《数字图像处理》公选课教学实践研究

高智勇，刘海华，陈军波，谌先敢

摘要：数字图像处理技术迅猛发展，而且得到了越来越广泛的应用。开设《数字图像处理》公选课可以向非相关专业的学生介绍数字图像处理的基本知识和理论，提高学生动手能力和社会适应能力。本文在分析教学对象和课程特点的基础上，对课程选用教材，教学方法，教学手段等方面进行了深入探讨和研究。近几年的教学中，笔者据此进行实践，取得了良好的教学效果。

关键词：数字图像处理；教学实践；公选课

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0067-02

近年来，数字图像处理技术得到了迅猛发展，并已应用到许多领域，除了如工业、农业、国防军事、生物医学、通信等专业领域外，在社会和日常生活中也得到了广泛的应用，如数字照相机、数字摄像机、网络视频分享与欣赏。一些常用的图像处理工具或软件系统，如Photoshop、Acdsee Premiere、会声会影等也得到了非专业人员的广泛应用。可以预期的是，随着数字图像处理朝着智能化、网络化、实时化等方向的发展，数字图像处理技术和日常生活的联系也越来越紧密。因此，除了作为相关专业的专业课外，在本科阶段开设数字图像处理公选课，对提高学生动手能力，理解和认识相关技术，提高学生适应社会的能力无疑有很大的益处，是十分必要的。数字图像处理是一门交叉学科，内容涉及到众多的知识领域，因此，要让学生在较短的学时内掌握数字图像处理中最基本、最广泛应用的概念、原理、理论和算法以及基本技术和方法，必须对教学方法有所改革，才能取得较好的教学效果。特别地，开设《数字图像处理》公选课，面对的教学对象具有不同知识背景，专业相差较远的学生，基础知识、思维方式和兴趣点差异也较大。因此，针对数字图像处理课程和学生背景知识特点，对课程教学方法进行改革，才能取得较好的学习效果。本文总结了几年的教学经验，对公选课《数字图像处理》的教学方法进行一些研究和探讨。

一、结合学生特点，选择合适教材

作为一门课程的基本要求，《数字图像处理》公选课要求学生能掌握基本的数字图像处理知识如图像增强，图像压缩和图像分割等内容，另外一方面也要考虑学生的背景知识差异，侧重于学生的基本能力锻炼与提高。因此，所选用的教材需要同时注重理论性和实用性。综合起来，所选择的教材应该同时具有一定的理论性、实用性和新颖性。数字图像处理作为一门学科，有很多较好的成熟教材可供选择，例如美国Gonzalez等著的《Digital Image Processing》，阮秋琦编著的《数字图像处理学》等教材，都反映和结合了当前图像处理领域的科技前沿动态及科技成果，包括了图像处理的基本理论和基础知识。这些教材在《数字图像处理》专业课的教学中得到了大量的应用。但是对于作为公选课《数字图像处理》的教材来说，其相关理论知识还是过于深奥而实用性不够。因此，需要选择一本能突出其应用而较少涉及理论和公式推导的教材来使用。出于此目的，我们选择了胡学龙等编著的《数字图像处理》作为本门课程的教材。

该教材作为一本应用性教材，在讲清基本理论和基本知识的基础上，突出图像处理基本技能的培养，指导学生设计图像处理的软件应用，来验证相应的理论和算法，和我们的教学目的相接近。为了增强和突出本课程的实用性，在选定主教材的基础上，根据课程和学生的特点，选择一些和生活相关、应用范围较广的书籍作为辅助性教材，便于学生根据自己的爱好和特长对所学习的知识进行验证。我们选择了《Visual C++数字图像处理》、《Visual C++/Matlab图像处理与识别应用系统》、《Photoshop图像处理》等教材作为辅助教材。结合授课内容，布置具体作业，让学生结合自己的兴趣和特长，参照辅助教材的相关内容进行验证实现，以增强对知识的理解和应用能力。

二、采用多种方法，提高学生兴趣

兴趣是学习过程中最好的老师，如果没有学习兴趣或者学习兴趣不高，老师讲得再生动也是枉然，所以如何提高学生学习兴趣是教学中的一个关键因素。作为公选课来说，大部分同学根据自己的兴趣和爱好进行选择。这为提高公选课的教学效果奠定了良好的基础。但是在实际教学过程中，如果教师引导不当，教学内容选择不合适，或者教学手段单一，则有可能让原有的兴趣逐渐消失，教学效果大打折扣，因此在教学工程中，需要采用多种教学手段和方法，提高学生兴趣，提高教学效果。在我们的教学实践中，主要从以下几个方面来提高学生兴趣：

