亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        電子信息類工科專業(yè)科教融合教學(xué)設(shè)計(jì)*
        ——以《數(shù)字圖像處理》為例

        2022-10-09 07:46:44朱春華郭歆瑩趙攀秦瑤
        智庫時(shí)代 2022年35期
        關(guān)鍵詞:數(shù)字圖像處理噪點(diǎn)直方圖

        朱春華 郭歆瑩 趙攀 秦瑤

        (河南工業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院)

        在新工科背景下,電子信息類工科課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中加強(qiáng)了以問題為導(dǎo)向、多學(xué)科交叉融合以及科研育人等教學(xué)理念。專業(yè)基礎(chǔ)課對(duì)專業(yè)知識(shí)要求高,而且其知識(shí)點(diǎn)環(huán)環(huán)相扣,在慕課的建設(shè)中文獻(xiàn)[1]提出了把專業(yè)基礎(chǔ)課引入慕課教學(xué)模式的課程建設(shè)思路;專業(yè)教育與工科基礎(chǔ)數(shù)學(xué)或物理課的結(jié)合也成為了基礎(chǔ)課教學(xué)改革的焦點(diǎn)[2];科研反哺教學(xué)已經(jīng)成為近兩年應(yīng)用型人才培養(yǎng)的關(guān)鍵詞[3-4]。但在實(shí)際教學(xué)活動(dòng)中,還面臨理論與實(shí)踐嚴(yán)重脫節(jié)、理論課與實(shí)踐課的教學(xué)設(shè)計(jì)不能有效銜接,學(xué)生以聽為主缺乏主動(dòng)思考的教學(xué)模式等問題,這影響到了通過課程教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、科學(xué)思維方法和求知?jiǎng)?chuàng)新精神的目標(biāo)達(dá)成。本文以《數(shù)字圖像處理》課程為例,提出科教融合的教學(xué)設(shè)計(jì)思路,以科研項(xiàng)目實(shí)踐的每個(gè)單元對(duì)應(yīng)支撐課程教學(xué)內(nèi)容的每個(gè)知識(shí)點(diǎn),形成了科研真正融入課堂,反哺教學(xué)的教學(xué)模式。

        一、教學(xué)與科研融合案例分析

        本文以基于圖像處理的糧食籽粒和雜質(zhì)檢測(cè)[5]為例,通過圖像增強(qiáng)、圖像分割、形態(tài)學(xué)圖像處理等在主干課程《數(shù)字圖像處理》中的知識(shí),實(shí)現(xiàn)摻雜糧食中的雜質(zhì)分離。檢測(cè)流程如圖1所示。

        圖1 算法流程框圖

        對(duì)摻雜糧食圖像,首先通過直方圖均衡化和高斯-拉普拉斯算子增強(qiáng)糧食籽粒和雜質(zhì)的對(duì)比度;對(duì)閾值分割后的雜質(zhì)圖像,引入膨脹與雜質(zhì)面積參數(shù)去除偽點(diǎn),并利用羅伯茨算子提取雜質(zhì)邊緣和二次去噪;最后對(duì)雜質(zhì)圖像進(jìn)行標(biāo)記和計(jì)數(shù)。

        (一)圖像預(yù)處理

        在以上項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié)中,首先要進(jìn)行原始圖像采集。實(shí)驗(yàn)中的小麥與雜質(zhì)來自河南省鄭州市的興隆國家糧食儲(chǔ)備庫,圖像采集背景為反光性能較弱的亞格力板,在板內(nèi)設(shè)有大小、間距相等的100個(gè)圓形孔用于放置小麥與雜質(zhì)。在自然光照射下,采用SONY相機(jī)(ILCE-7RM2型號(hào),4240萬有效像素)從50cm左右高度垂直進(jìn)行拍攝,獲得實(shí)驗(yàn)圖像。

