許海倫 徐華平 孫兵

摘 要：在電子信息工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)模式探索的基礎(chǔ)上，為了能夠?qū)㈦娮有畔⒐こ虒?zhuān)業(yè)課程的核心知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，讓學(xué)生在實(shí)踐中加深對(duì)基本概念的理解與掌握，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了一體化生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺(tái)。平臺(tái)上以SAR數(shù)據(jù)處理為依托，由SAR仿真成像處理和圖像處理兩大模塊組成，集成了信號(hào)與系統(tǒng)、離散時(shí)間序列處理、數(shù)字圖像處理等課程的核心概念。此外，該平臺(tái)有很好的實(shí)用性和交互性，能夠有效地加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電子信息工程專(zhuān)業(yè)的整體認(rèn)識(shí)，同時(shí)進(jìn)一步完善教學(xué)體系。

關(guān)鍵詞：電子信息 生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺(tái) 信號(hào)仿真 圖像處理

中圖分類(lèi)號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）12（a）-0161-05

Abstract：On the basis of the exploration of the teaching model for Electronic Information Engineering， the practice platform was integrated in order to establish the core knowledge system of Electronic Information Engineering， through which students can have a deep understanding of the abstract basic concept. Relying on the data processing of synthetic aperture radar， the platform consists of SAR simulation imaging processing and image processing. The core knowledge of signal and system， discrete signal processing and digital image processing was included in the software. In the meantime， the platform has a good practicality and interaction. The overall cognition of this major will be set up and teaching system will be improved.

Key Words：Electronic information；Practice platform；Signal simulation；Image processing

隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助教學(xué)成為了當(dāng)今教育改革的主題。目前，基于matlab新型界面開(kāi)發(fā)工具強(qiáng)大的運(yùn)算功能以及簡(jiǎn)單的界面設(shè)計(jì)[1]、針對(duì)線性代數(shù)、數(shù)字圖像處理等專(zhuān)業(yè)課程，已經(jīng)有專(zhuān)門(mén)的matlab教學(xué)軟件輔助教學(xué)，并且取得了很好的教學(xué)效果[2-3]。不足的是，這些教學(xué)軟件一般都是針對(duì)某一門(mén)特定的課程。為了改善已有教學(xué)軟件的局限性，筆者將電子信息專(zhuān)業(yè)中諸如信號(hào)與系統(tǒng)、離散時(shí)間信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理和隨機(jī)過(guò)程等核心專(zhuān)業(yè)課程綜合起來(lái)，專(zhuān)門(mén)研發(fā)出了一款適用于電子信息工程專(zhuān)業(yè)的一體化生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺(tái)，幫助學(xué)生將電子信息工程專(zhuān)業(yè)知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，加深學(xué)生對(duì)核心概念的理解以及對(duì)整體知識(shí)框架的掌握。

1 電子信息工程和一體化生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺(tái)

電子信息工程專(zhuān)業(yè)課程的相關(guān)概念十分抽象，并且實(shí)用性很強(qiáng)，學(xué)生對(duì)很多課程都很難有直觀的把握，這就需要相應(yīng)的實(shí)踐教學(xué)來(lái)深化理解。但是目前課程設(shè)計(jì)實(shí)踐內(nèi)容滯后，往往不能達(dá)到良好的教學(xué)效果[4]。與此同時(shí)，電子信息工程的諸多專(zhuān)業(yè)課程又是一脈相承的，只有同時(shí)掌握多門(mén)核心課程才能夠?qū)﹄娮有畔⒐こ虒?zhuān)業(yè)知識(shí)體系融會(huì)貫通，故而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了適用于電子信息工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一體化生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺(tái)。在平臺(tái)上，學(xué)生既可以加深對(duì)信號(hào)、系統(tǒng)、濾波等基礎(chǔ)概念的理解，更可以親自動(dòng)手對(duì)信號(hào)與圖像進(jìn)行多種處理。如此，學(xué)生在掌握核心知識(shí)的同時(shí)也增加了學(xué)習(xí)樂(lè)趣，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐能力。

2 一體化生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺(tái)總體介紹

學(xué)生實(shí)習(xí)平臺(tái)包括兩個(gè)模塊：仿真成像和圖像處理。其主界面如圖2所示。兩部分均以合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)處理為依托，將科研項(xiàng)目的研究成果融入生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺(tái)之中，將實(shí)際的工程項(xiàng)目與課程中的理論知識(shí)結(jié)合起來(lái)。仿真成像模塊又包含SAR回波信號(hào)仿真與成像處理兩部分，圖像處理包括點(diǎn)目標(biāo)檢測(cè)、面目標(biāo)檢測(cè)和邊緣檢測(cè)三部分。生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺(tái)設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

