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  • 數(shù)字圖像處理教學(xué)中的問題及教學(xué)改革的論文

    時間:2024-10-25 22:01:12 其他類論文 我要投稿

    數(shù)字圖像處理教學(xué)中的問題及教學(xué)改革的論文

      隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,數(shù)字圖像捕獲設(shè)備的成本越來越低,體積越來越小巧,性能越來越高。近幾年,海量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)都獲得了長足的發(fā)展,降低了圖像的存儲、傳輸和處理的成本;跀(shù)字圖像處理的計(jì)算視覺技術(shù)開始滲透到社會生產(chǎn)和日常生活的方方面面,如工件質(zhì)量檢測、交通監(jiān)控、社區(qū)安防等離不開圖像處理技術(shù)。近幾年許多高校把數(shù)字圖像處理作為計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、電子信息工程和通信工程等專業(yè)的必修課或者專業(yè)方向選修課開設(shè)。然而,數(shù)字圖像處理技術(shù)是集光學(xué)、微電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)等學(xué)科的一門綜合性邊緣科學(xué)[1].數(shù)字圖像處理課程內(nèi)容涉及的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)偏多、圖像處理方法復(fù)雜、應(yīng)用廣泛,無論是教師想要上好這門課,還是學(xué)生想要學(xué)好這門課,難度都不小。

    數(shù)字圖像處理教學(xué)中的問題及教學(xué)改革的論文

      根據(jù)應(yīng)用型本科院校教學(xué)實(shí)踐過程中遇到的各種情況,本文總結(jié)了教學(xué)過程中遇到的幾個典型問題,結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況和培養(yǎng)目標(biāo),提出了關(guān)于數(shù)字圖像處理課程教學(xué)方法的一些建議。

      1教學(xué)過程中遇到的主要問題

      數(shù)字圖像處理[2]課程涉及的理論基礎(chǔ)知識比較多,內(nèi)容廣泛,學(xué)時有限,學(xué)生的基礎(chǔ)薄弱等因素都給本門課程的教學(xué)工作增加了難度。這門課程一般安排在第六或第七學(xué)期,學(xué)生已經(jīng)熟悉了校園環(huán)境,適應(yīng)了大學(xué)生活,對于大學(xué)生活沒有了新鮮感和美好的憧憬,隨之而來的是焦慮、迷茫和浮躁。總得來說,主要有兩個方面的問題。

     。1)對課程學(xué)習(xí)目標(biāo)定位不合理,方法不得當(dāng)。有些同學(xué)把學(xué)好具體的課程知識點(diǎn)當(dāng)作課程學(xué)習(xí)的最高目的;有些同學(xué)得過且過,沒有明確的目標(biāo)的,把應(yīng)付期末考試當(dāng)作學(xué)習(xí)的目標(biāo),考前死記硬背,考后除了成績單上的數(shù)字之外,收效甚微。對于大學(xué)生來說,校園里每一門功課除了傳授專業(yè)知識之外,具體知識之外的內(nèi)容也同樣不容忽視。學(xué)習(xí)一門課程的目的往往不僅僅在于知識本身,尤其像《數(shù)字圖像處理》這種綜合性比較強(qiáng)的課程更是如此。在課程學(xué)習(xí)的過程中,碰到問題、面臨各種困惑和挫折感,分析問題,解決問題以及與同學(xué)老師互動過程中,訓(xùn)練了一個人的邏輯思維能力,磨練了一個人的心智,也培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)合作的能力。另外,學(xué)習(xí)數(shù)字圖像處理不僅僅可以學(xué)習(xí)到數(shù)字圖像處理的相關(guān)理論基礎(chǔ)和方法,也是對前期所學(xué)的先修課程的一次檢驗(yàn)和強(qiáng)化訓(xùn)練,讓學(xué)生學(xué)會更好的應(yīng)用數(shù)學(xué)的工具分析和解決數(shù)字圖像處理的工程問題。

     。2)學(xué)生理論基礎(chǔ)相對薄弱,涉及數(shù)學(xué)理論學(xué)習(xí)起來比較吃力。數(shù)字圖像處理涉及傅里葉變換、小波變換等數(shù)學(xué)分析工具,這些基礎(chǔ)學(xué)科的理論基礎(chǔ)是應(yīng)用型本科院校學(xué)生的短板,再加上學(xué)時有限,多數(shù)同學(xué)面對公式推導(dǎo)和理論分析的時候,知難而退。另有一些同學(xué)在學(xué)習(xí)的過程中過于專注于圖像處理數(shù)字理論推導(dǎo)和具體算法的分析,限于自身薄弱的數(shù)學(xué)功底,限入深奧的數(shù)學(xué)漩渦,倍感身心疲憊,打擊了學(xué)習(xí)的興趣和自信心。

