数字图像处理实验教学改革与实践

田学军++赵娟

摘要：数字图像处理课程是通信信息类专业及印刷相关专业的专业核心课程，而实践性教学又是教学中比较重要的部分。本文针对数字图像处理实验教学中的不足之处对其进行教学改革与实践，主要从实践教学内容和实践教学过程的改革及实验团队建设和综合实验群的建设方面进行分析和论述。

关键字：数字图像处理，实验教学，改革与实践

中图分类号： G642 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（c）-0000-00

0引言

通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割和提取特征等的方法和技术既是数字图像处理。数字图像处理课程是一门交叉性学科，设计范围非常广泛，且具有很强的理论性和实践性。其产生和迅速发展主要受计算机的发展、数学的发展和广泛的农牧业、林业、环境、军事、工业和医学等方面的应用需求的增长的影响。我校印刷专业开设这门课程，要求学生学习基本的理论基础上，可以通过计算机编程来实现数字图像的基本处理，并能够运用各种算法解决各种实际生活问题，以提高实践操作能力。计算机和信息技术高速发展的今天，实践教学必须跟上时代的发展才能顺应形势，真正提高学生的社会适应能力。实际实验教学中，通常是简单的验证性和演示性操作或利用较少的课时给学生讲授一个或两个编程用以实现一个算法性教学，学生对其他算法比较陌生，而且算法之间的联系也没有基本的认知，以至于在解决时间问题时显得束手无策，达不到教学目标，授课效果也不佳，不利于人才的培养。结合我校数字图像处理实验教学的实际，对实验教学进行改革与实践势在必行。在改革中，我们以学生为中心，着力培养学生分析图像、处理图像的基本方法，系统的讲授基于不同算法下图像处理的基本方法和技巧。主要体现在以下几个方面。

1改革实践教学内容

在数字图像处理的实验教学中，特别强调学生动手能力的培养，学生能够利用所学到的基本理论进行简单问题的分析、处理和设计。根据教学大纲的基本要求整合实验内容，把传统教学内容进行新的规划和设计，采用模块化处理。主要分为常用MATLAB图像处理命令、图像空域滤波增强、图像复原、图像分割、彩色图像处理、图像的运算、频域图像处理和图像处理实际应用八个模块。

对于每一个模块的分析和设计，要求学生在利用理论分析的基础上能够进行算法仿真分析。因此在理论课堂上必须教授算法，以配合实验操作。在实验操作的过程中，学生根据不同的实验内容采用不同的算法进行仿真分析。

每一个教学模块的教学内容都进行详细规划，这就需要系统的教材。因此我们编写了一套适合于数字图像处理的模块化教学的教材。此教材主要针对每一个模块的内容编写相应的实验内容及相应的仿真算法仿真程序，并附有例题和问题，学生可以参照例题分析和解决问题，从而达到触类旁通、举一反三的效果，同时提高学生的编程能力和分析解决问题的能力，提高创造性思维。

将数字信号处理中图像处理最重要的算法作为实验内容，在学生编写MATLAB程序之前给学生讲授算法的基本原理和编写事项，把涵盖关于图像增强、压缩、处理、分割、描述和彩色处理等部分，通过MATLAB编程实现，从而实现图像的显示、读取、均衡、滤波、频域变换、膨胀和细化等各种操作，把抽象问题程序化。学生在操作的时候，通过编写程序，演示图像处理的过程，加深对数字图像处理信号的理解和认知。

2改革教学过程

在整合教学内容的基础上改革实验教学过程，主要包括授课环境、授课形式、授课方法和授课手段的改革与实践。

授课环境的好坏直接决定着授课质量。过去一直采用在DSP实验室通过MATLAB编程来实现图像处理分析，但对于印刷专业的学生来说数学基础薄弱，没有MATLAB编程基础，在课堂上短短的几十分钟实现图像的处理是不现实的。通过实践教学改革引入了虚拟仿真平台，通过网络建设充分的利用虚拟仿真平台，学生可以在充分学习实验内容所需的各种知识后，随时随地的提交作业，不再局限于课堂的几十分钟。而且还可以和老师直接互动，和同学直接互动，及时解决实验操作过程中的问题。

