基于數字圖像處理課程的多維度教學探索

楊京輝

摘 ?要：隨著現代教育的發展，基于數字圖像處理課程，積極探索課程的多維度教學模式，以滿足學生能力的培養需求。結合數字圖像處理課程特點，文章分析了在實際教學中展開的多維度教學探索，為后續的教學工作提供了一定的經驗。

關鍵詞：數字圖像處理;多維度;教學探索

中圖分類號：G642 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）29-0120-04

Abstract： With the development of modern education， based on digital image processing course， the multi-dimensional teaching mode is actively explored to meet the necessary of colleges' capability training. Combined with the characteristics of digital image processing courses， this paper analyzes certain multi-dimensional teaching explorations carried out in actual teaching， and provides experience for the subsequent teaching work.

Keywords： Digital Image Processing; multi-dimensional; teaching exploration

隨著計算機技術的發展，20世紀60年代初，數字圖像處理這門利用計算機來處理數字圖像的新型學科順利誕生。隨著技術的不斷進步，計算機性能的不斷提升，數字圖像處理技術已經被廣泛地應用于社會的各個方面，例如：依托航空航天技術進行對地觀測、生物醫學的影像分析診斷、現代通信中的圖像傳輸、工程中的質量檢測以及公共安全中的人臉識別等方面[1-2]。可以看到，數字圖像處理技術在推動并服務于社會進步與發展中發揮著重要的作用。

一、數字圖像處理課程介紹

數字圖像處理課程，作為一門在大學本科開設的專業課程，其定位為電子類、計算機類、地理信息類等專業的專業主干課程。本課程的理論知識與實踐應用緊密結合，同時，數字圖像處理也是一門多學科交叉融合的課程[3]。本課程針對本科生主要介紹數字圖像處理中的基本概念和方法，重點側重對基本知識的理解和具體應用的介紹，使學生對數字圖像處理形成較為全面的認識，為后續的進一步學習、實踐和研究打下扎實的基礎。

作者承擔中國地質大學（北京）信息工程學院電子信息工程專業和地理信息科學專業的數字圖像處理課程的教學工作，共計4個班級。由于本科各專業的培養方案差異，目前電子信息工程專業開課時間為大四上學期，即本科第七學期，地理信息科學專業開課時間為大三上學期，即本科第五學期。本課程共計48學時，其中理論講課學時為32學時，實驗操作學時為16學時。本課程教材采用的是由Gonzalez和Woods合著、由阮秋琦和阮宇智等翻譯的在業內處于引領地位的經典教材《數字圖像處理》，其英文原版及中文譯版可由同學們根據自身水平結合配套使用并參考[4-5]。

二、多維度教學探索

為了滿足現代教育發展的需求，同時考慮到數字圖像處理技術在不斷進步和發展，因此需要對課程的理論教學環節以及實踐教學環節不斷更新[6]。需要打破單一維度的教學模式，結合課程特點積極探索多維度教學模式，以滿足學生能力的培養需求[7]。針對數字圖像處理課程，經過多年的教學經驗積累，下面來具體分析在實際教學中展開的多維度教學探索，圖1為數字圖像處理課程多維度教學探索示意圖。

（一）教學模式維度

相比于單一的線下教學模式或者單一的純線上教學模式，2020年秋季學期的數字圖像處理課程采用了線上線下同步教學模式。2020年秋季學期大部分學生能夠正常返校，但是受到疫情影響部分學生不能正常返校，采用線上線下同步教學模式能夠保證所有學生的課程進度同步。線上線下同步教學模式采用的是返校同學進行線下在學校教室的課堂授課，同時依托學校教室中的超星直播客戶端將課堂情況進行直播，而不能返校的學生可以在任何有網絡的地方打開直播鏈接進行實時同步學習。每次上完課后教師把當堂課程的直播鏈接放在超星平臺中由教師建設的數字圖像處理課程里，所有的學生均可以隨時回看學習，同時，教師可在超星平臺上傳課程資料如PPT、文檔等以方便所有同學下載學習。圖2為數字圖像處理課程線上線下同步教學模式示意圖。線上線下同步教學模式既能形成良好的課堂互動，保證課堂效果，又能夠打破空間地域上的障礙，通過超星平臺的回看功能方便了同學進行復習以及知識點的鞏固。

（二）理論教學維度

在理論教學中，教師采用多種手段激發學生興趣，吸引學生注意力。比如以教材中的第九章形態學圖像處理這一章節為例，如何讓同學們對本章的知識點感興趣呢？首先，可以播放一段大家從小就熟知的變形金剛視頻，截取變形金剛變身的片段，從視覺上直觀地展示了變化過程，其變身的過程實質上可以認為是形態發生了改變，在此基礎上引出本節課要介紹的主要內容。然后，通過預留一個實際問題比如如何提取常見剪影的輪廓，吸引學生主動思考形態學在圖像處理中的應用，增加學生學習興趣。后續進入形態學知識點的講解，借助PPT并依托多媒體的優點，以直觀的形式比如利用動畫對具體運算過程進行分步演示，以幫助學生更好地理解。在知識點介紹過程中，采用聯想、對比、啟發等多種手段引導學生進行思考，比如：采用對比的方法，在二值腐蝕的基礎上介紹二值膨脹，對兩個知識點進行對比理解;引導學生聯想思考，腐蝕運算能夠運用在二值圖像上，那么在灰度圖像上的腐蝕運算又是怎樣;啟發提問，如何利用形態學知識提取出剪影的輪廓。通過實際理論教學可直觀感受到，借助多種手段對學生適時引導，提升了學生對該知識點的興趣，能夠達到較好的課堂效果。