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摘 要 《数字图像处理》是一门综合性学科，具有很强的理论性和实践性。本文针对《数字图像处理》教学过程中普遍存在的问题，从教学内容、实践环节等方面进行了浅析，并提出了改革措施，取得了较好的教学效果。
关键词 数字图像处理 教学改革
中图分类号：G420 文献标识码：A
Teaching Reform on Digtal Image Processing
YANG Li
(Jinling Institute of Technology , Nanjing, Jiangsu 211169)
Abstracts Digtal Image Processing is a comprehensive subject, which is much theoretical and practical. In this paper, aiming at the ubiquitous problems existing in the teaching of Digtal image processing, a brief analysis on teaching contents and practical section is proposed, and some reform steps are put forward, which obtain a good teaching result.
Key words digtal image processing; teaching reform
0 引言
《数字图像处理》是一门交叉性很强的新兴学科，它在航空航天、生物医学、通信等行业的应用很广泛。近年来，随着计算机和各个相关领域研究的迅速发展，数字图像处理的理论研究也呈现崭新势头。①然而，在《数字图像处理》课程教学中，其涉及先修知识较多，一方面具有抽象深奥的理论体系，另一方面又是应用性和实践性很强的学科。因此，如何确保《数字图像处理》专业课程的教学质量，一直是高校教学的难题。
1 实践教学改革的具体办法
1.1 优化教学内容和教学方式，增强同学们对课程的学习热情
（1）结合课程的教学内容和目标，把相关知识同本课程内容有机的结合起来，加强教学的系统性；把文学、历史、科技发明、趣闻轶事、电影、戏剧、日常生活中的案例搬进课堂，增强课程的趣味性和实用性。②比如：第一章绪论中，讲到X射线计算机断层摄影CT装置是数字图像处理在医学的最早应用，便可以从X射线的发现者——伦琴的亲身经历谈起，世界上第一幅用X射线投影的影像便是伦琴妻子的手——无名指上还戴着结婚戒指的影像。又比如，第五章中，讲到统计编码时，书上有提到莫尔斯码。可以把经典电影《尼罗河上的惨案》里有关莫尔斯的片段放给同学们看，电影里，波洛侦探的房间里有一条眼镜蛇，他用手指敲墙壁发给雷斯上校“嘀嘀嘀，哒哒哒，嘀嘀嘀”的声音，即莫尔斯电码SOS的求救信号。这样寓教于乐的教学方式即活跃了课堂气氛，无形中提高了同学们的学习兴趣，又拓宽了同学们的知识面和素质。
（2）数字图像处理是一门专门以图片为研究对象的课程，应该避开繁琐的公式证明，从公式的物理意义角度出发，用具体的实例讲解基本理论。比如：在讲到第三章图像变换中的DCT变换时，公式涉及到矩阵运算，如果撇开物理意义而单纯讲解公式推导没有意义，可以引入具体案例：对一幅图像先做8*8分块，然后对每一个图像块做DCT变换，并保留10个DCT系数，对它们做DCT反变换得到压缩图像，用程序进行演示。这样一方面让同学们能够更好地理解DCT变换的意义，另一方面又引出了第五章中JPEG基本系统的相关算法，提前介绍了后续章节，知识点环环相扣，起到了承上启下的作用。采用的生活中的照片作为测试图片，能够加深同学们的印象。课堂上配合多媒体技术教学，以图文并茂，动静结合的表达形式，去除以文本为主的呆板教学，能够增强同学们对抽象事物的认识，加深同学们对公式和算法的理解。
（3）教学内容应该与日新月异的新技术相结合。针对自身的理论研究，在教学过程中将创新性和前沿性的内容穿插到各个章节中，加以简单介绍，帮助提高同学们创新思维的能力。比如，讲到图像的分割时，可以引入车牌的识别；讲到图像的特征提取时，可以引入图像检索，等等。同时，引导同学们充分利用网络资源，搜索相关实践课题并尝试完成较为简单的课题。通过以上方法可以把基础理论知识和科学研究很好的结合起来。
1.2 强化实践教学，增强同学们的对基础理论的理解能力和编程能力
本课程的传统教学方式是这样的：40个学时的理论教学在教室里进行，当完成大部分学时以后，8个学时的实践教学在实验室完成。理论教学和实践教学时空分离，同学们对所学知识点不能够及时通过上机来验证，导致“学什么忘什么”的局面出现。另外，实践教学学时较短，同学们完成实验指导书上的验证性实验后就没有太多富余的时间去做一些设计性实验，不能够起到锻炼自主学习和编程的能力。