      2教學(xué)方法初探

      針對教學(xué)過程上遇到的上述問題,結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況和應(yīng)用型本科院校的培養(yǎng)目標(biāo),筆者試著從教學(xué)指導(dǎo)思想、教學(xué)內(nèi)容安排以及數(shù)學(xué)理論處理方法上入手,實(shí)踐和思考數(shù)字圖像處理課程教學(xué)改革的思路。

      2.1確立重過程輕結(jié)果的教學(xué)指導(dǎo)思想

      雖然數(shù)字圖像處理作為信息類學(xué)生的一門專業(yè)課,擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)工程知識和強(qiáng)化自然科學(xué)理論的應(yīng)用雙重任務(wù),但是一個大學(xué)生的成長不是一蹴而就,也不是任何一門單一的課程可以決定的,因此,鍛煉學(xué)生的邏輯思維、分析問題和解決問題的能力,盡最大限度挖掘?qū)W生自學(xué)的能力,幫助學(xué)生樹立自信心,接受和包容學(xué)生的多樣性,幫助學(xué)生做更好的自己一樣不容忽視。

      首先,從思想上接受和認(rèn)可學(xué)生,不以學(xué)習(xí)成績優(yōu)劣給學(xué)生貼標(biāo)簽。經(jīng)過高考選拔進(jìn)入應(yīng)用型本科院校的學(xué)生,多數(shù)學(xué)習(xí)積極性和主動性有限,自然學(xué)科的基礎(chǔ)知識也相對薄弱,對于枯燥的理論知識望而卻步。然而,這些學(xué)生中也不乏思維活躍,生性活潑好動,樂于與同學(xué)交流,善于動手實(shí)踐者,F(xiàn)實(shí)社會對理論知識深厚、文化素養(yǎng)高的科研型人才的需求量相對是比較少的,實(shí)踐操作能力強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)型和技能型的人才才是社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)不可或缺的生力軍。有些學(xué)生專業(yè)課程學(xué)習(xí)成績不好,原因往往是多方面的,可能是因?yàn)橥度霑r間少,學(xué)習(xí)興趣不高,課程本身難度高;也可能是學(xué)生已有明確的成長目標(biāo),本該課程不在其計(jì)劃之內(nèi)。筆者就遇到不少學(xué)生,專業(yè)課成績一般,卻各懷絕技,比如在游戲開發(fā)、自己創(chuàng)業(yè)和社會實(shí)踐等方面表現(xiàn)突出。

      此外,在言語上多鼓勵學(xué)生,在行動上多幫助學(xué)生。雖說大學(xué)生已是成年人,理論上,內(nèi)因才是決定一個大學(xué)生能否成材的主要因素,大學(xué)生應(yīng)當(dāng)積極發(fā)揮自己的主觀能動性,不恥下問,主動學(xué)習(xí)。實(shí)際上,獲得別人的肯定和夸獎是人類共同的心理需要,曾有學(xué)者經(jīng)過調(diào)查研究驗(yàn)證了鼓勵對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣密切關(guān)系[3].因此,教師可以創(chuàng)造各種機(jī)會,多與學(xué)生交流,了解學(xué)生的真正需要,發(fā)現(xiàn)學(xué)生的優(yōu)點(diǎn),有針對性地鼓勵學(xué)生,幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)點(diǎn)并一步一步實(shí)現(xiàn)各自的目標(biāo)。

      最后,在教學(xué)過程中嚴(yán)格要求,在最后考試的時候放松要求。第一節(jié)課,明確考核要求,公布考核方法。在考核標(biāo)準(zhǔn)的制定上,偏重學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)態(tài)度,弱化結(jié)果的考核,把考核當(dāng)作一次幫助學(xué)生檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果的手段,而不是目的。不需要在考核上給學(xué)生太大的壓力,讓學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)產(chǎn)生抵觸的情緒。

      2.2合理安排教學(xué)內(nèi)容

      數(shù)字圖像處理[4]主要包括三個方面的內(nèi)容:數(shù)字圖像處理的基本概念、基礎(chǔ)理論和數(shù)字圖像處理的應(yīng)用。其中基本概念部分主要介紹圖像信息的采集及其數(shù)字化表示、數(shù)字圖像顯示與存儲以及圖像處理的各種基本運(yùn)算;數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)理論主要介紹數(shù)字圖像處理過程中常用的數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué)分析工具,包括線性濾波、傅立葉變換、離散余弦變換和小波變換等;數(shù)字圖像處理應(yīng)用部分包括圖像復(fù)原、圖像增強(qiáng)、圖像壓縮與編碼、圖像分割等內(nèi)容。

      由于學(xué)時有限,在教學(xué)內(nèi)容的安排上,不能一味求全,面面俱到。圖像的基本概念部分是整個課程內(nèi)容的基礎(chǔ),這一部分應(yīng)當(dāng)細(xì)講,尤其是圖像的表示、存儲和各種基本運(yùn)算等,需要結(jié)合案例并應(yīng)用MATLAB仿真平臺演示,力求做到吃透圖像的基礎(chǔ)理論部分,為后續(xù)的學(xué)習(xí)打開堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

