主题式数字图像处理教学与学生创新能力培养的探寻.docVIP

主题式数字图像处理教学与学生创新能力培养的探寻 　　1 引言 　　数字图像处理技术发展迅速，且应用范围极其广泛，在军事航天、遥感医学、通讯工业等等领域都有极其深远的影响。数字图像处理课程的开设，目的是使电子、通信、计算机专业等理工科的学生能够掌握数字图像的基本概念、理论及处理方法，能切实将生活中的数字图像处理问题进行抽象建模并动手编程解决，为其今后的科研、研发工作铺好坚实的基础。但也正因为该课的应用范围广，其涉及的基础理论知识、算法众多，属于一门典型的交叉的学科，因此在教学中存在着需要教授的内容章节多、难度跨度大(本科、硕士、博士均有数字图像处理课)、理论算法抽象且复杂等难点，学生不容易找着重点，或者很容易出现畏难情绪，对知识的掌握吸收不利，更谈不上进一步的创新。以电子、通信专业大三学生为授课主体，笔者针对以上问题，提出了以主题方式开展数字图像课程教学，通过形象感官地处理实例深入浅出解析课程中的理论算法，并进一步结合一系列不同性质的实验，让学生从知道应该怎么做，到为什么这样做，最终到我要怎么做，培养起学生的学习兴趣和创新能力。通过几个学期的实践证明，这种方法在教学中具有明显的预期效果，很好地弥补了传统的数字图像处理教学方法的不足。 　　2 数字图像处理教学难点与分析 　　数字图像处理课程属于信息类专业必修课，在大学开设多年，传统的数字图像处理教学以教为主，学生学习起来枯燥、知识掌握困难。随着该门课程越来越广泛的应用，其地位与日俱增，各个高校都予以了高度重视，对实践也逐渐重视，提出了实践教学改革、实例教学等尝试，取得了一系列的教学成果，通过实践也使学生更易掌握重要知识点，加强动手能力。但是该门课程仍存在两个较难克服的教学难点。第一，数字图像处理涵盖的章节内容非常多，学生容易混淆，学习易产生疲劳情绪，而在本科有限的学时数中也难以兼顾。内容包括图像采集、图像变换、图像增强、图像复原、图像压缩编码、图像分割、图像描述、图像识别、数学形态学处理、彩色图像处理等等，跨度很大，这与该课的应用领域广泛是息息相关的。第二，课程牵涉的需要前期先修的基础知识多，比如需要先修复变函数与积分变换、线性代数、信号与系统、数字信号处理、数字电路、专业英语等等。涉及的数学知识内容多，理论公式推导多，导致学生听课热情降低。如在图像的频域变换一章中涉及了离散余弦变换、K-L变换、离散沃尔什一哈达玛变换、小波变换等。如果只是片面依靠讲授理论公式的推导，把大量的教学课时用在理论性较深的章节中，而忽略了这些理论知识与实际应用的紧密结合，会导致学生兴趣低落，不利于学生应用能力的培养。以上两个难点的克服以及其克服程度，是关乎“数字图像处理”课程能否为学生们接受，取得较好的教学效果，并调动学生学习积极性、创新性的关键。本文提出了主题式教学方法，结合实例演示、实验验证、启发的方法克服以上难点。 　　3 主题式教学模式探索 　　主题式教学模式，是指按教学内容相关性和难易程度，对图像处理教学内容进行分类，并采用主题式教学方法开展课堂教学。每个主题可以各成一个相对独立的体系，但又具有一定的前后相关性和相辅相成性。这部分工作将数字图像处理教学内容分为本科、研究生两种难度。本科的教学内容相对基础、容易理解，而研究生阶段的教学主要是高层次的图像理解。两者划分还要考虑到前后关联性，内容相对独立完整性，以及教学时数的限教改教法72制等因素。对本校 36 学时的本科教学，作者选取了图像处理的基础入门内容---数字图像的基本处理方法进行主题分割。将总体教学内容分成绪论、图像及其数字化、图像变换、图像增强、图像分割、图像编码与压缩六个主题，并循序渐进。绪论对数字图像处理技术的由来、当今的广泛应用以及未来的发展趋势进行介绍，用过去、现在、未来这样清晰的时间发展线索，用讲故事的方式，让学生迅速了解该技术的历史、重点、重要性，激发学生的学习兴趣。图像及其数字化涵括像素、数字图像的概念，图像的数字化方法，以及整个数字图像处理系统的组成。让学生对什么是数字图像，它是怎么构成的，怎么得到、处理数字图像有一个系统的了解。为后续的各章节做了一个很好的铺垫。在图像的变换主题中讲述为何要将图像从我们已了解的时域、空间域变换到别的域来对图像进行新的表示和处理，通过对 FFT、DCT、小波等基本变换的方法和应用的介绍，让学生充分了解变换到非时空域处理问题的好处与前提，如何做这种变换，以及这种变换的用途。有了前面几个主题的铺垫，图像增强主题自然引出，该主题内容较多，包括点运算中的灰度变换和直方图修正法，区域运算中的平滑和锐化。目的是让学生对空间域的图像增强处理的必要性、效果与处理的具体方法有感性的了解。图像分割主题紧跟图像增强主题中的锐化问题引出，既然边缘和轮廓已被增强，那检测