1.问卷调查。在《数字图像处理》实际教学中，在第一次课的讲授过程中，改变传统的大而全的介绍方法，主要突出数字图像处理的应用与发展趋势，特别是各种不同数字图像处理方法的应用实例，让学生将实际应用与相应的图像处理方法联系起来。在课堂结束后，发放调查问卷，主要内容包括先修课程的学习情况如数学基础知识和程序设计语言能力，感兴趣内容等。调查问卷回收后，及时统计和分析，了解学生的知识结构，结合图像处理内容和学生感兴趣内容，及时调整和修改修订教学计划。做到有的放矢，为以后课堂教学中针对性地提高学生兴趣做好充分的准备。

学期结束前，同样发放调查问卷，此次调查的目的是进一步了解学生的兴趣和感受，课堂教学效果，数字图像处理与先修知识结构之间的联系程度等，为提高下次公选课教学效果提供有益的反馈信息。

2.结合实例。通过具体的研究课题，具体的应用实例特别是与日常生活联系紧密的实例，让学生了解各种图像处理方法的应用效果，一方面能让他们了解本课程各种方法的用途和实际效果，另一方面也能提高他们的学习兴趣，增强自己动手实践的想法，为主动学习提供动力。在授课过程中，针对不同的教学内容，选择不同的实例。如在讲授图像增强时，以照片修复作为实例进行讲解，比较不同增强方法的原理和效果；在学习图像分割时，以道路监控视频分析为实例讲解。除了与每章相关知识相结合的实例外，结合调查问卷的结果和所进行的研究课题，设计一个完整的图像处理应用系统，贯穿整门学科的教学中，综合运用所学知识。在实际教学中，我们分别设计和演示了细胞图像处理和识别系统，行人动作识别系统等实例，逐步分析和讲解所应用到的数字图像处理基本知识和应用效果。采用结合大量的实例进行教学，除了能引起学习的兴趣外，对于培养学生分析问题和解决问题的能力也有很大的帮助。在实例讲解过程中，首先引导学生思考所需要解决的问题，引起这些问题的原因。然后结合所学的知识，针对问题特点，选择合适的方法进行解决，并对不同解决方法进行评价和讨论，理解不同方法的基本原理和实际效果。最后确定解决方案，并进行综合评价，讨论所存在的问题以及可能的解决方法。完成整个过程后，不仅大大提高了同学们兴趣，也促进了图像处理知识的理解，而且在不知不觉中锻炼学生解决工程实际问题的能力。显然，经过多次实例讲解，《数字图像处理》课程所讲述的内容对他们来说已经不仅仅是空洞的理论知识，而是解决实际问题的一种强有力的工具。

三、采用多种教学手段，改革课堂教学方法

数字图像处理技术的大部分应用都是以图像的结果进行显示，因此在教学过程中，如果只用语言难以准确形象地描述，必须借助现代化教学手段。除了采用黑板和PPT等教学手段外，还应该充分以计算机为教学媒体，利用其具有有声有色、图文并茂、动态显示等特点，向同学们生动形象地传输大量的信息。在实际教学过程中，结合具体教学内容，利用不同的教学手段，我们设计了丰富的教学课件。例如可以利用动画来演示图像分割中区域生长的过程，利用Matlab程序单步调试来比较图像增强过程中参数对效果的影响，利用Photoshop来理解图像分辨率、屏幕分辨率等基本概念，利用视频播放来观察图像压缩的效果和影响。利用这些教学手段，提高了同学们的学习兴趣，加深了对图像处理的基本知识和处理过程及处理结果的理解。除了采用现代化教学手段，改革和丰富教学方法也是提高教学效果的一种重要手段。既要充分发挥现代化教学手段的优势，又要重视改革教学方法带来的教学效果，探索和研究新的教学方法，综合提高教学效果。在实际教学中，我们都以启发式教学为主，综合使用“问题教学法”、“形象化教学法”和类比法，引发学生去思考、分析问题，激发他们学习的积极性，提高教学效果。

在近几年教学过程中，针对公选课学生背景知识和学习目的差异大等特点，结合《数字图像处理》课程的特点，我们不断地探讨、研究和改革教学方法，提高教学效果。通过不断了解前沿动态，实时更新教学内容，选择合适教材，分析学生特点，结合实例，采用丰富的教学手段，提高学生兴趣，改革教学方法等多种手段，激发学生学习积极性，取得了较好的教学效果。但是在今后的教学工作中，怎样进一步改善教学效果，仍然需要不断的探索和研究。

参考文献：

[1]冈萨雷斯，著.数字图像处理（第二版）[M].阮秋琦，等，译.北京：电子工业出版社，2009，12.

[2]章毓晋.图像工程（第二版）[M].北京：清华大学出版社，2007，2.

[3]胡学龙.数字图像处理[M].北京：电子工业出版社，2006，9.

基金项目：本项目受中南民族大学教学研究项目资助