“数字图像处理”课程教学改革与实践

来源:用户上传      作者: 史彩娟 谷学静

　　摘要：“数字图像处理”课程具有内容宽泛、难度大、与其他课程和实际联系紧密等特点。从教学内容、教学手段和方法等方面出发，提出教改措施，结合课程特点和实际教学经验，对教学内容整合完善，传统与现代教学手段并用，多种教学方法协同互补，如启发性教学、研究性教学和讨论性教学等，经过教学实践取得了很好的教学效果。
　　关键词：理论教学；数字图像处理；团队建设
　　作者简介：史彩娟（1977-），女，河北唐山人，河北联合大学信息工程学院，讲师；谷学静（1972-），女，河北唐山人，河北联合大学电气工程学院，副教授。（河北?唐山?063009）
　　基金项目：本文系河北联合大学教育教学改革基金项目的研究成果。
　　中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）22-0070-01
　　“数字图像处理”是高等学校信息类专业的重要专业课程。该课程主要介绍数字图像处理的主要内容与方法，论述数字图像处理中的基本概念、理论和算法，教学内容主要包括数字图像基础、正交变换、图像压缩编码、图像增强、图像复原、图像重建、图像分割等理论和方法。
　　随着电子技术及计算机技术的飞速发展，图像处理的理论和技术不断地丰富和完善，新的理论和技术层出不穷，并逐步应用于实践。图像处理技术已经渗透到计算机、通信、交通运输、医学、物理化学、生物学、军事、经济各个领域，与人们的生活也紧密相关。
　　一、“数字图像处理”课程的特点
　　“数字图像处理”课程内容宽泛，难度大，每个章节都可以作为一个研究方向；与其他课程联系紧密，如电子技术、电视技术、通信技术、计算机技术、数学物理等；与实际联系紧密，如数字电视，视频会议等。
　　因此“数字图像处理”课程起点高、难度大，理论性和实践性都很强。在传统理论教学过程中经常会出现如下情况：一方面学生面对繁杂的数学推导感到困难，或是不能很好地将其他课程所学知识融入到该课程的学习之中；另一方面与图像处理技术的最新发展经常脱节，不能很好地掌握图像处理技术的最新前沿知识和最新动态。为此从教学内容、教学方法、考核方法以及师资等方面对“数字图像处理”课程的理论教学进行了改革和尝试，经过3年的教学实践取得了显著的效果。
　　二、不断整合完善教学内容
　　教材的选取是完善教学内容的首要任务。尽量选取权威的、新近出版的教材作为该课程的主讲教材，同时又不拘泥于一本教材，根据课程的系统性和实用性，向学生推荐一些新颖的相关书籍、专题性的文档以及国外原版教材作为辅助性教材，从而增强学生对相关知识的理解。另外还可以根据讲解内容的需要，充分利用网络资源，查找相应内容以补充教材中的不足。
　　教学内容以基本理论、基本算法和基本技术为主线，以图像处理的前沿知识、最新发展为补充，同时注意与其他课程的相辅相成。基本内容主要包括图像处理的基础知识、图像处理中多种正交变换、图像压缩编码、图像增强、图像复原、图像重建和图像分割等基础知识。将这些内容的基本理论、基本概念、基本方法传授给学生。由于数字图像处理技术发展非常迅速，所以在授课内容上还要紧跟学科发展的脚步，及时地将新技术介绍给学生。如教材中的正交变换主要是介绍傅里叶变换、离散余弦变换、沃尔什变换和哈达玛变换，但作为正交变换中比较新颖的小波变换也会介绍给学生。这样学生既可以掌握最经典的图像处理技术，同时也能很好地把握学科的前沿新知识。另外教学内容上也非常注意与其他课程的相辅相成，尽量避免内容的重复讲解。如教材中的图像压缩编码中的熵编码详细地介绍了哈夫曼编码和香农编码内容，而在学生的前期课程信息论中对这些内容已经做了详细的讲解，所以当讲解熵编码时就简单复习一下，而将讲解的重点放在预测编码和变换编码上。这样既让学生了解了课程之间的关联，又避免了教学内容无必要的重复。
　　三、采用多种教学方法和手段
　　由于“数字图像处理”课程具有内容宽泛、难度大、与其他学科联系紧密、理论性和实践性都很强的特点，所有在讲授的过程中注意采用多种教学方法和手段，从而达到最佳的教学效果。
　　1.传统与现代教学手段相结合
　　板书作为传统的授课方式，有其独特的不可替代性。采用板书进行公式推导，可以增强学生对演算推论过程的理解和记忆。根据“图像处理技术”课程的特点，图像处理讲授的理论知识是要应用在图像上，需要通过观察图像的变化来理解图像处理的基本技术。而多媒体教学手段具有丰富的表现力，使所学对象具有生动性、形象性、直观性特点，使抽象的概念具体化。两者相互结合从而达到很好的教学效果。此外，教学中引入形象生动的图像处理实例演示。将MATLAB，VisualC++等软件适时地应用到“数字图像处理”课程的教学中，通过这些直观形象的实例演示，将图像处理前后的效果进行对比，从而使学生对图像处理技术有了感性的认识，加深了理解。传统与现代教学手段结合，相辅相成，大大促进了教学质量的提高。
　　2.多种教学方法协同互补
　　在教学的过程中注重采用多种教学方法，协同互补，达到最佳的教学效果，如启发性教学、研究性教学、讨论性教学等。
　　（1）启发性教学贯穿整个教学过程。教师除了可以将知识很清晰明了地讲解给学生，让他们能很好地理解和掌握所学内容，同时还要注重培养他们对所学知识的兴趣和勤于思考的习惯，即启发性教学。在数字图像处理过程中重视启发性教学，比如在讲解正交变换图像压缩编码技术时，在讲解前给学生留下疑问“压缩编码是如何实现数据量减少的”，然后让学生带着疑问去学习。在讲解具体的正交变换压缩编码过程时，启发学生去思考正交变换在此的作用，非均匀量化的作用，为什么要选用之字形扫描等。讲解完整个过程后再提示学生去思考“压缩编码是如何实现数据量减少的”以及正交变换压缩编码可以完成数据量减少的理论依据。通过时时的启发性教学，学生不仅掌握和深刻理解了正交变换编码的基本原理，同时也锻炼了他们勤于思考，主动学习的习惯。
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