文章編號(hào)：1672-5913(2008)08-0017-02

摘要：本文從“數(shù)字圖像處理”的特點(diǎn)和具體課程設(shè)置情況出發(fā)，討論了如何明確教學(xué)目標(biāo)，采用課程設(shè)計(jì)的教學(xué)考核模式來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和科研能力。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理；課程設(shè)計(jì)；實(shí)踐動(dòng)手；科研能力

中圖分類(lèi)號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字圖像處理得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。相應(yīng)地，“數(shù)字圖像處理”也成為一門(mén)重要的信息技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程。由于這門(mén)課程自身的特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)非常關(guān)鍵。在實(shí)際教學(xué)中，采用課程設(shè)計(jì)的教考模式，可解決實(shí)踐能力培養(yǎng)的問(wèn)題，能激發(fā)優(yōu)秀學(xué)生在數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的科研興趣，并通過(guò)進(jìn)一步的指導(dǎo)性自學(xué)培養(yǎng)其科研能力，效果明顯。

1課程特點(diǎn)和設(shè)置目的

1.1課程特點(diǎn)

數(shù)字圖像處理是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，其講授的內(nèi)容為數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本概念、原理、算法及其應(yīng)用該課程具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：

(1) 課程內(nèi)容廣泛，理論抽象。由于涉及計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、光學(xué)、電子等多個(gè)學(xué)科，課程內(nèi)容廣泛，理論抽象，算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程不直觀(guān)，學(xué)生難理解。即使將多媒體和網(wǎng)絡(luò)引入教學(xué)，給學(xué)生展示豐富的圖例示范，提供強(qiáng)烈的視覺(jué)效果，但要使學(xué)生真正理解相關(guān)知識(shí)和技術(shù)并不容易。

(2) 實(shí)踐性強(qiáng)，與實(shí)際應(yīng)用密切相關(guān)。這門(mén)課程本身的知識(shí)體系源自各種具體應(yīng)用，實(shí)踐性強(qiáng)，只有通過(guò)大量的動(dòng)手操作和算法實(shí)現(xiàn)，才能體會(huì)到各種處理方法和技術(shù)的功能和作用。

許多老師在教學(xué)中充分利用各種教學(xué)手段，如建立Matlab實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、給出交互式操作界面；擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，增加探索性、創(chuàng)新性與應(yīng)用性的實(shí)習(xí)項(xiàng)目，從實(shí)踐效果來(lái)看，對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)幫助很大。

1.2教學(xué)目的

“數(shù)字圖像處理”作為一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)選修課程，一般安排在本科三年級(jí)開(kāi)設(shè)。此時(shí)學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)程序設(shè)計(jì)(一般為C語(yǔ)言)與一些基礎(chǔ)課程。教學(xué)要求包括：

●了解數(shù)字圖像處理的發(fā)展、應(yīng)用以及當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)和重要成果；

●通過(guò)介紹圖像的數(shù)學(xué)描述、圖像的數(shù)字化、圖像正交變換、圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)等基本圖像處理方法，使學(xué)生能熟練地掌握數(shù)字圖像處理的基本過(guò)程；

●較深入地理解數(shù)字圖像處理的基本概念、基礎(chǔ)理論以及解決問(wèn)題的基本思想方法，掌握基本的處理技術(shù)；

●了解處理技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域，具有閱讀各類(lèi)圖像處理文獻(xiàn)的能力；

能夠運(yùn)用一門(mén)高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)簡(jiǎn)單的圖像處理軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像進(jìn)行的基本處理。

2課程設(shè)計(jì)與實(shí)踐動(dòng)手能力

2.1課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容與目標(biāo)

