《数字图像处理》实践教学探讨

赵峰 安志勇 孙述和

山东工商学院计算机科学与技术学院，烟台 264005

《数字图像处理》实践教学探讨

赵峰 安志勇 孙述和

山东工商学院计算机科学与技术学院，烟台 264005

“数字图像处理”是信息类专业普遍开设的专业基础课，实践教学环节是掌握课程内容的关键。本文针对该课程实践教学中存在的问题，从编程语言、实践内容 、实验方式等方面进行了改革探讨。实践表明，这些改革措施利于提升教学效果,对培养学生的创新思维和动手能力起着重要作用。

数字图像处理； 教学改革；实践教学

digital image processing; teaching reform;practice teaching

引言

数字图像处理是当今信息处理技术中发展很快且应用面很广的新兴学科。在我国高校诸多信息类专业的课程设置中,数字图像处理一般被安排为本科生的基础课程。作为一门开放性的交叉学科，数字图像处理是一门理论与实践、原理与应用结合紧密的课程[1-2]。因此，以有效开展实践教学为出发点，本文基于当前数字图像处理实践教学现状，结合笔者多年的教学实践体会，从编程语言、实践内容 、实验方式等方面进行了改革探讨。实践证明，这些改革措施不仅有助于理解和消化课程所涉及的抽象理论和方法，更有助于激发学生的学习兴趣，提高学生的实践能力。

1、编程语言选择

作为图像处理理论和方法的实现工具，编程语言选择是否恰当，对实验效果具有重要的影响。通过对比各种程序语言的特点以及我们的实践教学体会，Matlab语言作为图像处理的编程语言比较理想[3-4]。

不可否认，通常情况下，信息类专业的学生对Matlab语言了解不多甚至没有接触，而对C语言或C++语言掌握的相对较好。但是，数字图像处理在计算机中主要表现为二维矩阵的变换和操作，采用CC++实现特别复杂。比如，读写BMP格式图像文件，C语言程序代码就有数千行之多。另外，数字图像所涉及的一些理论和方法，如傅立叶变换、小波变换，这些内容对一些学生而言，本来就掌握的不是很透彻，更不要说编程实现了。因此，如果采用CC++进行程序实现，容易让学生陷入繁杂的编程细节中，失去了学习兴趣，不利于图像内容的理解和把握。

Matlab语言具有相当强大的矩阵运算和操作功能，而且其图像处理工具箱提供了丰富的图像处理函数，从而大大节省了编写低层次算法代码的实践，利于学生摆脱繁杂的程序编写，将主要精力放在算法研究和理论理解上，加深了对课堂教学内容的理解，提高了学生灵活运用知识、分析与解决问题的能力。

当然，Matlab语言涵盖的内容特别广泛，学生接触甚少，同时课程学时相对有限，让学生全面掌握Matlab语言是不现实的，也是没有必要的。考虑到编程语言的目的是为了更好的理解把握图像处理的理论和方法，起到“学以致用”的效果。因此，我们对Matlab语言讲授上，采用“用多少学多少”的原则。即在简单介绍Matlab的一些常用命令、基本矩阵和运算、基本编程等基础上，紧密结合教学内容，只介绍当前图像处理理论和方法所涉及到的Matlab函数。如直方图处理，只介绍imhist与histeq两个函数；频域增强处理，重点介绍fft2与ifft2等相应函数。这样就避免学生将太多精力放在繁琐的编程上，而把重点放在理论和方法的理解上，能更有效地运用图像处理的方法解决一些实际问题。

2、实践内容改革

数字图像处理由于其应用遍及诸多领域，随着新技术、新方法的不断涌现，传统的数字图像处理方法和技术很难体现现代信息科学技术的方法和思维,对发展和探索性的内容反映太少,难以适应学科交叉综合发展的需要,势必会与培养适应时代发展要求的复合型人才目标相违背，因此，针对实际需要，将新方法、新技术应用到实践教学中，是数字图像处理课程实施改革的重要环节。

