《數(shù)字圖像處理》課程教學(xué)模式改革探索

（淮北師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，安徽 淮北 235000）

《數(shù)字圖像處理》是我校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的核心課程，該課程介紹了數(shù)字圖像處理技術(shù)的基礎(chǔ)理論及一些算法原理，涵蓋了圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像壓縮、圖像分割等多部分內(nèi)容。課程的最終目標(biāo)是使學(xué)生能夠掌握?qǐng)D像處理的基本方法和步驟，培養(yǎng)學(xué)生處理圖像的能力，是一門具有較強(qiáng)操作性的課程[1]。隨著人工智能的不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)在模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺、醫(yī)學(xué)圖像處理等方向具有重要的基礎(chǔ)作用[2-3]。

“數(shù)字圖像處理”課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容抽象，涉及的知識(shí)較廣，學(xué)生要先學(xué)習(xí)“高等數(shù)學(xué)”、“線性代數(shù)”、“概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)”和“數(shù)字信號(hào)處理”等課程[4-6]。但是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)和數(shù)字媒體技術(shù)這兩個(gè)專業(yè)開設(shè)的課程差異較大，數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的學(xué)生在數(shù)學(xué)理論方面可能相對(duì)較弱。通常，教師在課堂教學(xué)時(shí)，按章節(jié)講授圖像處理的基本運(yùn)算、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像編碼、圖像分割、邊緣檢測(cè)、圖像變換等內(nèi)容。但是這些內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立，與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系并不緊密，導(dǎo)致學(xué)生雖然能夠掌握?qǐng)D像處理的基本知識(shí)，但是缺乏分析能力，無法處理綜合問題。實(shí)際上，在采用數(shù)字圖像處理技術(shù)處理實(shí)際問題時(shí)，只使用某個(gè)模塊知識(shí)往往無法達(dá)到要求，更多的應(yīng)是多模塊內(nèi)容的綜合。

現(xiàn)階段，我校該門課程是理論和實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課的。理論課上，教師采用PPT 授課模式，以算法原理講解為主，輔助講解一些核心代碼，學(xué)生看不到調(diào)試過程和實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)課上，學(xué)生自主編程實(shí)現(xiàn)已經(jīng)學(xué)習(xí)過的算法，但是由于理論課和實(shí)驗(yàn)課間隔太長(zhǎng)，學(xué)生需重新對(duì)算法的原理和步驟進(jìn)行梳理。這種教學(xué)模式導(dǎo)致理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)生對(duì)理論知識(shí)理解不深。通過近年來的觀摩學(xué)習(xí)和對(duì)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、成果的總結(jié)，可以從注重實(shí)踐、以項(xiàng)目為導(dǎo)向和建立多種考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等方面對(duì)該課程的教學(xué)模式進(jìn)行改革，下面分別對(duì)其進(jìn)行闡述。

一、注重實(shí)踐

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是數(shù)字圖像處理課程的重要環(huán)節(jié)，能夠培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題和實(shí)踐創(chuàng)新能力。由于 Matlab 具有高效的數(shù)值計(jì)算和符號(hào)計(jì)算功能，同時(shí)提供了豐富的圖像處理工具箱，編程時(shí)只需要調(diào)用函數(shù)就可以對(duì)圖像進(jìn)行讀寫、顯示和處理，所以大部分學(xué)校選擇Matlab 作為該課程的編程軟件。直接調(diào)用工具箱中封裝的函數(shù)，雖然使編程變得方便，但是學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解浮于表面，不利于學(xué)生深入理解各種算法的原理和實(shí)現(xiàn)步驟。因此，在教學(xué)中，對(duì)于一些核心算法，如圖像的放縮、直方圖均衡化、圖像的膨脹和腐蝕等，教師可以先讓學(xué)生自己編程實(shí)現(xiàn)，然后再調(diào)用工具箱中的圖像處理函數(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，比較兩種方法在處理效果上的差異。這種實(shí)驗(yàn)方式能夠幫助學(xué)生實(shí)踐課堂上教授的理論知識(shí)，同時(shí)熟悉數(shù)字圖像處理的基本過程和方法。

二、以項(xiàng)目為導(dǎo)向

數(shù)字圖像處理涉及多種圖像處理知識(shí)，是一門實(shí)用性很強(qiáng)的課程。為了幫助學(xué)生了解數(shù)字圖像處理的基本架構(gòu)和過程，教師在講授每一部分內(nèi)容時(shí)，以實(shí)際應(yīng)用為背景，如車牌識(shí)別、圖像去霧、人臉圖像美化等一些數(shù)字圖像處理領(lǐng)域中的典型項(xiàng)目，引入以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)策略。例如，可以選擇“車牌識(shí)別”作為整個(gè)學(xué)期的實(shí)踐項(xiàng)目。該項(xiàng)目涉及彩色圖像處理、圖像縮放、圖像增強(qiáng)、閾值分割、邊緣檢測(cè)、圖像形態(tài)學(xué)處理等多種圖像處理知識(shí)。這種以項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)模式，有利于學(xué)生掌握?qǐng)D像處理的基本方法，提高解決實(shí)際問題的能力。

三、建立多種考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

我?，F(xiàn)階段對(duì)該課程的考核方式以筆試為主，主要考查學(xué)生對(duì)圖像處理基本知識(shí)的理解。但是這種考核方式，使得學(xué)生平時(shí)對(duì)課程不重視，在考試之前進(jìn)行突擊，對(duì)考點(diǎn)進(jìn)行死記硬背，造成最終的期末成績(jī)比較片面。為此，學(xué)生可以自行分組，選擇合適的項(xiàng)目，然后在組內(nèi)進(jìn)行分工，由項(xiàng)目組長(zhǎng)根據(jù)工作量、重要程度、難易程度等指標(biāo)為每個(gè)組員進(jìn)行評(píng)分。學(xué)生最終的期末總評(píng)=教師對(duì)項(xiàng)目總評(píng)＊權(quán)重w+組內(nèi)得分＊(1-w)，權(quán)重w 教師可以自行調(diào)節(jié)，通過這種考查方式，不僅能夠激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，提高了實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，同時(shí)能夠培養(yǎng)大家團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力。

四、結(jié)語

隨著人工智能的興起，數(shù)字圖像處理作為圖像處理任務(wù)的基礎(chǔ)技術(shù)其所顯示出來的作用越來越重要，因此對(duì)數(shù)字圖像處理課程教學(xué)質(zhì)量的要求也變得更高。在教學(xué)過程中，教師一方面要向?qū)W生講授圖像處理技術(shù)的基本原理和基本方法，另一方面，需要引入實(shí)際應(yīng)用背景下的一些圖像處理實(shí)例，達(dá)到理論知識(shí)和實(shí)際生活相結(jié)合的目的。為了更好地提高教學(xué)質(zhì)量，更好地培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的能力，需要不斷地改進(jìn)教學(xué)模式，引入新知識(shí)和新技術(shù)，加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)。