自动化专业图像处理课程建设与改革

2015-02-15尹海涛南京邮电大学自动化学院210023

学周刊 2015年31期

关键词：图像处理教学方式实验教学

尹海涛（南京邮电大学自动化学院210023）

自动化专业图像处理课程建设与改革

尹海涛（南京邮电大学自动化学院210023）

本文结合图像处理课程特点以及自动化专业特色，从教学内容和教学方式、实验教学以及考核评价体系等方面对图像处理课程进行教学改革。该方法注重教学内容的整合与更新，并采用具有自动化工程背景的实验教学激发学习兴趣、提高对学生实践创新能力的培养。

图像处理教学改革实践创新

一、引言

图像是人类获取信息并进行交流的一项重要手段，相比于声音和文本信息，图像信息更具有直观性。图像处理是指借助计算机来处理图像，主要包括两部分内容：1.改善图像信息便于后续分析；2.计算机对图像进行自动理解。随着计算机以及信息技术不断地发展，人类对图像处理技术需求也飞速发展，目前已经广泛应用于工业生产线、医疗、交通、环境监测、公共安全监控以及卫星遥感等诸多领域。可以说，图像处理技术已经完全融入人们社会生产和生活当中。

图像处理课程具有理论性较强、知识点多且分散、多学科交叉等特点，而且学习数字图像处理需要较强数学基础，如线性代数、矩阵计算以及概率论与数理统计等。此外，图像处理具有较强的工程背景，不同工程背景形成不同类型的图像处理，如医学图像处理[1]、遥感图像处理[2]等。南京邮电大学自动化专业具有浓厚信息技术特色，在建设图像处理课程时应突出自身优势，形成一门具有信息背景的特色课程。此外，近些年，企业和用人单位对具有较强实践能力的图像处理人才的需求日益增加。因此，亟待对当前图像处理课程进行教学改革，以满足社会人才需求。结合南京邮电大学的信息特色，以当前社会对图像处理人才需求为导向，笔者将图像处理课程教学进行探索与改革。

二、课程教学改革具体内容

图像处理课程的教学目的是让学生了解和掌握图像处理的基本内容和方法，并具备一定的创新和实践能力。图像处理课程一般面向高年级学生开设，学生普遍反应兴趣不高、知识点多且不宜掌握、实践动手能力差。针对这些问题，我针对图像处理课程进行了初步探索与改革。

（一）教学内容和教学方式

对于教材的选择，我们采用冈萨雷斯等编写的《数字图像处理》[3]。该书是公认的经典数字图像处理教材，包含了图像处理大部分内容。如果按照教材章节次序进行授课，忽略各章节之间联系，使学生在学习中不具有连贯性，效果较差。此外，随着工业信息化不断进步，图像处理也得到了快速发展，一大批优秀成果被提出。如果仅讲授教材内容，势必导致授课内容跟不上学科发展，不利于学生掌握新知识、新方法。因此，我对授课内容进行调整，采用专题教学并建立授课内容更新机制。

专题教学按图像处理工业应用流程将授课内容进行划分和整合，形成若干个专题，每个专题内容形成一个完整、连续的模块。此外，在冈萨雷斯等编写的《数字图像处理》基础上，将目前一些具有代表性且具有很强应用前景的研究成果纳入到教学内容中，并教材内容进行融合，形成如表1所示的5个教学专题。通过专题授课内容，学生在理解图像处理知识同时，也能掌握图像处理在工业应用中的基本步骤，便于实际应用开发与创新研究。

表1 图像处理课程教学内容专题分类表

在教学方式方面，传统教学方式注重理论讲解和公式的演算与推导，完全忽略了图像处理这门课程对象的特点。相比大量的数学推导，学生更倾向于图像案例的演示。比如在讲解图像仿射变换时，得到仿射变换数学计算公式的同时给出具体的图像变换例子，让学生更加直观地掌握仿射变换。通过图像的显示能一定程度上降低学生对理论公式的抵触心理。此外，在讲解具体算法时，利用Matlab或OpenCV等平台对算法进行实时演示，通过演示分析算法每步对处理结果的影响，能极大地吸引学生的兴趣，加深对算法的理解。选择演示案例时注重自动化工业背景，比如工业生产线检测图像、道路监控图像和电路图像等。此外，在演示案例中增加讨论环节，激发学生的创新思维。

（二）实验教学

实验教学在图像处理课程中占有非常重要的地位，通过实验能辅助学生对授课内容理解与消化[4]。然而，现有实验教学中主要是一些验证性实验，缺乏学生独立思考和创新环节。为了提高学生的动手能力和创新思维，对验证性实验进行相应压缩，增加具有自主研究开发的实验，尽可能在实验中能模拟实际工程中的图像处理，让学生在课内了解工程应用情况。结合自动化专业背景，针对专题内容设计了6个实验，如表2所示。实验安排与上课进度紧密结合，便于学生对所学知识点及时巩固。

表2 实验教学安排表

（三）考核评价体系

为了对学生掌握知识、实验操作和综合知识运用等方面有个全面客观的评价，采用试卷考试(40%)、实验操作(20%)以及技术报告(30%)相结合的评价体系。技术报告主要是针对人脸识别系统的设计，以3-5人为小组，设计从图像预处理到识别的整体框架，并给出相应测试结果，形成最终技术报告。此外，还增加过程考核对学生平时学习情况的监测(10%)。多元评价体系能较客观地反映学生对课程理解和运用的综合能力。