论《数字图像处理》和谐课堂的构建

　　摘 要： 文章从数字图像处理课程的问题与弊端入手，提出了构建数字图像处理和谐课堂的原则与措施，以使教学成为师生平等交流、共同体验与创造的过程，培养学生的创新意识。
　　关键词： 《数字图像处理》 和谐课堂 构建措施
　　
　　数字图像处理是随着计算机技术的成熟而迅速发展的一个重要技术领域，它已经在工业生产、生物医学、遥感航天、军事公安、交通监测及文化教育等众多领域中得到广泛的应用，正以强劲的发展态势向着智能化、网络化、个人化、实时化等方向发展。本课程是电子信息工程专业的一门重要的专业课，通过本课程的学习，使学生初步掌握数字图像处理的基本知识和处理技术，为今后在各技术领域中的相关应用打下良好的基础。本课程的主要内容包括图像的数字化与显示、图像变换、图像增强、图像编码与压缩、图像复原、图像分割、彩色图像处理、数学形态学及其应用等。［１］
　　1.数字图像处理》课堂教学的现状
　　1.1教学内容脱离实践。
　　在数字图像处理的实际课堂教学中，传统的教学模式以理论讲授为主，缺少理论的具体实现与应用，学生在学习时感到过于抽象，不知道如何应用到实践中，使得学生的理论知识与实际应用脱节，以至于学生在一些复杂的数学推导面前望而却步，从而产生厌学情绪。另外，数字图像处理课程一般是四年级开设的，这个阶段的学生处在考研和求职的压力之下，不能集中全部的注意力投入到课程的学习当中来，而且学习的动力和兴趣较之低年级时有所下降［２］。因此，在课堂上如果教师仍然将大量的时间耗费在单纯的理论讲解上，就必然会影响教学效果。
　　1.2教学方式不科学。
　　在传统的教学模式中，教师是课堂的权威，教师讲、学生听，教师问、学生答，教师写、学生抄。这种填鸭式的教学方法，教师觉得食物非常有营养，于是便不管学生是不是有食欲，是不是消化不良，采取满堂灌的方法，生怕学生吃不饱。教师虽然把知识灌输给学生了，但是不等于学生已经学会;学生学会了，不等于学生会学。这种教学模式不但不能激发学生学习的兴趣，反而会泯灭学生的创新精神。
　　2.构建《数字图像处理》和谐课堂的原则
　　2.1理论与实践相结合的原则。
　　数字图像处理是一门实际动手能力很强的一门课程，在实际教学中，要注重理论与实际应用并重，不能忽视培养学生在实际编程方面的动手能力，要实现知识和技能的衔接与提高。因此，在日常教学中，要循序渐进、由浅入深，理论课和实验课紧密配合并同步进行，有侧重地对授课内容进行改革，突出学生应用能力的锻炼。例如，在学习图像增强一章中，讲到了各种图像增强的方法，在讲解这些方法的同时，教师应该配以实际中比较熟悉的例子。比如，在介绍图像反转变换时，列举一幅乳房的数字X照片，可以看到有一小块病变，如图1，这幅图像黑色面积占主导地位，而我们感兴趣的部分呈现白色或灰色。图2是经过灰度反转变换以后的图像。可以发现，反转图像更容易分析乳房组织结构。告诉学生这种反转变换适用于增强暗色区域中嵌入白色或灰色细节，尤其是黑色面积占主导地位的时候。［３］这样，通过生活中常见的例子，让学生对这种方法有了直观的认识，知道了在实践当中应该如何应用，增加了学习兴趣。
　　2.2学生主体和教师主导的原则。
　　长期以来，教师在课堂上一直本着“向学生传授知识”的观念，在课堂上过于繁琐地分析，使得教师自始至终在唱主角，学生只是一味地接收，到底消化得怎么样，较少得到关注，更不要提树立创新精神了。所以教师要改“讲学”为“导学”，给学生充分的时间去自学、讨论、交流、实践，把学习的主动权真正还给学生，从而培养学生的创新意识，提高学生的实践能力。“授人以鱼不如授人以渔”，课堂教学要让学生经历学习过程，在过程中领悟和体验学习方法，在学法中提高和发展。
　　3.构建《数字图像处理》和谐课堂的可行性措施
　　3.1充分利用MATLAB软件平台，提高教学的可视性。［４］
