电子信息专业数字图像处理课程教学改革探索-数字图像处理冈萨雷斯

电子信息专业数字图像处理课程教学改革探索:数字图像处

理冈萨雷斯摘要:数字图像处理是电子信息类本科生重要的专业课程。由于电子信息类专业教学目标的特走要求，教学改革在教学内容设置、前后续课程内容的衔接、实验教学等方面应符合专业培养的目标。课程教学改革通过在实践中的逐步实施,夯实了学生的专业理论基础，也提高了学生的实践和创新能力。关键词:电子信息;数字图像处理；教学改革ResearchofteachingreformsonthecourseofdigitalimageprocessingforelectronicinformationmajorQuChengming,MengYingZhangMingyanAnhuipolytechnicuniversity,Wuhur241000,ChinaAbstract:Digitalimageprocessingisanimportantcourseofelectronicinformationmajor.Asaresultofspecificrequirementsinelectronicinformationteaching,teachingcontentsarrangementpreviousandfollow-upcoursecontentarticulation,experimentaltrainingandsoonshouldbeconsistentwiththeprofessionaltrainingobjectives・Bythegradualimplementationofteachingreformsinteachingprocess,studentsstrengthentheirprofessionaltheoreticalfoundation,andimprovetheirabilityofpracticeandinnovation.Keywords:electronicinformation;digitalimageprocessing;teachingreforms图像是信息传递的重要媒介。数字图像处理是当今｛言息处理技术中发展很快且应用面很广的新兴学科。数字图像处理是理论性和实践性都强的学科。数字图像处理是高等学校信息类专业的重要专业课程,它的教学目的是使学生了豁D掌握数字图像处理的主要内容与方法，为今后的深入研究和开发工作打下良好的斟岀［1］。目前对数字图像处理课程教学改革的研究主要集中在以下几个方面：从教材选择、内容讲解、课程衔接、教学演示等方面探讨本课程教学方法的改革［1］；从学生科学思维能力和综合运用能力的培养、CAI引入教学等方面研究本课程教学改革［2］；从数字图像处理课程教学内容体系、教材、教学方法与手段、实践教学和师资队伍等方面的建设与改革入手，探讨精品课程建设和教学改革的途径［3］；从本课程实验改革角度出发，针对数字图像处理课程实验教学中存在的不足，对实验内容逬行教学改革［4,5］。当前对数字图像处理课程教学的改革与实践主要集中在教材、课程内容更新，教学手段和方法的改逬,实验内容改进等常规方面。1教学改革的目标数字图像处理领域的重要内容涵盖范围极具广泛,教学内容具有科学性、先迸性、系统性，课程容星大，牵涉的原理相对复杂，如影像灰度直方图的概念、性质及其应用,图像的空间域、频率域增强与复原等内容;并且每一领域牵涉到不同学科的相关知识，如分形特征提取、多分辨率分析法等内容。针对不同的专业特点和学生的实际水平，如何取舍教学内容,设计教学方法，就显得尤为重要。电子信息工程专业的目标是培养能从事各类通信电子设备和信息系统的硏究、设计、制造、应用和开发的高级工程技术人才［6］。面向电子4言息工程专业的数字图像教学内容和面向遥感科学与技术、地理信息系统、测绘工程等专业的数字图像处理教学是有区别的。主要为：(1)强调图像处理方法具体实现的理论思路而非一般概念；⑵强调图像处理方法具体实现的程序设计途径而非熟悉一门图像处理应用软件；(3)强调利用软硬件结合的方法实现图像应用系统设计思路而非熟悉一套图像处理应用系统的使用。综合以上区别,应该从授课內容、前后续课程内容的衔接、教学方法、实验教学等方面妥善安排.从而达到以上所述的教学目标。2授课内容的安排为使授课内容适应工科学生的特点，应结合电子信息工程专业培养目标，强调课程教学的理论性与实用性相统一。在教案、多媒体课件制作过程中,遵循这一原则,即：既注重本课程较强的理论性，又强调理论实现方面的可行性，制作出适合电子信息工程专业学生的教案和课件。如在讲授图像的灰度变换时，在介绍基本概念的前提下，先明确图像变换是一种数据处理方法,为此,以函数曲线形式让学生直观了解这种方法就是用一种数学函数来处理大臺数据：由于该变换都是解析式,较抽象，因而给出图1(a)的函数曲线，并且对于该函数还有很多变形形式［如图1(b),(c)所示］:⑻(b)(c)图1图像灰度变换函数曲线针对以上变换方法，程序上是可以实现的,并且能够得到图像处理后的效果。