        為了增加摻雜糧食籽粒圖像中雜質(zhì)圖像和糧食籽粒圖像區(qū)域的對(duì)比度,本文采用直方圖均衡化處理和圖像銳化對(duì)原始圖像進(jìn)行預(yù)處理,便于后續(xù)的雜質(zhì)圖像分割。為了保證色彩的不失真,首先把RGB圖像轉(zhuǎn)為HSV[7](Hue-Saturation-Value)圖像;然后對(duì)HSV圖像的直方圖進(jìn)行均衡化和銳化濾波,考慮到高斯濾波的平滑作用和拉普拉斯算子對(duì)噪聲的敏感性,采用高斯-拉普拉斯算子(LOG算子)對(duì)原始圖像進(jìn)行濾波,若原始圖像像素(x,y),對(duì)其進(jìn)行LOG算子濾波可表示為

        原始圖像和預(yù)處理后的圖像分別如圖2(a)和圖2(b)所示,其傅里葉變換后的頻域分布分別如圖2(c)和圖2(d)所示。可見預(yù)處理后圖像的低頻分量減少,高頻分量增加;而圖像中的高頻成分反映的是圖像中變換比較尖銳的細(xì)節(jié)、圖像邊緣等部分,因此經(jīng)過預(yù)處理之后圖像的對(duì)比度得到增強(qiáng)。

        圖2 預(yù)處理前后圖像對(duì)比

        (二)雜質(zhì)圖像分割和去噪

        對(duì)預(yù)處理后的圖像圖2(b),需要分離糧食籽粒和雜質(zhì),本文通過對(duì)比大津法(OTSU)[6]、迭代法[7]、直方圖雙峰法[8],考慮糧食籽粒圖像的直方圖分布特點(diǎn),確定采用直方圖閾值分割中的多峰分割的方法。在以上分割過程中,分割閾值的選取是算法的關(guān)鍵,通過實(shí)驗(yàn)得到最優(yōu)的分割閾值為Ts,糧食籽粒和圖像背景的灰度值小于等于全局閾值,判定為背景點(diǎn);雜質(zhì)的灰度值大于全局閾值,判為目標(biāo)點(diǎn),分割過程可表示為

        原圖像與雜質(zhì)分割圖像分別如圖3(a)和圖3(b)所示。由圖3(a)所示,在原始圖像的背景中會(huì)存在一些與雜質(zhì)灰度值相近的細(xì)小噪點(diǎn),這些噪點(diǎn)來源于圖像采集板的孔洞邊緣粘連的部分雜質(zhì)顆粒,或者是由于糧食籽粒部分區(qū)域的灰度值與雜質(zhì)灰度接近。這些噪點(diǎn)在經(jīng)過圖像分割后難以去除,如圖3(b)所示,這些噪點(diǎn)的存在將影響雜質(zhì)圖像的標(biāo)記與準(zhǔn)確識(shí)別。為去除雜質(zhì)分割圖像中的噪點(diǎn)并保持雜質(zhì)圖像的完整性,雜質(zhì)分割圖像去噪主要通過基于面積的幾何濾波、使用Roberts算子檢測(cè)噪點(diǎn)、基于面積的二次濾波幾個(gè)主要步驟完成。通過觀察閾值分割后的圖像圖3(b)發(fā)現(xiàn),雜質(zhì)與噪點(diǎn)的主要區(qū)別之一是其面積差異較大,因此本文采取了基于圖像面積的幾何濾波方法,即以某一面積值作為濾波器的截至頻率,通過對(duì)圖像中某點(diǎn)的26鄰域的面積值與進(jìn)行比較,當(dāng)其面積小于時(shí)則剔除該點(diǎn),當(dāng)其面積大于S時(shí)則保留該點(diǎn)。但由于部分雜質(zhì)圖像分割后并不是一個(gè)完整的封閉區(qū)域,影響后續(xù)的雜質(zhì)計(jì)數(shù)。因此在利用圖像面積進(jìn)行幾何濾波之前,對(duì)閾值分割后的雜質(zhì)圖像首先要進(jìn)行膨脹處理,使得未連通的雜質(zhì)目標(biāo)區(qū)域連通起來,便于后期統(tǒng)計(jì)雜質(zhì)個(gè)數(shù)。這里在膨脹系數(shù)選取時(shí)不宜太大,以免噪點(diǎn)與雜質(zhì)區(qū)域過度融合,造成雜質(zhì)標(biāo)記錯(cuò)誤;同時(shí),較小模板的膨脹處理會(huì)加大噪點(diǎn)與雜質(zhì)目標(biāo)區(qū)域的面積差距,更易剔除孤立噪點(diǎn)。對(duì)于未能完全濾除的殘余噪點(diǎn),使用對(duì)噪聲較為敏感的算子提取圖像邊緣,再次設(shè)置面積閾值,對(duì)其進(jìn)行基于圖像面積的二次幾何濾波,得到全部雜質(zhì)圖像。如圖3(c)所示。

