基于Matlab的数字图像处理实验教学改革探索

胡晓霞

（西安工业大学北方信息工程学院，陕西西安，710200）

1 高校电工电子实验教学状况

随着电子技术和计算机处理技术的迅速发展，图像处理的新理论、新方法、新应用层出不断，且大部分具有实际应用意义。随着不同高校办学定位的转变及社会对工程技术人才素质要求的不断提高，数字图像处理的教学不管是在理论还是实践，无论是在教学内容还是教学理念上都要进行改革和创新。该课程既有很强的理论性，又具有很强的实践性，很多学生被其广泛的应用所吸引，又因其复杂的数学公式推导而望而却步。特别是一般本科高校在高年级开设数字图像处理课程，部分学生因忙于找工作、考研等，没有将精力集中于学习。 在这种情况下，只有将课程教学的重点从枯燥的理论教学转化为与实际应用更为紧密的实验教学，才能激发学生的学习兴趣，使学生既能较好地理解数字图像处理课程，又能掌握一些基本的编程应用，为工作或进一步深造奠定较好的基础。

在数字图像处理的实验教学中，通常是结合相关的软件开发工具进行的，主要有Visual C++和Matlab。Visual C++具有运行速度快，可移植性好等优点，特别适用于数据量较大的运算和开发；但由于其较为复杂、难学，一般本科高校的大部分高年级学生很难在较短的时间内掌握，并应用于数字图像处理工程应用中。Matlab是由Math Works公司开发的一套高性能的用于数值计算和可视化图形化处理的工程语言。它特别适用于矩阵运算、数值 分析、小波分析等各个分支，拥有电子信息、通信技术、信号处理等专业方面的工具箱。学生能在较短时间内学会运用 Matlab编程语言进行数字图像处理，从而直观地了解相关理论的知识和应

2 本文提出的实验教学改革措施

长期以来，传统的实验教学一直作为理论课程的辅助工具，大部分是一些基础性、演示性的实验环节，常用的实验内容不全或者陈旧，没有涉及图像处理领域最新的研究成果和发展方向。

在教学内容安排上，我们针对实验软件和实验教学的特点对原有实验教学活动做出相应的调整，数字图像处理实验主要包括两大类实验：基础性（传统类）和综合设计类(实训类)。学生不仅能够较好地理解复杂的理论知识，还能利用Matlab实现部分软件开发，分析问题、算法实现、程序编写等能力得到了提高；最为重要的是，通过实验学生掌握了理论知识，学习兴趣得到激发，学习主动性和科技创新能力得到提高，为就业或进一步深造奠定了较好的基础。今后如有条件，应积极引导学生申报校级的学生开放实验项目或大学生科研基金项目，通过这些项目的研究，使理论知识和实际应用 更为紧密地结合在一起。

基础性实验要求学生先在Matlab软件平台上进行实验活动，给定图像内容，要求学生按要求对图像进行处理，让学生对实验结果进行分析总结，得出结论。在此类实验中，选择图像处理中最基础的理论及算法作为教学内容，主要包括了：数字图像处理教学中的图像增强、图像分割、图像压缩、图像的直方图均衡化、图像的膨胀、腐蚀、开、闭操作、图像的阈值化、图像的平滑滤波、锐化滤波、快速傅里叶变换、离散余弦变换等等。要求学生自己编写核心代码程序，演示处理效果，让学生对实验结果进行分析总结，得出结论，加深对数字图像处理概念和算法的理解。

综合设计类的实验将安排在基础性实验之后进行，此类实验相对于基础性实验有一定难度，需要在基础理论的基础上结合实际问题设计出相应算法，并编写程序代码进行验证。此类实验可向相关公司和企业了解社会对该课程应用方向的实际需求情况，设计相应的实验内容。或让学生直接参与企业的项目开发，积累实训教学需要的技能和实践经验，从单一的教学辅助实验向生产实践转型。通过调查研究、查阅资料，进行方案的选择、论证，程序的设计等一系列学习和实践，让学生在整个实验过程中充满成就感，能够更好地激发学生的学习兴趣，提升算法设计思想和编程能力。

3 结语

本课题的主要特色是将传统实验教学活动与实训实验教学相结合。从研发项目或实际生产应用中确定实验内容及对象。学生自由组成科研设计小组，并确定项目总负责人，明确各个设计环节负责人，分工合作，通过阅读文献、查阅中外文献资料、设计算法、编写程序等完成实验。这种实训实验能够刺激和发挥每个学生的创造力，让每个学生都进行问题的思考和分析，培养和提升他们的动手能力。

将实训实验与传统实验结合起来辅助数字图像处理理论课程的教学，有效解决了传统实验教学环节中存在的问题。但要真正开展起来，形成一定的实验体系，还有待我们继续探索和不断改进。在今后的教学中我们只有将理论教学、实践教学、科研创新与实际问题有机的结合起来，把现代化手段与传统实验相辅相成的结合，发挥各自的优势，才会收到更好的教学效果。