授课形式多样化是实验教学改革必须采取的。主要有讲授式、问题探索式、训练与实践式和基于现代信息技术的授课方式等[1]。讲授式教学过程主要是在操作之前教师讲授实验内容及注意事项；问题探索式要求学生提出问题、确定问题、讨论提出问题假設、实验操作寻求结果、最终验证问题结果，以提高学习兴趣和学习效果；训练与实践式主要是通过示范教学、模拟教学和项目教学等教学方法进行实践操作；基于现代多媒体信息技术实现实验操作的流程的再现，虚拟仿真的模拟等过程。

在数字图像处理中对于每个模块的实验操作，通过下达任务的形式，让学生在下面讨论分析如何实现最好，找出最优方案；课堂上老师演示程序仿真分析某一个环节，实现一个具体的功能，让学生对比分析自己所设计的和老师设计的优缺点。这样既调动了学生学习的积极性和自主性，也调高了授课效果。

教师授课是授渔的方法而非授鱼的方法。在信息技术发展的今天针对数字图像处理实验课程，采用传统教学手段和现代化教学手段有机整合进行授课是必须的。

3建立考核机制和评价机制

有效的考核机制和评价机制是一门实验课必不可少的环节。打破传统学期末一次考核的方式，而是将平时的考勤、操作、网络互动等环节均考虑进去综合考核，给出考核标准，一方面比较公正，另一方面也促进学生学习的能动性。过去没有完善的评价机制，经过改革，以学评教、教评学、学评学和教评教等方式展开评价，通过多方的评价找出各自的不足，及时改进，促进教学，提升学生学习效果。

4建立综合实验团队及综合实验群

通过教师或学生组织相关协会构建综合实验团队。团队以学生为主题，教师指导的方式进行。开展定期或不定期的活动，让有兴趣的学生参与进来，达到锻炼的效果。

数字图像处理是一门交叉性学科，设计到多个专业，其实验内容也是非常丰富的[2]。因此打破课程界限，实行多门实验交叉汇合，建立综合实验群是实验教学改革的必须做的。数字图像处理包括数字图像信号的产生、传输、处理和输出等过程，因此将数字电子技术实验室、DSP实验室、信号与系统实验室和印刷图文实验室综合建立实验群，实现综合性和实践性实验的操作，提高学生的分析问题和解决问题的能力的同时，提高授课效果。

5通过项目训练，增强科研能力，培养创新意识。

鼓励学生申报创业园项目，让学生做专业相关的项目性研究，利用所学解决实际问题。如学生申报的创业园门面的照相馆，学生利用数字信号处理技术对照片进行各种处理；利用图像分割技术对车牌照进行分割等，均是对实际问题的处理。同时组织有兴趣的师生建立科研团队，开展讲座等各项活动，增强科研能力，同时培养创新意识。

6结论

本文结合数字图形处理实际实验教学进行改革。通过具体实施学生反映良好。在实际授课中采取任务驱动的方式让学生提前预习，通过课堂上进行操作或在课堂之外进行实验，通过网络与老师和同学互动进而提交实验。调高了学生学习的主动性，节约了老师的大量时间和精力，提高了授课效果，有利于人才培养方案的实施。

参考文献

【1】唐佳林.探讨“数字图像处理”课程的教学对策与方法[J].中国西部科技，2011，07.

【2】李露，谢凤英.关于在实验课程中培养研究生创新实践能力的探索：以数字图像处理实验课程教学改革为例[J].实验技术与管理，2010，11.

【3】胡庆芳著.优化课堂教学：方法与实践：中国人民大学出版社，2014

【4】李金萍，陆玲，刘自强.徐玮.数字图像处理课程时间教学改革探索.科技视界.2012.3

【5】赵峰，安志勇，等.《数字图像处理》教学改革探析[J].现代计算机，2011，12.

【6】郑金洲编著.教学方法应用指导：华东师范大学出版社，2006