　　MATLAB语言是国际公认的最优秀的科学计算与数学应用软件之一，涉及的领域非常广泛，有专门的图像处理工具箱，用二维数组来存储图像，数组的每一个元素对应于图像的一个像素值。MATLAB中的运算都是矩阵运算，因此所有的矩阵操作都可以应用于图像矩阵。另外，MATLAB语言规则简单，编程特点接近于工程技术人员的思维方式，大大降低了编程的门槛，使得编程人员可以很容易地编写自己的程序，从而把主要的精力放在算法及问题本身上，而不是耗费在程序的编写调试上。［４］MATLAB本身自带的图像处理专用的工具箱里有丰富的函数可供直接调用，这些函数是由图像处理领域里的权威专家编写的，这样就使编程变得更加简单。数字图像处理的理论是一些比较抽象的概念，通过MATLAB编程使抽象的理论变成了学生能够可视化的图像处理的结果，对加深教学理论的理解有着重要意义。基于MATLAB软件平台的上述特点，我们使用该软件在课堂上对图像处理的一些基本理论进行仿真演示。例如上面介绍的图像增强的内容，在讲授图像增强中反转变换的基本原理以后，在MATLAB中通过简单的命令来给学生演示上述图像的效果是如何得到的，采用的命令如下：
　　f=imread（‘image1.tif’）;′读入原始图像
　　imshow（f）;′显示原始图像即图1
　　g1=imadjust（f，［0 1］，［1 0］）;′进行灰度反转变换
　　figure，imshow（g1）;′显示变换以后的图像即图2
　　可以看到，MATLAB通过简单的几条程序语句，就能把可视化的结果显示出来，便于学生对理论知识的理解，提高学生的学习兴趣。
　　3.2面向项目。［２］
　　在实际的课堂教学中，可以在课程的一开始就给学生布置任务，让学生自己查找一些跟图像处理相关的项目课题，在课程的学习过程中，跟老师交流，跟同学讨论，最后自己确定项目，完成项目。这样能使得学生变被动地接收知识为主动地寻求知识，从而提高学生的创新意识和实践能力。
　　在这个过程中，应该分成两个大的阶段，第一个阶段是理论学习阶段，第二个阶段是项目实施阶段。在第一个阶段中，教师对基本理论知识进行讲解，学生带着问题来学习，结合具体项目，能够提高学生学习的积极性和主动性。在第二个阶段中，学生分组做不同的项目，老师给予指导，解答学生提出的问题。在整个过程中，师生是一个和谐的学习共同体，分享彼此的思想、经验，交流彼此的情感、体验，实现教学相长和共同发展。如图3所示，是一个大米粒形检测系统，大米粒的形状是进行大米质量检测分级的重要参数之一，也是影响谷物产量、品质的重要指标之一［５］。这个系统包括数字图像处理的一些主要的知识点，在课堂讲解的时候，可以先引入项目，然后提出各部分用到的知识点，从而进一步讲解知识点，来提高学生学习的兴趣，变被动学习为主动学习，进而提高学习效率。另外，还要设计基于数学形态学的图像颗粒度分析系统，数字化医院的图像存档与通信系统，车牌识别系统，等等。
　　在学期末还可以留出一个星期的时间用于项目的验收。学生将自己的成果在班级范围内进行展示，不同项目组的学生之间可以交流经验，总结教训。最后成绩的评定由项目自评、组内成员互评、教师评价三个部分组成。
　　4.结语
　　实践证明，构建和谐的《数字图像处理》课堂，可以提高学生的学习兴趣，激发学生的创新精神，不仅有利于本门课程的学习，而且对其他课程同样具有一定的借鉴意义，有利于学生综合素质的提高。
　　
　　参考文献：
　　［1］胡学龙，许开宇.数字图像处理［M］.北京：电子共轭出版社，2006.9.
　　［2］陈静，李文鑫.项目驱动教学在数字图像处理课程教学中的应用［J］.中国教育技术装备，2011，（1）:38-39.
　　［3］冈萨雷斯等著.阮秋琦等译.数字图像处理（第二版）［M］.北京：电子工业出版社，2003.3.
　　［4］王江涛，陈得宝，杨一军.面向实际应用的数字图像处理教学探讨［J］.淮北煤炭师范学院学报（自然科学版），31，（4）:87-90.
　　［5］任景英，谢泽会.基于图像处理的大米粒形检测技术研究［J］.农机化研究，2011，（3）：198-200.
　　 注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”