        圖3 雜質(zhì)圖像分割與去噪

        (三)圖像標(biāo)記

        得到全部雜質(zhì)圖像后,可進(jìn)行雜質(zhì)圖像標(biāo)記和計(jì)數(shù)。由于部分雜質(zhì)圖像存在分立孤島,為正確統(tǒng)計(jì)雜質(zhì)個(gè)數(shù),需對(duì)雜質(zhì)圖像進(jìn)行膨脹操作,從而連通分立孤島,以及填補(bǔ)圖像內(nèi)部孔洞。統(tǒng)計(jì)雜質(zhì)個(gè)數(shù)后,考慮計(jì)算復(fù)雜性和邊緣提取完整性,使用Canny算子提取雜質(zhì)圖像邊緣,并進(jìn)行雜質(zhì)位置標(biāo)記,據(jù)此還可以統(tǒng)計(jì)雜質(zhì)數(shù)量。

        (四)算法性能對(duì)比分析

        為檢驗(yàn)本文所提方法的有效性,實(shí)驗(yàn)中對(duì)比分析了大津法(OTSU)[2]、迭代法[3]、直方圖雙峰法[4]的雜質(zhì)檢測(cè)結(jié)果分別如圖4(a)-(d)所示,其中原始圖像如圖2(a)。

        圖4 不同雜質(zhì)檢測(cè)方法的雜質(zhì)圖像提取結(jié)果對(duì)比

        由圖4(a)和圖4(b)可見,文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]分別采用最大類間方差法和迭代法僅能區(qū)分背景和目標(biāo),無法分離糧食籽粒和雜質(zhì);文獻(xiàn)[4]采用雙峰直方圖閾值法進(jìn)行圖像分割,能夠提取大部分雜質(zhì),但殘余噪點(diǎn)較多。本文所提方法的雜質(zhì)圖像檢測(cè)結(jié)果如圖4(d),從圖中可以看出本文所提方法能夠較為準(zhǔn)確地提取出摻雜圖像中的雜質(zhì)圖像并且無殘余噪點(diǎn),能夠準(zhǔn)確標(biāo)記每一粒雜質(zhì)的區(qū)域位置且相鄰區(qū)域標(biāo)記不存在粘連情況,保證了標(biāo)記的準(zhǔn)確性與直觀性。

        選擇不同摻雜的圖像,利用本文所提雜質(zhì)檢測(cè)方法進(jìn)行雜質(zhì)圖像標(biāo)記的結(jié)果分別如圖5(a)-(d)所示。結(jié)果表明,本文方法能夠有效分離雜質(zhì)和糧食籽粒,實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)圖像的準(zhǔn)確計(jì)數(shù)。

        圖5 不同摻雜圖像檢測(cè)結(jié)果對(duì)比

        上述基于圖像處理的糧食籽粒和雜質(zhì)檢測(cè)的項(xiàng)目實(shí)踐環(huán)節(jié),內(nèi)容涉及從數(shù)據(jù)采集、技術(shù)方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析與性能評(píng)估萬整的項(xiàng)目開發(fā)過程,而且實(shí)踐內(nèi)容與《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)內(nèi)容形成了強(qiáng)支撐關(guān)系,如圖6所示。

        圖6 科研實(shí)踐內(nèi)容與《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)內(nèi)容

