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1、圖像處理論文地基處理技術論文“數(shù)字圖像處理”課程教學研究摘要:“數(shù)字圖像處理”是信息類相關專業(yè)的專業(yè)課,主要學習應用計算機對數(shù)字圖像進行分析和處理的基本理論、方法。課程起點高、難度大,理論性和實踐性都很強,傳統(tǒng)的教學方法重理論、輕實踐,教學效果欠佳。本文從教學內(nèi)容選擇、實踐教學安排、教學學時分配等方面分析了“數(shù)字圖像處理”課程教學的關鍵環(huán)節(jié),提出了一種理論與實踐相結合的教學模式,并以非線性銳化濾波器——梯度算子的講解為例示范了這種教學模式的具體應用。關鍵詞:數(shù)字圖像處理;教學模式;梯度算子;MATLAB “數(shù)字圖像處理”課程是信息類相關專業(yè)的專業(yè)課,主要學習應用計算機對數(shù)字圖像進行分析和處理
2、的基本理論、方法。[1]要求學生在掌握有關圖像處理的基本概念、基礎理論、典型方法的基礎上,掌握一定的編程實踐技能,能夠利用計算機編程實現(xiàn)圖像信息的各種處理,如圖像變換、圖像增強、圖像恢復與重建、圖像編碼等。培養(yǎng)和增強學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維,提高實際動手能力和創(chuàng)新能力,為學生進一步學習計算機視覺、模式識別等課程奠定基礎?! 皵?shù)字圖像處理”課程起點高、難度大,理論性和實踐性都很強。傳統(tǒng)教學以理論介紹、數(shù)學公式推導為主,強調(diào)理論的體系和概念,忽視理論的實現(xiàn)步驟,較少演示各種算法的處理效果。這使學生在學習時,普遍感到理論非常抽象,不了解理論的實際應用效果。面對實際問題時,學生往往不知從何下手,更談不
3、上創(chuàng)新應用。學生們在學習中往往會碰到很多困難,在一些繁雜的數(shù)學推導面前望而卻步,從而逐漸喪失學習興趣。[2] 本文從教學內(nèi)容選擇、實踐教學安排、教學學時分配等方面分析了“數(shù)字圖像處理”課程教學的關鍵環(huán)節(jié),提出了一種理論與實踐相結合的教學模式,并以非線性銳化濾波器——梯度算子的講解為例示范了這種教學模式的具體應用?! ∫弧⒔虒W內(nèi)容選擇 “數(shù)字圖像處理”課程主要內(nèi)容包括圖像處理的基本概念、基本原理、典型方法、實用技術以及國際上有關研究的新成果。這門課程涵蓋以下內(nèi)容:數(shù)字圖像基礎、空間域圖像增強、頻率域圖像增強、圖像變換、圖像復原、彩色圖像處理、圖像壓縮、圖像分割等。目前已經(jīng)形成了在講述基本概念
4、、基本原理、典型方法和使用技術的基礎上,以廣泛介紹新技術、新算法和數(shù)字圖像處理新的應用為主的教學思路。根據(jù)歷屆學生的反饋信息以及教師多年的教學經(jīng)驗,我們選擇了章毓晉編著的《圖像工程(上冊)圖像處理》作為理論教學教材,徐飛等編著的《MATLAB應用圖像處理》作為實踐教學教材。具體的教學內(nèi)容選擇如下?! ?1)數(shù)字圖像處理基礎:介紹圖像、數(shù)字圖像、數(shù)字圖像處理系統(tǒng)等基礎知識; (2)像素空間關系:介紹像素間聯(lián)系、基本坐標變換以及形態(tài)變換; (3)MATLAB圖像處理基礎:介紹MATLAB的用法、矩陣計算編程以及圖像處理編程基礎; (4)空間域增強技術:介紹空間域圖像增強技術; (5)圖像變
5、換:介紹傅里葉變換、離散余弦變換、沃爾什/哈達碼變換、Gabor變換以及小波變換等; (6)頻率域圖像增強:介紹頻率域圖像增強技術; (7)彩色圖像處理:介紹彩色圖像處理技術; (8)圖像恢復及圖像重建; (9)圖像編碼:介紹圖像編碼基礎以及常用編碼技術; (10)圖像國際標準:介紹JPEG、MPEG等圖像國際標準?! 《嵺`教學安排 “數(shù)字圖像處理”課程的教學分為課堂授課和上機實習課。本課程的基礎知識部分主要通過課堂授課方式進行教學,向?qū)W生介紹課程的主要內(nèi)容、基本概念和課程要點。為了加強學生對理論知識的理解,同時提高學生的實際動手能力,本課程還需要安排相應的上機實習,內(nèi)容包括:
6、MATLAB應用圖像處理基礎、圖像坐標變換及形態(tài)變換、空間域圖像增強、圖像變換、頻率域圖像增強、圖像恢復、彩色圖像處理、圖像壓縮編碼等。通過上機實習,一方面加深學生對相關理論知識的理解,另一方面也培養(yǎng)學生實際操作技能,提高學生的實踐動手能力?! ?shù)字圖像的處理需要大量的矩陣運算,因此學生必須依賴計算機運用某些軟件進行學習。雖然普通的圖像軟件(如Photoshop)能夠很好地處理圖像,但是學生對處理的過程并不明晰,往往是“知其然而不知其所以然”。在圖像處理的教學方面,MATLAB是一個更好的選擇。[3]MATLAB是一種科學計算軟件,主要適用于矩陣運算及控制和信息處理領域的分析設計,它使用方便,
7、輸入簡捷,運算高效,內(nèi)容豐富,并且很容易由用戶自行擴展。MATLAB比較好學,它只有一種數(shù)據(jù)類型,一種標準的輸入輸出語句,不用指針,不需編譯,比其他語言少了很多內(nèi)容,另外還具有強大而簡易的作圖功能。學生只需幾個小時就可以入門。因此,我們選擇了MATLAB作為學生上機實習的編程工具。 三、教學學時分配 “數(shù)字圖像處理”課程學時一般為64學時,其中45~48學時用于理論教學,14~16學時用于上機