（1）确保实践教学和理论教学的交互性，将理论教学中实践教学性较强的章节由教室迁移到实验室进行，在简扼要的讲解基本概念和算法的基础上，加强实践教学环节，让同学们编程验证相关算法，能够深入理解和掌握相关理论。MATLAB是较好的图像处理的编程工具，矩阵运算功能强大，而且入门较简单。利用MATLAB的图像处理工具箱在数学运算和算法验证上的优势，结合教学实际，可安排图像变换、图像压缩、图像分割等方面教学，通过软件的应用，激发学生的学习激情，在学习和实践中充分体验数字图像处理的内涵和它的魅力。③
（2）增加设计性、综合性、应用性实验的比重，并相应加大实验教学的学时。比如，把平时拍摄的数字照片作为实验对象，运用所学的图像处理技术改善照片的质量；或者给出一幅医学影像（如血管造影），要求综合运用所学图像预处理、分割等技术，提取血管的边缘。教学实践证明，学生往往对于这些自身相关的或者实际应用问题有浓厚兴趣，因此更能激发他们对于该课程学习的兴趣，将原理、方法转化为实际应用技术的经验。教师在学生遇到困难时适当地给予引导性的思路，并且把实践环节中学生的表现作为考核的重要依据。
1.3 修订教学大纲，有的放矢授课，教学效果达到最大化
数字图像处理从内容上主要分为：图像采集、图像变换、空域增强、频域增强、图像复原、彩色图像处理、小波与多分辨、检测分割、表示和描述、图像识别等十部分内容。对于应用型本科教学，应该进行选择，既保证学科的完整性，也对某些内容进行适当压缩，对应用性强的内容详细讲授，某些内容可以略讲。检测分割、图像表示与描述、图像识别更多的是作为图像处理的高一级别图像理解的内容，对于本科阶段的学生来说，可以略讲。而图像采集、变换、空域增强、彩色图像处理的应用性比较强，应尽量详讲。频域增强、图像复原、小波与多分辨的地位比较特殊， 这一部分的数学知识比较多，现实中应用相对较少，但为了学科的完整性，应该予以讲授。这就要求采用适当的教学方法，要求学生掌握基本的原理及常见的使用场合即可。
1.4 培养教师队伍，提升教学组的整体水平
成立《数字图像处理》教学组，以课程为核心组成的教师群体，通过成员之间的相互交流，相互听课、提高教师整体素质和教学水平。
2 结束语
教学改革是一个多方面的、长期的、不断探索、逐步完善的过程。为了使我们的教学能够更好地培养学生的能力，我们应该打破传统的教学模式和理论教学的课程局限，巧妙地运用学科本身的特点，做到理论和实际应用的紧密连接，真正培养出具有创新意识和开拓意识的人才。
注释
① 胡学龙,许开宇.数字图像处理[M].电子工业出版社,2006:16-17.
② 李飞鹏,胡云峰.《数字图像处理》实践教学改革与效果分析[J].中国科技信息,2010.20(118):258-262.
③ 布挺,董红政. MATLAB在数字图像处理教学中的应用[J].哈尔滨职业技术学院学报,2010(2):87-88.
关键词 数字图像处理 教学改革
中图分类号：G420 文献标识码：A
Teaching Reform on Digtal Image Processing
YANG Li
(Jinling Institute of Technology , Nanjing, Jiangsu 211169)
Abstracts Digtal Image Processing is a comprehensive subject, which is much theoretical and practical. In this paper, aiming at the ubiquitous problems existing in the teaching of Digtal image processing, a brief analysis on teaching contents and practical section is proposed, and some reform steps are put forward, which obtain a good teaching result.
Key words digtal image processing; teaching reform
0 引言
《数字图像处理》是一门交叉性很强的新兴学科，它在航空航天、生物医学、通信等行业的应用很广泛。近年来，随着计算机和各个相关领域研究的迅速发展，数字图像处理的理论研究也呈现崭新势头。①然而，在《数字图像处理》课程教学中，其涉及先修知识较多，一方面具有抽象深奥的理论体系，另一方面又是应用性和实践性很强的学科。因此，如何确保《数字图像处理》专业课程的教学质量，一直是高校教学的难题。
1 实践教学改革的具体办法
1.1 优化教学内容和教学方式，增强同学们对课程的学习热情
（1）结合课程的教学内容和目标，把相关知识同本课程内容有机的结合起来，加强教学的系统性；把文学、历史、科技发明、趣闻轶事、电影、戏剧、日常生活中的案例搬进课堂，增强课程的趣味性和实用性。②比如：第一章绪论中，讲到X射线计算机断层摄影CT装置是数字图像处理在医学的最早应用，便可以从X射线的发现者——伦琴的亲身经历谈起，世界上第一幅用X射线投影的影像便是伦琴妻子的手——无名指上还戴着结婚戒指的影像。又比如，第五章中，讲到统计编码时，书上有提到莫尔斯码。可以把经典电影《尼罗河上的惨案》里有关莫尔斯的片段放给同学们看，电影里，波洛侦探的房间里有一条眼镜蛇，他用手指敲墙壁发给雷斯上校“嘀嘀嘀，哒哒哒，嘀嘀嘀”的声音，即莫尔斯电码SOS的求救信号。这样寓教于乐的教学方式即活跃了课堂气氛，无形中提高了同学们的学习兴趣，又拓宽了同学们的知识面和素质。
