曹玉東++孫福明++王冬霞

作者簡介：曹玉東，遼寧工業(yè)大學通信碩士點負責人，副教授；孫福明，遼寧工業(yè)大學電子與信息工程學院副院長，教授； 王冬霞，遼寧工業(yè)大學研究生學院副院長，教授

項目資助：遼寧工業(yè)大學研究生教學改革研究項目（210409）

摘要：分析了MATALB軟件在研究生的數(shù)字圖像處理教學中應用的可能性，介紹了數(shù)字圖像處理與MATLAB互補教學模式的優(yōu)勢和實施案例。結合數(shù)字圖像處理和MATLAB程序設計的教學要求，在教學內容、教學方法和教學手段上做了一些探索和嘗試，教學結果表明互補教學模式提高了教學質量，提高了學生的工程實踐能力。

關鍵詞：互補教學； 數(shù)字圖像處理教學； MATLAB語言教學

【中圖分類號】TP391.41-4

一、數(shù)字圖像處理和MATLAB教學現(xiàn)狀與問題

數(shù)字圖像處理是我校通信類研究生的學位課程，MATLAB語言是該專業(yè)的非學位課程。數(shù)字圖像處理課程要求研究生掌握圖像處理的基本理論、基本方法，能夠將其應用到實踐中，這門課程具有較強的學科交叉性，涉及到模式識別、計算機視覺、信息編碼與傳輸?shù)阮I域的知識。數(shù)字圖像處理和MATLAB語言課程的傳統(tǒng)教學模式是各自處于獨立狀態(tài)，學生普遍感覺數(shù)字圖像處理課程難學，MATLAB課程枯燥。

二、教學軟件的選擇

數(shù)字圖像處理是一門理論與實踐、原理與應用緊密結合的課程。對學生的要求是掌握圖像處理的基本知識和基本理論，能結合具體的軟件工具驗證相應的理論和算法[1]。從數(shù)量和易用性上看，與圖像處理有關的C語言共享程序都不如MATLAB的圖像處理共享軟件[2]。選擇MATLAB作為圖像處理教學和實踐的軟件符合普通高校的實際情況。同其它軟件相比，MATLAB能方便地處理矩陣的各類復雜運算，而圖像的原始表達模式就是矩陣，所以二者之間存在一種聯(lián)系。

三、互補教學的優(yōu)勢與案例

如果單純地講解軟件語法，學生普遍會感覺很枯燥，結合某些圖像處理內容學習MATLAB軟件可以活躍課堂氣氛，通過視覺效果激發(fā)學生的學習熱情[3，4]。筆者結合教學實踐，總結和歸納了MATLAB語言和數(shù)字圖像處理的互補教學案例，現(xiàn)列舉如下：講解MATLAB的循環(huán)結構時，可以結合圖像的鏡像操作，強化循環(huán)結構的應用。給出原圖和要求實現(xiàn)的效果圖（參見圖1），然后要求學生自己利用MATLAB語言的循環(huán)結構實現(xiàn)。

（a）原圖

（b） 實現(xiàn)翻轉鏡像操作

（c） 上下鏡像操作

圖1 圖像幾何變換操作

學生不難做出上述題目，可以繼續(xù)引導學生簡化程序，提示學生：不用循環(huán)結構也可以完成上述操作。經過上述的實訓，學生對所學內容的認識和理解會更深刻，算法設計能力和動手編程能力也得到了鍛煉。

在講授數(shù)字圖像處理課程時適當?shù)乩肕ATLAB圖像處理工具箱，可以增加學生對抽象數(shù)學公式的感性認識，提高相關理論分析的效率。例如講解二維傅里葉變換公式時可以用MATLAB的fft2等函數(shù)直觀地演示變換效果，如圖2所示。

圖2 lena圖像和傅里葉變換的幅度譜與相位譜

在圖2中，可以看到在傅里葉變換的幅度譜中，低頻信息集中在圖像的中心區(qū)域，如果將幅度譜四周部分高頻區(qū)域置零，再做傅里葉逆變換，即得頻域壓縮圖像。這種由淺入深的講授方法和生動的演示過程幫助學生直觀地理解了頻域壓縮的基本原理。

四、提升課程教學效果的方法與實踐

從任課教師和學生兩方面著手，保證數(shù)字圖像處理和MATALAB語言的順利教學。

（一） 利用多媒體教學，幫助學生理解抽象內容

傳統(tǒng)的教學是由教師利用黑板講解課程內容，不利于學生對基本概念的直觀理解，而適當利用多媒體進行教學，能夠幫助學生充分理解課程。

PPT是教師制作課件時最常用的軟件，制作課件時需要注意如下問題：（1） 課件中的文字內容不宜過多，只需列出要點，輔以必要的圖形或動畫。（2） 課件上的字體大小通常選擇32號，一般不低于28號，因為投影儀的分辨率比顯示器低很多。（3） 課件背景不要過于花哨，使用的色彩不宜超過3種，否則會分散學生的注意力，影響授課效果[1]。

（二） 舉辦專業(yè)綜合能力競賽，提升導師實踐教學能力

通過競賽提高教師的工程素質與實踐能力，提升教師的專業(yè)教學能力。為鼓勵教師的積極性，學校對成績優(yōu)秀的教師給予獎勵，其成績可以做為評定職稱的參考。目前，該競賽已經舉辦4屆，對提高教師的工程實踐能力起到了一定的作用。

（三）結合互補教學法制定授課教案

數(shù)字圖像處理和MATLAB語言的互補教學可以達到事半功倍的效果，教案設計是必要的環(huán)節(jié)。任課教師每周定期交流，共同制定和完善互補教學方案是提高課程教學水平的好方法。

數(shù)字圖像處理的應用越來越廣泛，不同專業(yè)可能會關注其中某個方面的應用，這部分教案的制作應體現(xiàn)專業(yè)特色。我們的教學實踐結果表明互補教學法激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學生的工程實踐能力。

五、結論

數(shù)字圖像處理課程和MATLAB課程的互補教學，既加強學生的基礎理論知識，又提高學生的工程實踐能力。教學實證表明互補教學法得到了學生的認可，滿足了學生的學習需求，提高了學生的就業(yè)能力。

參考文獻：

[1] 曹玉東， 王冬霞， 周軍. 數(shù)字圖像處理課程教學改革與探索[J]， 遼寧工業(yè)大學學報（社會科學版）， 15（2）， 2013.

[2] 秦襄培. MATLAB圖像處理與界面編程寶典[M]. 北京：電子工業(yè)出版社， 2009.

[3] 喬閃. 基于MATLAB面向課題的數(shù)字圖像處理實踐教學[J].實驗技術與管理， 2005， 22（8）： 93-96.

[4] 袁操，李雅琴. 使用Matlab來優(yōu)化數(shù)字圖像處理課程教學[J]. 湖北第二師范學院學報， 2012， 0（2）： 128-130.

[5] 遼寧省本科教學網. 國務委員劉延東對我省深入推進“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”作出重要批示[EB/OL]. （2012-06-12）endprint