      數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)理論和數(shù)字工具部分著重介紹空間域的線性濾波變換和傅里葉變換與分析,這部分內(nèi)容比較抽象,結(jié)合案例和上機(jī)實(shí)驗(yàn)反復(fù)操練,讓學(xué)生慢慢接受。最后數(shù)字圖像處理的應(yīng)用部分問題的關(guān)鍵在于對具體應(yīng)用問題的數(shù)學(xué)建模,不同的應(yīng)用需要采用不同的數(shù)學(xué)模型,這一部分可以根據(jù)學(xué)時的多少和教學(xué)進(jìn)度,優(yōu)先講解比較基礎(chǔ)的圖像復(fù)原和圖像增強(qiáng)兩個部分,而圖像壓縮編碼和圖像分割部分可以作為選講內(nèi)容,根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)時安排確定是否講解。

      2.3數(shù)學(xué)理論是工具,不是目的

      在數(shù)字圖像處理這門課程的教學(xué)過程中,不可避免地需要面對許多數(shù)學(xué)公式和數(shù)學(xué)分析。喜歡追根問底的同學(xué),隨著年齡的增長,面于一堆的數(shù)學(xué)公式,可能腦中條件反射地冒出了一串問號:為什么要對圖像進(jìn)行傅里葉變換?為什么要進(jìn)行周期延拓?為什么可以這樣變換?等式的兩邊真的可以相等嗎?為什么要用正交基?不把所有公式推導(dǎo)一遍,所有的問題問個明白,就會本能地拒絕接受新的知識和理論,沒有辦法繼續(xù)課程的學(xué)習(xí)。而對于習(xí)慣性選擇記憶的方式來接受新知識的同學(xué),面對一堆看似毫無規(guī)律的數(shù)學(xué)公式和推導(dǎo)過程,可能直接就繳械投降了。

      所以,處理好數(shù)學(xué)公式和理論分析部分在課程內(nèi)容教學(xué)中的位置也是教學(xué)成敗的關(guān)鍵因素之一。建議采用問答式教學(xué),啟發(fā)學(xué)生分層思考問題的習(xí)慣,把數(shù)學(xué)當(dāng)作一種工具,而不需要深入去研究所有的數(shù)學(xué)公式,就像做豆腐的師傅不需要知道黃豆是怎么種出來的一樣。下面以傅里葉變換為例來闡述這個問題。傅里葉變換在數(shù)字圖像處理中只是一種手段,一種工具,這種工具可以暴露圖像的頻域特征,使得我們可以從另一個角度觀察圖像。圖像中的高頻信息對應(yīng)圖像中邊緣、紋理等變化較大的部分,而低頻部分對應(yīng)圖像中的整體亮度和變換緩慢的部分。首先在MATLAB平臺,對一個8X8的矩陣執(zhí)行傅立葉變換,并顯示變換前后的矩陣內(nèi)容,指出高頻系數(shù)和低頻系數(shù)在矩陣中的位置,再執(zhí)行傅里里反變換并與原始矩陣進(jìn)行比較,讓學(xué)生直觀地了解傅立葉變換的過程。然后,再任選一幅灰度圖像,對其應(yīng)用傅里葉變換,顯示其頻譜圖(因?yàn)轭l譜往往超出圖像所能表示的動態(tài)范圍,一般在顯示之前需要對其執(zhí)行灰度變換以便肉眼觀察),引導(dǎo)學(xué)生觀察圖像的頻譜特征。接著,把變換后的傅里葉系數(shù)的低頻和高頻成份分別置零,再進(jìn)行傅立葉反變換,觀察缺失了低頻或高頻成分之后的對應(yīng)圖像,并與原圖做比較,讓學(xué)生分析圖像高低頻成分分別反應(yīng)原圖像的什么特征。最后,再列出傅里葉變換的公式,解釋一下各個參數(shù)的意義,幫助理解,不要求學(xué)生死記硬背公式。

      3結(jié)論

      數(shù)字圖像處理這門課程涉及多個學(xué)科的交叉知識,涉及的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)比較復(fù)雜,應(yīng)用廣,教學(xué)難度比較大,學(xué)生學(xué)習(xí)困難。筆者在教學(xué)實(shí)踐過程中總結(jié)了應(yīng)用型本科院校數(shù)字圖像處理課程教學(xué)過程中面臨的主要問題,并提出來一些探索性的教學(xué)改革方法,取得了一定的成效.

      參考文獻(xiàn):

      〔1〕閔晶妍;趯(shí)踐的數(shù)字圖像處理課程研究[J].襄樊學(xué)院學(xué)報(bào),2009(5):75-77.

      〔2〕岡薩雷斯。數(shù)字圖像處理(matlab版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.

      〔3〕馬智聰。淺析鼓勵式教學(xué)與提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)系[J].黑龍江史志,2011(1):46-47.

      〔4〕楊杰。數(shù)字圖像處理及MATLAB實(shí)現(xiàn)(第2版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2013.

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