数字图像处理课程教学经验探讨

杨铁军 黄 琳

桂林理工大学 广西桂林 541004

数字图像处理课程教学经验探讨

杨铁军 黄 琳

桂林理工大学 广西桂林 541004

本文分析了数字图像处理课程的特点，结合教学实践经验，从理论教学和实践教学两方面所提出的一些观点和建议，如复杂理论与直观实例的结合方法，运用开放性课题提高学生学习兴趣，实验教学的主要问题和优化方法等，具有一定的参考价值。

数字图像处理；教学方法；兴趣激励

数字图像处理是目前非常热、应用特别广泛的研究领域之一。数字图像处理是一门综合性非常强的课程，涉及的知识非常广泛，包括计算机科学、信息科学、模式识别和人工智能等学科专业知识。2009年的诺贝尔物理学奖颁给了贝尔实验室的 Willard S.Boyle 和 George E. Smith，他们研究的电荷耦合元件（CCD）推动了数字影像技术的飞速发展，对数字图像处理技术的发展也起了很大的推动作用。数字图像处理技术已广泛应用于人们生产、生活的各个领域，学生通过该课程可以了解数字图像处理的应用范围和发展前景，掌握一些常用的图像处理方法，并通过实验实践了解图像工程的基本流程和方法，提升他们的就业竞争力。

该课程一般可划分为4大部分：基础知识、图像预处理、图像分析和图像理解。基础知识部分包括绪论、色度学基础和基本概念；图像预处理包括图像变换、增强、恢复、压缩、重建等；图像分析包括图像分割、描述和特征提取等；图像理解包括图像匹配、识别等。本科生课程应注重基本概念、常用方法及原理和典型应用开发的教学。在教学实践中发现，如何合理安排“理论—实践—再理论”的教学流程来提高学生的学习兴趣是提高教学质量的关键。实例教学在该课程中经常采用，该课程实例的显著特点是直观，因为大多是通过多媒体以图像的形式展现；但基础理论很抽象，因为原理和方法都涉及建模、计算等数学基础。因此，如何将深奥的基础理论与信息丰富、直观的处理对象以合理的方式结合，并引导学生的学习是合理安排“理论—实践—再理论”教学流程的关键问题。本文主要针对该问题，结合教学实践经验来探讨该课程的教学方法的改进。

一、理论与实例的有机结合

该课程的实例具有其他课程实例不具备的优势：实例对象基本上都是直观的图像。因此，实例能形象地表达某些原理和结论。例如，图像变换中的傅立叶变换，一般课程中的实例都是数据到数据，而该课程的实例是图像到图像，在讲解变换原理的同时，可以通过变换前后的图像实例来进行说明，直观地表达了傅立叶变换的作用，并通过实验实践来加深对傅立叶变换的理解。应该强调的是，虽然图像实例能形象地反映原理和方法，但不能用实例来取代对原理和方法的讲解。原理和方法是理论基础、是本质，实例是表现形式，可以利用实例来更好地讲解图像处理的原理和方法。演示一个实例非常短暂，但要得到一个这样的实验结果需要有坚实的理论基础和对实验工具的操作技术为前提。只有牢固掌握了原理和方法，才可能得到预期的实验结果。因此，理论学习不能滥用实例，而应该以理论为本，实例为辅，通过实例更好地讲解理论知识，提高学生对理论知识的掌握程度。

二、开放性课题的运用

另外，可以设置一些与实际应用相关的开放性课题来提高学生的学习兴趣，并提升他们应用所学方法和技术来解决实际问题的能力。如以平时拍摄的数字照片为实验对象，运用所学的图像处理技术改善该照片的质量；或者给出一幅医学影像（如血管造影），要求综合运用所学图像预处理、分割等技术，提取血管的边缘。教学实践证明，学生往往对于这些自身相关的或者实际应用问题有浓厚兴趣，因此更能激发他们对于该课程的学习，积累将原理、方法转化为实际应用技术的经验。对于信息类专业学生，可以要求他们使用一些高级编程语言来实现，如C++，Java等，提高他们对于工程应用中常用工具的熟练掌握程度，提升就业竞争力。开放性课题的选题应突出综合性、应用性和趣味性，一般可采用分组完成的形式。分组的人数不宜太多，一般5人左右为一组，由组长牵头并负责小组内的任务分工。分组有利于增强学生的团队合作意识，并且发挥每个组员的特长，在有限的课程教学周期内按时完成该课题。

三、实验教学的主要问题和对策

实验课教学方面，采取“先讲解，后尝试，找问题，再实现”的基本流程。即教师先讲解实验内容，然后学生尝试设计实验的步骤和方法并动手实现。一般会遇到某些问题，实验无法顺利进行，这时需要教师观察学生遇到的主要问题，并有针对性地讲解解决这些典型问题的方法。故障排除后，学生再次修改实验方法继续推进实验进程。以上“找问题，再实现”的过程可能是一个迭代的过程，所以需要教师多监督学生的实验情况，方能保证实验的完成质量。该过程的主要目的是要求学生独立思考，培养他们的分析问题、解决问题的能力，而应该杜绝直接将实现代码交给学生的做法。

教学实践发现，实验环节的问题主要分为两类：一类是对于原理、方法的理解不够充分，主要表现为设计阶段没有思路，不知从何下手，或者实验方法错误较多导致得不到预期的实验结果；另一类是实验工具使用的问题，如用Matlab仿真或VC++实现时，对于一些与工具使用相关的问题感到束手无策，实验进程就此搁置。针对第一类问题，教师可以在实验教学时加强对原理、方法的分析，使学生在实验动手之前再次学习该原理和方法；第二类问题可能五花八门，需要教师在实验时多观察，并为他们提供必要工具使用的指导，以保证按时顺利完成实验。

四、结束语

本文对数字图像处理课程的特点进行了分析，并结合教学实践提出了一些改进教学方法的建议，包括复杂理论与直观实例的有效结合，开放性课题提高学生的学习兴趣，实验课教学的主要问题和解决方法等。这些建议对提高该课程的教学质量有一定的参考价值，有利于对图像处理技术人才的培养，提高学生将所学知识转化为解决实际问题的能力，提高学生的就业竞争力。

[1]李树涛.基于理论—设计—实践的数字图像处理研究性教学模式研究[J].高等理科教育, 2009,5：58～61

[2]Rafael Gonzalez, Wood R. Digital Image Processing(2nd Edition)[M].北京：电子工业出版社,2003

[3]张坤华,纪震.数字图像处理可视化教学体系探索[J].电气电子教学学报,2007,29(1)：113～115

Discussion on teaching experience of digital image processing

Yang Tiejun, Huang Lin
Guilin university of technology, Guilin, 541004, China

This paper proposes some teaching methods of digital image processing based on the course characteristic analyzing and teaching practicing. The methods of complex theory and visual instance combination,improving students’ learning interest using opening project, and optimizing the primary problems of experimental instruction are discussed.

digital image processing; teaching method; interests actuating

2009-12-23

杨铁军，博士，讲师。