基于数字图像处理课程的多维度教学探索

杨京辉

摘  要：随着现代教育的发展，基于数字图像处理课程，积极探索课程的多维度教学模式，以满足学生能力的培养需求。结合数字图像处理课程特点，文章分析了在实际教学中展开的多维度教学探索，为后续的教学工作提供了一定的经验。

关键词：数字图像处理;多维度;教学探索

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2021）29-0120-04

Abstract： With the development of modern education， based on digital image processing course， the multi-dimensional teaching mode is actively explored to meet the necessary of colleges' capability training. Combined with the characteristics of digital image processing courses， this paper analyzes certain multi-dimensional teaching explorations carried out in actual teaching， and provides experience for the subsequent teaching work.

Keywords： Digital Image Processing; multi-dimensional; teaching exploration

随着计算机技术的发展，20世纪60年代初，数字图像处理这门利用计算机来处理数字图像的新型学科顺利诞生。随着技术的不断进步，计算机性能的不断提升，数字图像处理技术已经被广泛地应用于社会的各个方面，例如：依托航空航天技术进行对地观测、生物医学的影像分析诊断、现代通信中的图像传输、工程中的质量检测以及公共安全中的人脸识别等方面[1-2]。可以看到，数字图像处理技术在推动并服务于社会进步与发展中发挥着重要的作用。

一、数字图像处理课程介绍

数字图像处理课程，作为一门在大学本科开设的专业课程，其定位为电子类、计算机类、地理信息类等专业的专业主干课程。本课程的理论知识与实践应用紧密结合，同时，数字图像处理也是一门多学科交叉融合的课程[3]。本课程针对本科生主要介绍数字图像处理中的基本概念和方法，重点侧重对基本知识的理解和具体应用的介绍，使学生对数字图像处理形成较为全面的认识，为后续的进一步学习、实践和研究打下扎实的基础。

作者承担中国地质大学（北京）信息工程学院电子信息工程专业和地理信息科学专业的数字图像处理课程的教学工作，共计4个班级。由于本科各专业的培养方案差异，目前电子信息工程专业开课时间为大四上学期，即本科第七学期，地理信息科学专业开课时间为大三上学期，即本科第五学期。本课程共计48学时，其中理论讲课学时为32学时，实验操作学时为16学时。本课程教材采用的是由Gonzalez和Woods合著、由阮秋琦和阮宇智等翻译的在业内处于引领地位的经典教材《数字图像处理》，其英文原版及中文译版可由同学们根据自身水平结合配套使用并参考[4-5]。

二、多维度教学探索

为了满足现代教育发展的需求，同时考虑到数字图像处理技术在不断进步和发展，因此需要对课程的理论教学环节以及实践教学环节不断更新[6]。需要打破单一维度的教学模式，结合课程特点积极探索多维度教学模式，以满足学生能力的培养需求[7]。针对数字图像处理课程，经过多年的教学经验积累，下面来具体分析在实际教学中展开的多维度教学探索，图1为数字图像处理课程多维度教学探索示意图。

（一）教学模式维度

相比于单一的线下教学模式或者单一的纯线上教学模式，2020年秋季学期的数字图像处理课程采用了线上线下同步教学模式。2020年秋季学期大部分学生能够正常返校，但是受到疫情影响部分学生不能正常返校，采用线上线下同步教学模式能够保证所有学生的课程进度同步。线上线下同步教学模式采用的是返校同学进行线下在学校教室的课堂授课，同时依托学校教室中的超星直播客户端将课堂情况进行直播，而不能返校的学生可以在任何有网络的地方打开直播链接进行实时同步学习。每次上完课后教师把当堂课程的直播链接放在超星平台中由教师建设的数字图像处理课程里，所有的学生均可以随时回看学习，同时，教师可在超星平台上传课程资料如PPT、文档等以方便所有同学下载学习。图2为数字图像处理课程线上线下同步教学模式示意图。线上线下同步教学模式既能形成良好的课堂互动，保证课堂效果，又能够打破空间地域上的障碍，通过超星平台的回看功能方便了同学进行复习以及知识点的巩固。

（二）理论教学维度

在理论教学中，教师采用多种手段激发学生兴趣，吸引学生注意力。比如以教材中的第九章形态学图像处理这一章节为例，如何让同学们对本章的知识点感兴趣呢？首先，可以播放一段大家从小就熟知的变形金刚视频，截取变形金刚变身的片段，从视觉上直观地展示了变化过程，其变身的过程实质上可以认为是形态发生了改变，在此基础上引出本节课要介绍的主要内容。然后，通过预留一个实际问题比如如何提取常见剪影的轮廓，吸引学生主动思考形态学在图像处理中的应用，增加学生学习兴趣。后续进入形态学知识点的讲解，借助PPT并依托多媒体的优点，以直观的形式比如利用动画对具体运算过程进行分步演示，以帮助学生更好地理解。在知识点介绍过程中，采用联想、对比、启发等多种手段引导学生进行思考，比如：采用对比的方法，在二值腐蚀的基礎上介绍二值膨胀，对两个知识点进行对比理解;引导学生联想思考，腐蚀运算能够运用在二值图像上，那么在灰度图像上的腐蚀运算又是怎样;启发提问，如何利用形态学知识提取出剪影的轮廓。通过实际理论教学可直观感受到，借助多种手段对学生适时引导，提升了学生对该知识点的兴趣，能够达到较好的课堂效果。