒng)復(fù)習(xí)總結(jié)并領(lǐng)會(huì)各種理論方法之間的邏輯順序與本質(zhì)。由于圖像處理具有理論性和可視化強(qiáng)的特點(diǎn)，在這個(gè)部分教學(xué)中，我們希望加強(qiáng)學(xué)生對(duì)前置課程所學(xué)基本理論和方法的深入理解，使其充分認(rèn)識(shí)理論知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中的指導(dǎo)意

義，并體會(huì)理論本身的魅力。3）應(yīng)用部分：在這一部分教學(xué)中，我們充分發(fā)揮圖像處理應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，選擇基礎(chǔ)性和典型性強(qiáng)的圖像壓縮、圖像增強(qiáng)、邊緣提取與圖像分割、圖像特征提取等應(yīng)用，重點(diǎn)講述應(yīng)用基礎(chǔ)理論和方法解決實(shí)際問題的常用系統(tǒng)與方法，進(jìn)一步訓(xùn)練同學(xué)的動(dòng)手實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣【3】。

2、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)體系特點(diǎn)：

2.1從基礎(chǔ)的電子電路和集成電路的分析、設(shè)計(jì)和測(cè)試等“微觀”視角入手，不斷遞進(jìn)推廣到包含完整的通信網(wǎng)絡(luò)等“宏觀”視角，使得學(xué)生可以建立起完整的信息與通信知識(shí)體系，了解本學(xué)科領(lǐng)域的最新前沿技術(shù)【4】。

2.2從相對(duì)獨(dú)立的電路、器件、芯片等“點(diǎn)”入手，到電磁場(chǎng)與微波、無線、光纖和衛(wèi)星等“線”為脈絡(luò)，再推廣網(wǎng)絡(luò)與交換、多媒體通信、廣播電視和傳感網(wǎng)等“面”的體系，構(gòu)建了完整的“點(diǎn)-線-面”結(jié)構(gòu)和具有“全程全網(wǎng)”特色現(xiàn)代信息通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境【5】。

3、分組實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)是數(shù)字圖像處理課程必修的環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)階段學(xué)生要完成兩個(gè)內(nèi)容： 綜述報(bào)告和編程實(shí)驗(yàn)。在綜述報(bào)告部分，教師根據(jù)圖像處理的發(fā)展前沿和應(yīng)用領(lǐng)域給出綜述報(bào)告的題目，學(xué)生也可根據(jù)自己感興趣的領(lǐng)域自擬題目；對(duì)于編程實(shí)驗(yàn)，各組根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)書的內(nèi)容完成相應(yīng)的任務(wù)要求【6】。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)生是以組為單位完成的，各組由組長負(fù)責(zé)根據(jù)各自的情況完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)的分工。由于實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)的限制，大部分實(shí)驗(yàn)任務(wù)是學(xué)生在課下時(shí)間完成的。

結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在具體實(shí)施過程中仍有諸多問題有待解決，如指導(dǎo)老師工作量的認(rèn)定，學(xué)生提交作品創(chuàng)新程度的鑒定等。開展創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)對(duì)于學(xué)生和老師都是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，只有對(duì)教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行改革，選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)內(nèi)容，有組織地執(zhí)行預(yù)定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，才能探索出一條適合從教學(xué)向教學(xué)研究過渡的實(shí)踐教學(xué)體系。

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