課程設(shè)計(jì)分兩個(gè)層次：基本功能的實(shí)現(xiàn)與專(zhuān)題研究。

(1) 基本功能的實(shí)現(xiàn)。目的是讓學(xué)生掌握最基本的圖像處理技術(shù)，包括圖像的讀寫(xiě)、直方圖處理(簡(jiǎn)單變換和直方圖均衡化)、圖像平滑與增強(qiáng)、邊緣抽取、閾值化、基本二值形態(tài)學(xué)處理(腐蝕、膨脹、開(kāi)、閉等)、離散傅里葉變換等重要的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)。

(2) 專(zhuān)題研究。目的是激發(fā)優(yōu)秀學(xué)生的科研興趣，培養(yǎng)他們?cè)趫D像處理研究以及相關(guān)學(xué)科應(yīng)用領(lǐng)域的研究和工程能力。專(zhuān)題研究在完成第一層次課程設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行，其過(guò)程與第一層次課程設(shè)計(jì)有一定重疊時(shí)間。專(zhuān)題從在研科研項(xiàng)目中抽取一些小的課題供學(xué)生選擇；或者學(xué)生自由發(fā)揮，在經(jīng)過(guò)幾周基礎(chǔ)學(xué)習(xí)后，根據(jù)興趣點(diǎn)和介紹的前沿算法擬定課題。一般2~4人組成一個(gè)研究小組，給予指導(dǎo)，定期討論、交流匯報(bào)。

2.2課程設(shè)計(jì)的實(shí)施效果

課程的最終考核主要是課程設(shè)計(jì)，要求學(xué)生介紹自己的結(jié)果，并隨機(jī)提問(wèn)。從學(xué)生們最終提交的報(bào)告和課程設(shè)計(jì)程序看，編程能力和實(shí)際動(dòng)手能力明顯增強(qiáng)。

課程學(xué)習(xí)之初，絕大多數(shù)學(xué)生反映編程基礎(chǔ)不夠，甚至有人提出退選。堅(jiān)持到學(xué)期末，絕大多數(shù)學(xué)生都可以完成第一層次的課程設(shè)計(jì)，并給出完整的、交互式的程序。大家普遍反映這種考察方式很有挑戰(zhàn)性，感覺(jué)到自己真正能編程能實(shí)現(xiàn)許多功能了，動(dòng)手能力方面的信心大大增強(qiáng)。一些優(yōu)秀學(xué)生的設(shè)計(jì)軟件無(wú)論在功能實(shí)現(xiàn)和界面設(shè)計(jì)方面都達(dá)到很高水準(zhǔn)。圖1是從一位學(xué)生的課程設(shè)計(jì)報(bào)告中節(jié)選出來(lái)的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖。圖2是另一位學(xué)生課程設(shè)計(jì)的軟件實(shí)際運(yùn)行界面。

圖1 一位學(xué)生的課程設(shè)計(jì)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

除了這些基礎(chǔ)功能的設(shè)計(jì)，一些專(zhuān)題研究小組申請(qǐng)到了學(xué)?；?qū)W院的本科生科研資助項(xiàng)目，獲得1000~3000元不等的資助金額。學(xué)生們的研究熱情很高。通過(guò)一個(gè)學(xué)期的鍛煉，科研能力大大提高，并在一些研究課題上取得較大進(jìn)展。沒(méi)有申請(qǐng)到科研項(xiàng)目資助的同學(xué)也表示要在業(yè)余時(shí)間繼續(xù)自己課題的研究。

(a) 主界面

(b) 直方圖變換的效果和交互界面

(c) 直方圖規(guī)定化界面

(d) 二值化處理和閾值選擇1

(e) 二值化處理和閾值選擇2

(f) 空間濾波模板

圖2 另一位學(xué)生的課程設(shè)計(jì)軟件界面

參考文獻(xiàn)

[1] 張坤華，紀(jì)震.“數(shù)字圖像處理”可視化教學(xué)體系探索[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29(1):113-115.

[2] 賈永紅.“數(shù)字圖像處理”課程的建設(shè)與教學(xué)改革[J]. 高等理科教育，2007，(1):96-98， 111.