如针对图1(c)的变换,给出该运算的C函数代码:voidThresholding；unsignedchar*ibuf,intwidth,intheight,unsignedintthres){unsignedinti,tempjen;len=(unsignedshort)width*(unsignedshort)height;for(i=0;ithres)*ibuf++=255;else*ibuf++=0;}}图2是处理结果，其中图2(a)为原图像,图2(b)为以图1中的(b)为函数曲线处理的结果，图2(c)为以图1中的(c)为函数曲线处理的结果。⑻(b)(c)图2图像灰度变换效果3前后续课程的衔接课程内容衔接与师资配置主要目标是：⑴恰当处理从已知到未知的过渡吗,使学生青緞好、较快地接受新知识；(2)恰当处理内容重复的问题，以提高学生学习的兴趣和效率。应制走出相应的授课教师配置方案，从教师教学和教学管理的角度满足以上要求。由于图像处理中有些处理技术依赖于其他学科的理论基础知识，而电子信息工程类学生以前从未接触过这类知识,这要求授课教师必须要简单、明了地介绍这类知识,让学生易于接受的同时，还不会占用过多的时间与精力，主要是为学习图像处理算法服勢。如在讲授图像数学形态学处理的内容时，电子信息类学生对数学形态学较陌生，突然要求学生接受这一概念比较困难，可以具体联系图像建立该方法的处理思路。又如在讲述形态学操作中的结构元素时,使用图示的直观理解,让学生在知道图像的前提下,联系形态学理论,学习形态学处理方法中的"结构元素"的物理意义，而对具学科背景及概念则尽臺弱化。对于图像处理的有些内容和前面课程存在重复，尽呈不在这些内容上占用时间去讲解。如图像频域变换中的离散傅立叶变换、离散余弦变换等，在前续课程信号与系统、数字信号处理中学生已经深刻理解，在图像处理中只要强调图像是"二维信号"，在FFT和DCT变换中注意是对"二维信号"逬行处理，强调与"一维信号"处理的区别即可。4教学方法改进与更新在遵循有利于发挥学生是教育主体，有利于学生学会学习，有利于学生创新能力和素质的培养，有利于实现教学目标和促迸学生个性的发展，有利于师生彼此促进共同进步的原则下，针对数字图像处理课程的持点，制定出一套适合电子信息工程专业的数字图像处理的教学方法。例如:在讲授了图像滤波内容以后,为达到有利于学生学会学习的目的,要求他们利用Matlab软件编写一个图形用户界面眉沸」用自己学过的不同滤波器处理同一幅图像。这样,在学生学习以后,发现自己所学的知识能立刻发挥作用，对此非常高兴,而在完成这一任务的过程中，学生不但I凡固了自己所学的课程知识，而且编程能力也得到了提高。5实验教学的改革在学生掌握一走的基础知识，具有一走的动手能力和思想方法后，应找到所学技能在实际应用中的切入点。改革实验教学体系，增加综合设计性实验内容，使学生实验能力有质的飞跃，分析问题、解决问题的能力得到进一步提高并激发他们的创造能力就显得尤为必要。为此，实验教学改革有3点改进：5.1软件实验与硬件实验相结合在实验内容安排上，软件实验安排Matlab,VC,Photoshop等处理图像的软件工具，使学生认识到软件处理图像的巨大优势和广阔的应用前景。硬件实验安排以TMS320C6000DSP为平台的数字图像处理实验系统，从摄像头的安装、前向视频采集电路的调试、CPU模块的程序下载与仿真、后向视频的显示调试等方面给学生以硬件操作的训练，同时，在调试好硬件后，还需要调试CPU中的C代码,以达到图像处理效果。5.2代码编写与应用软件相结合强调本专业学生代码编写能力,特别是在图像处理程序编写方面，但在此斟岀上,—走要熟悉1~2种应用图像处理软件的使用，同时对该应用软件相关处理功能能从概念和算法上加以理解，软件实验主要采用VC和Matlab作为实验软件，但也安排了2学时的Photoshop实验，以让学生了解W使用图像处理应用软件。5.3综合性实验与应用系统相结合积极开展综合性、应用性实验的开发，让学生了解图像处理的应用领域,如在生产实习中，带领学生实习在发电厂集控室锅炉火焰图像的采集显示,医院CT、超声图像的采集与处理等。毕业设计课题安排诸如"车牌识别系统中车牌识别的算法实现""智能安防系统中视顼图像的特征分析”等应用硏究与实践。6结束语通过改革,电子信息类专业的数字图像处理课程能够较好地安排课程理论与实验内容，使电子信息工程专业学生建立起信息处理的基本概念，熟悉图像处理的基本理论与方法，在扩大学生知识面，提高学生提出和分析问题能力的同时,通过授课和实验方法与内容的调整，激发学生的学习主动性,培养学生掌握、跟踪科学技术发展,综合知识应用,开发和创新的能力。参考文献［1］潘建军，李红莲,周金和.数字图像处理课程的教学改革与实践卩］.中国科教创新导刊,2007,15:26.［2］吴错，葛海鲜,郭海霞•数字图像处理课程教学改革的