数字图像处理 [电子信息数字图像处理教学创新]

电子信息数字图像处理教学创新

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：
voidThresholding(unsignedchar*ibuf,intwidth,intheig ht,unsignedintthres){unsignedinti,temp,len;len=(uns ignedshort)width*(unsignedshort)height;for(i=0;ithres)*ibuf++=255;else*ib uf++=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 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。