信息與計算科學專業(yè)《數(shù)字圖像處理》課程教學探討與實踐

楊奮林

摘 要： 《數(shù)字圖像處理》是信息與計算科學專業(yè)一門專業(yè)核心課。本文根據信計專業(yè)本身的特性、課程體系設置和教學目標，結合近四年來的教學實踐，從教材和教學內容、方法和實踐教學及考核方式等方面對信息與計算科學專業(yè)《數(shù)字圖像處理》課程教學進行了探討。

關鍵詞： 《數(shù)字圖像處理》 信息與計算科學 實踐教學 考核方式

信息與計算科學專業(yè)是原計算數(shù)學與應用軟件、運籌與控制科學、信息科學三個專業(yè)整合而成的多學科交叉的應用型專業(yè)。《數(shù)字圖像處理》是該專業(yè)一門專業(yè)核心課，內容涉及光學系統(tǒng)、微電子技術、計算機科學、數(shù)學等領域。隨著計算機的迅猛發(fā)展，圖像處理技術已在通信工程、工業(yè)控制、醫(yī)療診斷、機器視覺、虛擬現(xiàn)實、數(shù)字圖書館等眾多領域得到廣泛應用。通過學習該課程，學生很好地理解信息的內涵，知道信息與計算科學專業(yè)到底有什么用和怎么去用，以及該專業(yè)的前景。

本文通過分析信息與計算科學專業(yè)本身的特性，結合近五年來的教學實踐，從教材和教學內容選取，課堂的組織和實踐教學，以及考核方式等環(huán)節(jié)進行探討，取得較好的成效。

一、信息與計算科學專業(yè)特性

信息與計算科學專業(yè)是數(shù)學、計算機科學、信息工程等廣泛學科的交叉，遠超越出數(shù)學學科的范疇；以信息科學與科學計算為核心方向；主要研究“信息技術的核心基礎與運用現(xiàn)代計算工具高效求解科學與工程問題的數(shù)學理論與方法” 。該專業(yè)本科生主要學習數(shù)學、信息與計算科學的基本理論、方法和技能。因此，該專業(yè)學生具有較強的數(shù)學基礎和具備一定的計算機方面的功底[1，2，3]。

我校信息與計算科學專業(yè)是從2002年開始招生。數(shù)字圖像處理一直是該專業(yè)一門專業(yè)核心課。該課程一般安排在四年級上半學期。在學習數(shù)字圖像處理之前，學生已經學習了矩陣計算、微分方程數(shù)值方法、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學類的專業(yè)基礎課，并且運用Matlab編寫簡單的程序[4，5]。

二、教材和教學內容選取

基于信息與計算科學專業(yè)的特性，教材選用岡薩雷斯版的《數(shù)字圖像處理》，該教材側重于對數(shù)字圖像處理基本概念和方法的介紹，是數(shù)字圖像信息處理領域的一本經典著作。主要內容包括數(shù)字圖像基礎、空間域和頻域的圖像增強、圖像復原、小波變換及多分辨率處理、1圖像壓縮、彩色圖像處理、形態(tài)學圖像處理、圖像分割、表示與描述和目標識別[6]。

教學中我們以灰度圖像為基礎，著重講述空間域和頻域的圖像增強、圖像復原、小波變換及多分辨率處理、圖像壓縮和圖像分割的基本理論、典型方法和使用技術。簡單介紹彩色圖像處理、形態(tài)學圖像處理、表示與描述和目標識別。

三、課堂的組織和實踐教學

實驗教學和實踐是學習掌握各種數(shù)字圖像處理技術的重要方法，也是鞏固所學知識、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力和動手解決實際問題能力的重要環(huán)節(jié)。由于數(shù)字圖像處理是綜合性很強的邊緣學科，對實驗和實踐教學的總體過程系統(tǒng)性、整體性的設計和安排要求高。雖然信息與計算科學專業(yè)學生具有較強的數(shù)學基礎和具備一定的計算機方面的功底，但受原有教學模式的影響，實驗和實踐內容沒有科學的論證和合理的規(guī)范，甚至一些至關重要的實踐環(huán)節(jié)也被省略，這在某種程度上導致學生對所學理論的理解和應用能力的降低[6-12]。

實驗教學主要強調理論知識和實踐能力的結合。為了很好地理解和掌握數(shù)字圖像處理技術，我們選擇圖像灰度增強、圖像壓縮、圖像域值分割中幾個最典型的算法，如圖像的讀取和顯示、直方圖均衡化、平滑和銳化濾波、膨脹和腐蝕等作為實驗教學的主要內容。這些內容形象、直觀、具有代表性，有助于學生通過實踐掌握理論知識，提高學生的編程能力。

在實驗教學期間，開展第二課堂。將學生分組，每組給出一個實際的學期項目，讓學生在實踐中錘煉，有助于較快地提高學生的理論認知水平和解決實際問題的能力，有效地培養(yǎng)學生的實際動手能力，提高學習積極性，促進對知識的綜合掌握和靈活應用。

四、 考核方式的探索

數(shù)字圖像處理是信息與計算科學專業(yè)的核心課，通過本課程的學習，使學生系統(tǒng)掌握數(shù)字圖像處理的基本概念、基本原理、實現(xiàn)方法和使用技術，了解數(shù)字圖像處理國內外的發(fā)展方向。培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。課程考核主要是衡量學生對課堂所學內容的理解和掌握程度。就數(shù)字圖像處理這門課程而言，如果考核結果只由期終考試的分數(shù)來定，就很難調動學生學習積極性，達到本課程的學習目的，不利于發(fā)揮學生的主觀能動性培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力。為此，我們將期末考試成績、實驗成績、學期項目成績和平時成績納入考核，課程最終的考核成績綜合這四個部分。

經過對信息與計算科學專業(yè)多年的教學實踐和探索，我們通過對數(shù)字圖像處理的教學內容、教學體系、實驗體系的改進，極大地提高了學生的學習積極性，有效地培養(yǎng)了學生創(chuàng)新能力和動手解決實際問題能力。

參考文獻：

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資助項目：吉首大學實驗教學改革研究項目（項目編號：2014SYJG025），吉首大學獨立設置實驗（實訓）課程建設項目（項目編號：JDDL2016007）。