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【电子信息的数字图像处理教学创新】 数字图像处理

来源:党委 时间:2019-12-03 07:51:58 点击:

电子信息的数字图像处理教学创新

电子信息的数字图像处理教学创新 电子信息的数字图像处理教学创新范文 图像是信息传递的重要媒介。数字图像处理是当今信息 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很强的学科。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解 和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基础[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:
(1)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];

(2)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];

(3)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];

(4)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,对实验内容进行教学改革[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进,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其广泛,教学 内容具有科学性、先进性、系统性,课程容量大,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 设备和信息系统的研究、设计、制造、应用和开发的高级工 程技术人才[6]。面向电子信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;

(2)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,应该从授课内容、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量数 据:.fxybdLbMdfxyacbadcfxyacgxy,,,,bfxyLafxybfxya,, 0,(1)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]:(a).(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:
void.Thresholding(unsigned.char.*ibuf,.int.width,.i ntheight,.unsigned.int.thres.){unsigned.int.i,temp, len;len.=.(unsigned.short)width*(unsignedshort)heig ht;for(.i=0.;.i. thres.)*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。(a).(b).(c) 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:
(1)恰当处理从已知到未知的过渡吗,使学生能较好、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。应制定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务。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,而对其 学科背景及概念则尽量弱化。对于图像处理的有些内容和前 面课程存在重复,尽量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”进行处理,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 标和促进学生个性的发展,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特点,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,能利用自 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,学生不但巩固了自己所学的课 程知识,而且编程能力也得到了提高。

5.实验教学的改革 在学生掌握一定的基础知识,具有一定的动手能力和思 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 TMS320C6000.DSP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,但在此基础上,一定要熟悉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,以让学生了解和使用图 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”“智能安防系统中视频图像的特征分析”等 应用研究与实践。

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。

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