曹玉東++孫福明++王冬霞

作者簡(jiǎn)介：曹玉東，遼寧工業(yè)大學(xué)通信碩士點(diǎn)負(fù)責(zé)人，副教授；孫福明，遼寧工業(yè)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院副院長(zhǎng)，教授； 王冬霞，遼寧工業(yè)大學(xué)研究生學(xué)院副院長(zhǎng)，教授

項(xiàng)目資助：遼寧工業(yè)大學(xué)研究生教學(xué)改革研究項(xiàng)目（210409）

摘要：分析了MATALB軟件在研究生的數(shù)字圖像處理教學(xué)中應(yīng)用的可能性，介紹了數(shù)字圖像處理與MATLAB互補(bǔ)教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)和實(shí)施案例。結(jié)合數(shù)字圖像處理和MATLAB程序設(shè)計(jì)的教學(xué)要求，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段上做了一些探索和嘗試，教學(xué)結(jié)果表明互補(bǔ)教學(xué)模式提高了教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：互補(bǔ)教學(xué)； 數(shù)字圖像處理教學(xué)； MATLAB語言教學(xué)

【中圖分類號(hào)】TP391.41-4

一、數(shù)字圖像處理和MATLAB教學(xué)現(xiàn)狀與問題

數(shù)字圖像處理是我校通信類研究生的學(xué)位課程，MATLAB語言是該專業(yè)的非學(xué)位課程。數(shù)字圖像處理課程要求研究生掌握?qǐng)D像處理的基本理論、基本方法，能夠?qū)⑵鋺?yīng)用到實(shí)踐中，這門課程具有較強(qiáng)的學(xué)科交叉性，涉及到模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺、信息編碼與傳輸?shù)阮I(lǐng)域的知識(shí)。數(shù)字圖像處理和MATLAB語言課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式是各自處于獨(dú)立狀態(tài)，學(xué)生普遍感覺數(shù)字圖像處理課程難學(xué)，MATLAB課程枯燥。

二、教學(xué)軟件的選擇

數(shù)字圖像處理是一門理論與實(shí)踐、原理與應(yīng)用緊密結(jié)合的課程。對(duì)學(xué)生的要求是掌握?qǐng)D像處理的基本知識(shí)和基本理論，能結(jié)合具體的軟件工具驗(yàn)證相應(yīng)的理論和算法[1]。從數(shù)量和易用性上看，與圖像處理有關(guān)的C語言共享程序都不如MATLAB的圖像處理共享軟件[2]。選擇MATLAB作為圖像處理教學(xué)和實(shí)踐的軟件符合普通高校的實(shí)際情況。同其它軟件相比，MATLAB能方便地處理矩陣的各類復(fù)雜運(yùn)算，而圖像的原始表達(dá)模式就是矩陣，所以二者之間存在一種聯(lián)系。

三、互補(bǔ)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)與案例

如果單純地講解軟件語法，學(xué)生普遍會(huì)感覺很枯燥，結(jié)合某些圖像處理內(nèi)容學(xué)習(xí)MATLAB軟件可以活躍課堂氣氛，通過視覺效果激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情[3，4]。筆者結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，總結(jié)和歸納了MATLAB語言和數(shù)字圖像處理的互補(bǔ)教學(xué)案例，現(xiàn)列舉如下：講解MATLAB的循環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，可以結(jié)合圖像的鏡像操作，強(qiáng)化循環(huán)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。給出原圖和要求實(shí)現(xiàn)的效果圖（參見圖1），然后要求學(xué)生自己利用MATLAB語言的循環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

（a）原圖

（b） 實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)鏡像操作

（c） 上下鏡像操作

圖1 圖像幾何變換操作

學(xué)生不難做出上述題目，可以繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生簡(jiǎn)化程序，提示學(xué)生：不用循環(huán)結(jié)構(gòu)也可以完成上述操作。經(jīng)過上述的實(shí)訓(xùn)，學(xué)生對(duì)所學(xué)內(nèi)容的認(rèn)識(shí)和理解會(huì)更深刻，算法設(shè)計(jì)能力和動(dòng)手編程能力也得到了鍛煉。