（2）数字图像处理是一门专门以图片为研究对象的课程，应该避开繁琐的公式证明，从公式的物理意义角度出发，用具体的实例讲解基本理论。比如：在讲到第三章图像变换中的DCT变换时，公式涉及到矩阵运算，如果撇开物理意义而单纯讲解公式推导没有意义，可以引入具体案例：对一幅图像先做8*8分块，然后对每一个图像块做DCT变换，并保留10个DCT系数，对它们做DCT反变换得到压缩图像，用程序进行演示。这样一方面让同学们能够更好地理解DCT变换的意义，另一方面又引出了第五章中JPEG基本系统的相关算法，提前介绍了后续章节，知识点环环相扣，起到了承上启下的作用。采用的生活中的照片作为测试图片，能够加深同学们的印象。课堂上配合多媒体技术教学，以图文并茂，动静结合的表达形式，去除以文本为主的呆板教学，能够增强同学们对抽象事物的认识，加深同学们对公式和算法的理解。
（3）教学内容应该与日新月异的新技术相结合。针对自身的理论研究，在教学过程中将创新性和前沿性的内容穿插到各个章节中，加以简单介绍，帮助提高同学们创新思维的能力。比如，讲到图像的分割时，可以引入车牌的识别；讲到图像的特征提取时，可以引入图像检索，等等。同时，引导同学们充分利用网络资源，搜索相关实践课题并尝试完成较为简单的课题。通过以上方法可以把基础理论知识和科学研究很好的结合起来。
1.2 强化实践教学，增强同学们的对基础理论的理解能力和编程能力
本课程的传统教学方式是这样的：40个学时的理论教学在教室里进行，当完成大部分学时以后，8个学时的实践教学在实验室完成。理论教学和实践教学时空分离，同学们对所学知识点不能够及时通过上机来验证，导致“学什么忘什么”的局面出现。另外，实践教学学时较短，同学们完成实验指导书上的验证性实验后就没有太多富余的时间去做一些设计性实验，不能够起到锻炼自主学习和编程的能力。
（1）确保实践教学和理论教学的交互性，将理论教学中实践教学性较强的章节由教室迁移到实验室进行，在简扼要的讲解基本概念和算法的基础上，加强实践教学环节，让同学们编程验证相关算法，能够深入理解和掌握相关理论。MATLAB是较好的图像处理的编程工具，矩阵运算功能强大，而且入门较简单。利用MATLAB的图像处理工具箱在数学运算和算法验证上的优势，结合教学实际，可安排图像变换、图像压缩、图像分割等方面教学，通过软件的应用，激发学生的学习激情，在学习和实践中充分体验数字图像处理的内涵和它的魅力。③
（2）增加设计性、综合性、应用性实验的比重，并相应加大实验教学的学时。比如，把平时拍摄的数字照片作为实验对象，运用所学的图像处理技术改善照片的质量；或者给出一幅医学影像（如血管造影），要求综合运用所学图像预处理、分割等技术，提取血管的边缘。教学实践证明，学生往往对于这些自身相关的或者实际应用问题有浓厚兴趣，因此更能激发他们对于该课程学习的兴趣，将原理、方法转化为实际应用技术的经验。教师在学生遇到困难时适当地给予引导性的思路，并且把实践环节中学生的表现作为考核的重要依据。
1.3 修订教学大纲，有的放矢授课，教学效果达到最大化
数字图像处理从内容上主要分为：图像采集、图像变换、空域增强、频域增强、图像复原、彩色图像处理、小波与多分辨、检测分割、表示和描述、图像识别等十部分内容。对于应用型本科教学，应该进行选择，既保证学科的完整性，也对某些内容进行适当压缩，对应用性强的内容详细讲授，某些内容可以略讲。检测分割、图像表示与描述、图像识别更多的是作为图像处理的高一级别图像理解的内容，对于本科阶段的学生来说，可以略讲。而图像采集、变换、空域增强、彩色图像处理的应用性比较强，应尽量详讲。频域增强、图像复原、小波与多分辨的地位比较特殊， 这一部分的数学知识比较多，现实中应用相对较少，但为了学科的完整性，应该予以讲授。这就要求采用适当的教学方法，要求学生掌握基本的原理及常见的使用场合即可。
1.4 培养教师队伍，提升教学组的整体水平
成立《数字图像处理》教学组，以课程为核心组成的教师群体，通过成员之间的相互交流，相互听课、提高教师整体素质和教学水平。
2 结束语
教学改革是一个多方面的、长期的、不断探索、逐步完善的过程。为了使我们的教学能够更好地培养学生的能力，我们应该打破传统的教学模式和理论教学的课程局限，巧妙地运用学科本身的特点，做到理论和实际应用的紧密连接，真正培养出具有创新意识和开拓意识的人才。
注释
① 胡学龙,许开宇.数字图像处理[M].电子工业出版社,2006:16-17.
② 李飞鹏,胡云峰.《数字图像处理》实践教学改革与效果分析[J].中国科技信息,2010.20(118):258-262.
③ 布挺,董红政. MATLAB在数字图像处理教学中的应用[J].哈尔滨职业技术学院学报,2010(2):87-88.