如圖3所示，仿真成像界面提供了人機(jī)交互的平臺(tái)，該平臺(tái)模擬了條帶式照射模式下機(jī)載SAR回波信號(hào)。通過(guò)人機(jī)交互界面，調(diào)整不同平臺(tái)、雷達(dá)參數(shù)以及地面場(chǎng)景等的設(shè)置，完成SAR回波仿真。成像處理是利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中集成的成像處理算法軟件，讓學(xué)生通過(guò)設(shè)置不同的距離向參考函數(shù)和方位向參考函數(shù)參數(shù)，進(jìn)行匹配濾波成像處理。利用成像處理得到的不同的結(jié)果體會(huì)和分析輸入?yún)?shù)的精確性對(duì)聚焦效果的影響。在仿真成像過(guò)程之中，會(huì)涉及信號(hào)與系統(tǒng)的相關(guān)概念，并且通過(guò)對(duì)信號(hào)的時(shí)、頻域分析驗(yàn)證所生成信號(hào)的正確性，這對(duì)學(xué)生掌握《信號(hào)與系統(tǒng)》課程中的傅立葉變換、信號(hào)時(shí)頻分析以及《離散時(shí)間信號(hào)處理》課程中的離散傅立葉變換、FFT、FIR濾波器、IIR濾波器等基礎(chǔ)概念很有幫助。學(xué)生可以通過(guò)實(shí)習(xí)平臺(tái)參與實(shí)踐，鞏固其專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系。

圖像處理模塊包括三部分：點(diǎn)目標(biāo)檢測(cè)、邊緣檢測(cè)和面目標(biāo)檢測(cè)。

點(diǎn)目標(biāo)檢測(cè)用來(lái)檢測(cè)圖像中的小目標(biāo)、點(diǎn)目標(biāo)，采用恒虛警目標(biāo)檢測(cè)方法，需要設(shè)定的參數(shù)包括虛警率、背景窗口尺寸、保護(hù)窗口尺寸。其設(shè)置界面如圖4所示。

邊緣檢測(cè)用來(lái)檢測(cè)圖像中的邊緣，采用ROA（ratio of average）檢測(cè)方法，需要設(shè)定的參數(shù)包括虛警率、檢測(cè)窗口尺寸。初始值為程序設(shè)定的默認(rèn)參數(shù)，可以根據(jù)實(shí)際圖像進(jìn)行更改。虛警率變大，則檢測(cè)到的邊緣數(shù)目變多，但是虛警也越多。檢測(cè)窗口尺寸變大，則檢測(cè)到的邊緣變粗，細(xì)的邊緣會(huì)被平滑掉。邊緣檢測(cè)設(shè)置界面如圖5所示。

面目標(biāo)檢測(cè)用來(lái)檢測(cè)圖像中的大目標(biāo)，將圖像分為兩類(lèi)，采用基于馬爾可夫隨機(jī)場(chǎng)（MRF）的方法，需要設(shè)定的參數(shù)包括兩類(lèi)各自的均值和方差。面目標(biāo)檢測(cè)設(shè)置界面如圖6所示。

以上3個(gè)部分是圖像分割的基礎(chǔ)內(nèi)容，而圖像分割實(shí)際上是數(shù)字圖像處理的綜合應(yīng)用。利用平臺(tái)進(jìn)行圖像分割，不僅能夠幫助學(xué)生理解《數(shù)字圖像處理》課程的基本概念，同時(shí)還能夠幫助學(xué)生應(yīng)用《隨機(jī)過(guò)程理論》課程所學(xué)的基本知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。點(diǎn)目標(biāo)和面目標(biāo)檢測(cè)利用了圖像的統(tǒng)計(jì)特性，而邊緣檢測(cè)則包含了圖像變換的相關(guān)內(nèi)容，諸如圖像傅立葉變換、小波變換等。通過(guò)利用此平臺(tái)進(jìn)行實(shí)踐以及對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行分析和討論，理解遙感圖像的特性對(duì)圖像處理結(jié)果的影響，掌握隨機(jī)過(guò)程的平穩(wěn)和各態(tài)歷經(jīng)性假設(shè)對(duì)圖像處理的重要性，以及圖像處理方法很難做到對(duì)所有圖像的普適性。如此，學(xué)生便能夠在生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺(tái)時(shí)間的過(guò)程中熟練掌握《數(shù)字圖像處理》和《隨機(jī)過(guò)程理論》課程的核心內(nèi)容。

3 結(jié)語(yǔ)

筆者設(shè)計(jì)的一體化生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺(tái)體現(xiàn)了子信息工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)課程特點(diǎn)。該平臺(tái)綜合應(yīng)用了多門(mén)核心課程，學(xué)生利用此平臺(tái)能夠?qū)⒊橄蟮母拍钷D(zhuǎn)化為實(shí)際的圖像，激發(fā)學(xué)生的積極性與主動(dòng)性。學(xué)生可以在實(shí)踐中靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，從而打下堅(jiān)實(shí)的專(zhuān)業(yè)課基礎(chǔ)，這也是教學(xué)質(zhì)量提高的一個(gè)最主要的表現(xiàn)。如此一來(lái)，通過(guò)在電子信息工程專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)平臺(tái)上練習(xí)與仿真，學(xué)生能夠?qū)W以致用，教學(xué)質(zhì)量也由此提高。

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