基于Matlab的數字圖像處理實驗教學改革探索

胡曉霞

（西安工業大學北方信息工程學院，陜西西安，710200）

1 高校電工電子實驗教學狀況

隨著電子技術和計算機處理技術的迅速發展，圖像處理的新理論、新方法、新應用層出不斷，且大部分具有實際應用意義。隨著不同高校辦學定位的轉變及社會對工程技術人才素質要求的不斷提高，數字圖像處理的教學不管是在理論還是實踐，無論是在教學內容還是教學理念上都要進行改革和創新。該課程既有很強的理論性，又具有很強的實踐性，很多學生被其廣泛的應用所吸引，又因其復雜的數學公式推導而望而卻步。特別是一般本科高校在高年級開設數字圖像處理課程，部分學生因忙于找工作、考研等，沒有將精力集中于學習。 在這種情況下，只有將課程教學的重點從枯燥的理論教學轉化為與實際應用更為緊密的實驗教學，才能激發學生的學習興趣，使學生既能較好地理解數字圖像處理課程，又能掌握一些基本的編程應用，為工作或進一步深造奠定較好的基礎。

在數字圖像處理的實驗教學中，通常是結合相關的軟件開發工具進行的，主要有Visual C++和Matlab。Visual C++具有運行速度快，可移植性好等優點，特別適用于數據量較大的運算和開發；但由于其較為復雜、難學，一般本科高校的大部分高年級學生很難在較短的時間內掌握，并應用于數字圖像處理工程應用中。Matlab是由Math Works公司開發的一套高性能的用于數值計算和可視化圖形化處理的工程語言。它特別適用于矩陣運算、數值 分析、小波分析等各個分支，擁有電子信息、通信技術、信號處理等專業方面的工具箱。學生能在較短時間內學會運用 Matlab編程語言進行數字圖像處理，從而直觀地了解相關理論的知識和應

2 本文提出的實驗教學改革措施

長期以來，傳統的實驗教學一直作為理論課程的輔助工具，大部分是一些基礎性、演示性的實驗環節，常用的實驗內容不全或者陳舊，沒有涉及圖像處理領域最新的研究成果和發展方向。

在教學內容安排上，我們針對實驗軟件和實驗教學的特點對原有實驗教學活動做出相應的調整，數字圖像處理實驗主要包括兩大類實驗：基礎性（傳統類）和綜合設計類(實訓類)。學生不僅能夠較好地理解復雜的理論知識，還能利用Matlab實現部分軟件開發，分析問題、算法實現、程序編寫等能力得到了提高；最為重要的是，通過實驗學生掌握了理論知識，學習興趣得到激發，學習主動性和科技創新能力得到提高，為就業或進一步深造奠定了較好的基礎。今后如有條件，應積極引導學生申報校級的學生開放實驗項目或大學生科研基金項目，通過這些項目的研究，使理論知識和實際應用 更為緊密地結合在一起。

基礎性實驗要求學生先在Matlab軟件平臺上進行實驗活動，給定圖像內容，要求學生按要求對圖像進行處理，讓學生對實驗結果進行分析總結，得出結論。在此類實驗中，選擇圖像處理中最基礎的理論及算法作為教學內容，主要包括了：數字圖像處理教學中的圖像增強、圖像分割、圖像壓縮、圖像的直方圖均衡化、圖像的膨脹、腐蝕、開、閉操作、圖像的閾值化、圖像的平滑濾波、銳化濾波、快速傅里葉變換、離散余弦變換等等。要求學生自己編寫核心代碼程序，演示處理效果，讓學生對實驗結果進行分析總結，得出結論，加深對數字圖像處理概念和算法的理解。

綜合設計類的實驗將安排在基礎性實驗之后進行，此類實驗相對于基礎性實驗有一定難度，需要在基礎理論的基礎上結合實際問題設計出相應算法，并編寫程序代碼進行驗證。此類實驗可向相關公司和企業了解社會對該課程應用方向的實際需求情況，設計相應的實驗內容。或讓學生直接參與企業的項目開發，積累實訓教學需要的技能和實踐經驗，從單一的教學輔助實驗向生產實踐轉型。通過調查研究、查閱資料，進行方案的選擇、論證，程序的設計等一系列學習和實踐，讓學生在整個實驗過程中充滿成就感，能夠更好地激發學生的學習興趣，提升算法設計思想和編程能力。

3 結語

本課題的主要特色是將傳統實驗教學活動與實訓實驗教學相結合。從研發項目或實際生產應用中確定實驗內容及對象。學生自由組成科研設計小組，并確定項目總負責人，明確各個設計環節負責人，分工合作，通過閱讀文獻、查閱中外文獻資料、設計算法、編寫程序等完成實驗。這種實訓實驗能夠刺激和發揮每個學生的創造力，讓每個學生都進行問題的思考和分析，培養和提升他們的動手能力。

將實訓實驗與傳統實驗結合起來輔助數字圖像處理理論課程的教學，有效解決了傳統實驗教學環節中存在的問題。但要真正開展起來，形成一定的實驗體系，還有待我們繼續探索和不斷改進。在今后的教學中我們只有將理論教學、實踐教學、科研創新與實際問題有機的結合起來，把現代化手段與傳統實驗相輔相成的結合，發揮各自的優勢，才會收到更好的教學效果。