在講授數(shù)字圖像處理課程時(shí)適當(dāng)?shù)乩肕ATLAB圖像處理工具箱，可以增加學(xué)生對(duì)抽象數(shù)學(xué)公式的感性認(rèn)識(shí)，提高相關(guān)理論分析的效率。例如講解二維傅里葉變換公式時(shí)可以用MATLAB的fft2等函數(shù)直觀地演示變換效果，如圖2所示。

圖2 lena圖像和傅里葉變換的幅度譜與相位譜

在圖2中，可以看到在傅里葉變換的幅度譜中，低頻信息集中在圖像的中心區(qū)域，如果將幅度譜四周部分高頻區(qū)域置零，再做傅里葉逆變換，即得頻域壓縮圖像。這種由淺入深的講授方法和生動(dòng)的演示過程幫助學(xué)生直觀地理解了頻域壓縮的基本原理。

四、提升課程教學(xué)效果的方法與實(shí)踐

從任課教師和學(xué)生兩方面著手，保證數(shù)字圖像處理和MATALAB語言的順利教學(xué)。

（一） 利用多媒體教學(xué)，幫助學(xué)生理解抽象內(nèi)容

傳統(tǒng)的教學(xué)是由教師利用黑板講解課程內(nèi)容，不利于學(xué)生對(duì)基本概念的直觀理解，而適當(dāng)利用多媒體進(jìn)行教學(xué)，能夠幫助學(xué)生充分理解課程。

PPT是教師制作課件時(shí)最常用的軟件，制作課件時(shí)需要注意如下問題：（1） 課件中的文字內(nèi)容不宜過多，只需列出要點(diǎn)，輔以必要的圖形或動(dòng)畫。（2） 課件上的字體大小通常選擇32號(hào)，一般不低于28號(hào)，因?yàn)橥队皟x的分辨率比顯示器低很多。（3） 課件背景不要過于花哨，使用的色彩不宜超過3種，否則會(huì)分散學(xué)生的注意力，影響授課效果[1]。

（二） 舉辦專業(yè)綜合能力競(jìng)賽，提升導(dǎo)師實(shí)踐教學(xué)能力

通過競(jìng)賽提高教師的工程素質(zhì)與實(shí)踐能力，提升教師的專業(yè)教學(xué)能力。為鼓勵(lì)教師的積極性，學(xué)校對(duì)成績(jī)優(yōu)秀的教師給予獎(jiǎng)勵(lì)，其成績(jī)可以做為評(píng)定職稱的參考。目前，該競(jìng)賽已經(jīng)舉辦4屆，對(duì)提高教師的工程實(shí)踐能力起到了一定的作用。

（三）結(jié)合互補(bǔ)教學(xué)法制定授課教案

數(shù)字圖像處理和MATLAB語言的互補(bǔ)教學(xué)可以達(dá)到事半功倍的效果，教案設(shè)計(jì)是必要的環(huán)節(jié)。任課教師每周定期交流，共同制定和完善互補(bǔ)教學(xué)方案是提高課程教學(xué)水平的好方法。

數(shù)字圖像處理的應(yīng)用越來越廣泛，不同專業(yè)可能會(huì)關(guān)注其中某個(gè)方面的應(yīng)用，這部分教案的制作應(yīng)體現(xiàn)專業(yè)特色。我們的教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明互補(bǔ)教學(xué)法激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

五、結(jié)論

數(shù)字圖像處理課程和MATLAB課程的互補(bǔ)教學(xué)，既加強(qiáng)學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí)，又提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。教學(xué)實(shí)證表明互補(bǔ)教學(xué)法得到了學(xué)生的認(rèn)可，滿足了學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，提高了學(xué)生的就業(yè)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹玉東， 王冬霞， 周軍. 數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革與探索[J]， 遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版）， 15（2）， 2013.

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[4] 袁操，李雅琴. 使用Matlab來優(yōu)化數(shù)字圖像處理課程教學(xué)[J]. 湖北第二師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 2012， 0（2）： 128-130.

[5] 遼寧省本科教學(xué)網(wǎng). 國(guó)務(wù)委員劉延?xùn)|對(duì)我省深入推進(jìn)“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”作出重要批示[EB/OL]. （2012-06-12）endprint