        可見,在教學(xué)過程中融入科研實(shí)踐訓(xùn)練,能夠有機(jī)結(jié)合理論授課內(nèi)容,加強(qiáng)學(xué)生對(duì)重點(diǎn)知識(shí)的理解與掌握;而且,實(shí)踐內(nèi)容涉及數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理、算法優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、性能分析與對(duì)比等萬整的項(xiàng)目開發(fā)環(huán)節(jié),所形成的科研方法同樣可擴(kuò)展應(yīng)用到其他課程學(xué)習(xí)中,能夠提升學(xué)生的邏輯思維能力和科研創(chuàng)新能力,也可以以科研項(xiàng)目為切入點(diǎn)建設(shè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)[9],提升教師團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新教學(xué)理念。

        二、結(jié)論

        本文以科研融入教學(xué)為切入點(diǎn),通過設(shè)計(jì)與教學(xué)內(nèi)容相匹配的科研項(xiàng)目,使單元知識(shí)點(diǎn)與科研項(xiàng)目實(shí)踐的各環(huán)節(jié)形成對(duì)應(yīng)關(guān)系,從而在教學(xué)過程中形成理論和實(shí)踐相輔相成、深度嵌入的教學(xué)模式,不同的實(shí)踐環(huán)節(jié)構(gòu)成來了一個(gè)完整的科研項(xiàng)目,可以作為課程教學(xué)的過程性評(píng)價(jià)。本文所提的科教融合課程教學(xué)設(shè)計(jì)思路,有助于通過課程教學(xué)達(dá)到科研育人的目標(biāo),也可以擴(kuò)展應(yīng)用到其他工科專業(yè)的課程教學(xué)中。

        猜你喜歡
        數(shù)字圖像處理噪點(diǎn)直方圖
        統(tǒng)計(jì)頻率分布直方圖的備考全攻略
        符合差分隱私的流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)直方圖發(fā)布
        相機(jī)學(xué)院
        用直方圖控制畫面影調(diào)
        低相噪點(diǎn)頻源的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證
        技術(shù)櫥窗
        數(shù)字圖像處理技術(shù)在當(dāng)前影像專業(yè)的作用探討
        信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)探討與實(shí)踐
        考試周刊(2016年91期)2016-12-08 22:19:28
        微課在大學(xué)專業(yè)課中的應(yīng)用研究
        以應(yīng)用實(shí)例為主線、以程序設(shè)計(jì)為主導(dǎo)的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)方法改革
        在线播放a欧美专区一区| 精品国产成人av久久| 日韩欧美aⅴ综合网站发布| 在线亚洲+欧美+日本专区| 2021国产成人精品国产| av有码在线一区二区| 国产精品三区四区亚洲av| 国产乱子伦农村xxxx| 亚洲中文字幕乱码| 亚洲成av人片在线天堂无| 最新日本人妻中文字幕| 内射爽无广熟女亚洲| 亚洲精品不卡电影| 精品国产乱码久久免费看| 亚洲成人av在线第一页| 蜜桃视频无码区在线观看| 亚洲男女免费视频| 日本女优中文字幕有码| 日产乱码一二三区别免费l| 亚洲av永久无码国产精品久久| 国产精品无码一区二区三区电影| 国产免费一区二区三区免费视频| 国产伦久视频免费观看视频| 国内精品伊人久久久久av| 国产精品丝袜美腿诱惑| 免费a级毛片18禁网站| 国内精品久久久久久中文字幕| 精品人体无码一区二区三区| 精品日韩欧美一区二区三区在线播放| 亚洲一区极品美女写真在线看 | 97在线观看播放| 亚洲美女啪啪| 在线观看国产av一区二区| 久久久久亚洲精品男人的天堂| 亚洲人成网址在线播放| 亚洲不卡无码高清视频| 中文字幕视频一区懂色| 久爱www人成免费网站| 粉嫩少妇内射浓精videos| 成年女人18毛片毛片免费| 色婷婷精品久久二区二区蜜桃|