在实践内容上中，我们主要进行了如下几点尝试。①将一些应用性问题引入实践教学。如人脸识别问题，在门襟监控、海关检查、刑侦破案等方面具有重要的影响，但由于光照、噪声等因素的影响，识别之前需要对人脸进行预处理，这就设计图象锐化、去噪等方法的运用。基于这些内容的实践，能够激发学生的学习兴趣，产生一种“学有所用”的成就感。②将一些生活中的问题引入实践教学。图像处理是一门与现实生活联系比较密切的课程，因此，将生活中的一些问题引入实践教学，能充分调动学生的内在动力和个性思维及想象力。如直方图处理、线性变换实验，图像素材都是同学们平时拍得生活照，让学生分析图像的特点，然后采用相应的处理方法进行增强。相比采用教材书上的图像素材，这种方式指导指导学生进行实验，学习积极性更高。③将一些新的图像处理方法引入实践教学。作为一门开放性的课程，图像处理的理论和方法不断完善和更新，因此，及时地将一些新方法、新技术引入到实践教学中，利于启发学生进行深入探讨，挖掘学生的探新潜力。如图像识别环节，我们将核方法进行了介绍，使学生对线性识别与非线性识别有了深刻的理解，为将来从事创新工作打下基础。

3、实践方式改革

传统的实践教学过于重视直观教学和巩固所学理论知识,实验手段相对单一。为了改善这方面的局面，在实践方式改革方面，我们的体会如下。

3.1 注意课堂演示。课堂演示一方面是为了加深学生对一些理论和方法的理解，增强学生的直观认识；另一方面，通过演示代码的讲解，让学生对编程语言有了一个相对全面的掌握，为后继的实验课编程提供了方便。

3.2 注意采用多种实验方式相结合。数字图像处理的实践内容比较丰富，同时又受课时的限制，因此，采用传统的上机实验，不仅无法完成实践教学内容，也不利于提高学生解决实际问题的能力。所以，我们采用了多种实验方式相结合。①对于研究性问题，我们采用分小组进行实验。就是提出一个问题，让学生以小组为单位，利用所学知识，进行解决。这种方式将数字图像处理实践视为一个团队的集体行为，需要同学之间、师生之间相互的交流，密切合作，有利于培养学生的团队协作能力、动手操作能力和创新能力。②对于生活联系密切的问题，采用课外进行实验。即让学生利用课余时间，运用图像处理方式，去解决发生在身边的问题。如利用直方图均衡化去处理一些日常生活照片。③上机实验。充分利用实验室条件，精心设置实验内容，让学生在相对集中的时间内解决一些图像处理问题。

4、结语

数字图像处理是一门理论性和实践性并重的学科，应用能力的培养是课程教学的主要目标之一。近年来,随着学校加大对实验室建设的投入,实验室的资源不仅有数量上的增长,更有质的飞跃。如何利用现有的资源，结合图像处理的新理论和新算法，进行有效的数字图像实践教学，教学改革的一项长期任务。本文结合多年的教学体会，从教材、内容和方法等环节进行了一些改革尝试。实践效果表明，这些改革尝试，能够激发学生的学习兴趣，利用培养学生的动手能力。但是有关课程改革的内容远远不止这些，在未来的工作中，我们将继续努力，进一步深入探讨教学改革中面临的一些问题。

[1]周海芳.“数字图像处理”课程研讨式教学[J].计算机教育,2010,24:93～97

[2]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

[3]柏均,闫红梅,张鸣.Matlab 在“数字图像处理”课程教学中的利弊分析[J]. 电气电子教学学报,2010,32(4):82 ～86

[4]赵珊,刘静.数字图像处理课程实践教学的改革与设计[J].中国科技信息.2009,23:226～227

Practice Teaching Exploration on Digital Image Processing

Zhao Feng, An Zhiyong, Sun Shuhe

School of Computer Science and Technology, Shandong Institute of Business and Technology, Yantai,264005, China

The course of Digital Image Processing is one of the professional core courses for the undergraduates of electronics and information specialty. Effective practice teaching process is a key to well understand the content of this course. In view of the existing problems of practice teaching, this paper introduces the practice teaching reform activities of the course,which include program design language, practice content and practice methods. Through reform,it enhances the teaching effect, arouses students’ ability to innovate, and improves the students’ practical capacity.

G642.0

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.24.148

国家自然科学基金项目（60970105），山东省软科学项目（2010RKGA2062），校级重点教学研究项目（2009K07）

赵峰（1974～），男，山东梁山人，副教授，研究方向：图像处理、模式识别。