自動化專業圖像處理課程建設與改革

尹海濤（南京郵電大學自動化學院210023）

自動化專業圖像處理課程建設與改革

尹海濤（南京郵電大學自動化學院210023）

本文結合圖像處理課程特點以及自動化專業特色，從教學內容和教學方式、實驗教學以及考核評價體系等方面對圖像處理課程進行教學改革。該方法注重教學內容的整合與更新，并采用具有自動化工程背景的實驗教學激發學習興趣、提高對學生實踐創新能力的培養。

圖像處理教學改革實踐創新

一、引言

圖像是人類獲取信息并進行交流的一項重要手段，相比于聲音和文本信息，圖像信息更具有直觀性。圖像處理是指借助計算機來處理圖像，主要包括兩部分內容：1.改善圖像信息便于后續分析；2.計算機對圖像進行自動理解。隨著計算機以及信息技術不斷地發展，人類對圖像處理技術需求也飛速發展，目前已經廣泛應用于工業生產線、醫療、交通、環境監測、公共安全監控以及衛星遙感等諸多領域?？梢哉f，圖像處理技術已經完全融入人們社會生產和生活當中。

圖像處理課程具有理論性較強、知識點多且分散、多學科交叉等特點，而且學習數字圖像處理需要較強數學基礎，如線性代數、矩陣計算以及概率論與數理統計等。此外，圖像處理具有較強的工程背景，不同工程背景形成不同類型的圖像處理，如醫學圖像處理[1]、遙感圖像處理[2]等。南京郵電大學自動化專業具有濃厚信息技術特色，在建設圖像處理課程時應突出自身優勢，形成一門具有信息背景的特色課程。此外，近些年，企業和用人單位對具有較強實踐能力的圖像處理人才的需求日益增加。因此，亟待對當前圖像處理課程進行教學改革，以滿足社會人才需求。結合南京郵電大學的信息特色，以當前社會對圖像處理人才需求為導向，筆者將圖像處理課程教學進行探索與改革。

二、課程教學改革具體內容

圖像處理課程的教學目的是讓學生了解和掌握圖像處理的基本內容和方法，并具備一定的創新和實踐能力。圖像處理課程一般面向高年級學生開設，學生普遍反應興趣不高、知識點多且不宜掌握、實踐動手能力差。針對這些問題，我針對圖像處理課程進行了初步探索與改革。

（一）教學內容和教學方式

對于教材的選擇，我們采用岡薩雷斯等編寫的《數字圖像處理》[3]。該書是公認的經典數字圖像處理教材，包含了圖像處理大部分內容。如果按照教材章節次序進行授課，忽略各章節之間聯系，使學生在學習中不具有連貫性，效果較差。此外，隨著工業信息化不斷進步，圖像處理也得到了快速發展，一大批優秀成果被提出。如果僅講授教材內容，勢必導致授課內容跟不上學科發展，不利于學生掌握新知識、新方法。因此，我對授課內容進行調整，采用專題教學并建立授課內容更新機制。

專題教學按圖像處理工業應用流程將授課內容進行劃分和整合，形成若干個專題，每個專題內容形成一個完整、連續的模塊。此外，在岡薩雷斯等編寫的《數字圖像處理》基礎上，將目前一些具有代表性且具有很強應用前景的研究成果納入到教學內容中，并教材內容進行融合，形成如表1所示的5個教學專題。通過專題授課內容，學生在理解圖像處理知識同時，也能掌握圖像處理在工業應用中的基本步驟，便于實際應用開發與創新研究。

表1 圖像處理課程教學內容專題分類表

在教學方式方面，傳統教學方式注重理論講解和公式的演算與推導，完全忽略了圖像處理這門課程對象的特點。相比大量的數學推導，學生更傾向于圖像案例的演示。比如在講解圖像仿射變換時，得到仿射變換數學計算公式的同時給出具體的圖像變換例子，讓學生更加直觀地掌握仿射變換。通過圖像的顯示能一定程度上降低學生對理論公式的抵觸心理。此外，在講解具體算法時，利用Matlab或OpenCV等平臺對算法進行實時演示，通過演示分析算法每步對處理結果的影響，能極大地吸引學生的興趣，加深對算法的理解。選擇演示案例時注重自動化工業背景，比如工業生產線檢測圖像、道路監控圖像和電路圖像等。此外，在演示案例中增加討論環節，激發學生的創新思維。

（二）實驗教學

實驗教學在圖像處理課程中占有非常重要的地位，通過實驗能輔助學生對授課內容理解與消化[4]。然而，現有實驗教學中主要是一些驗證性實驗，缺乏學生獨立思考和創新環節。為了提高學生的動手能力和創新思維，對驗證性實驗進行相應壓縮，增加具有自主研究開發的實驗，盡可能在實驗中能模擬實際工程中的圖像處理，讓學生在課內了解工程應用情況。結合自動化專業背景，針對專題內容設計了6個實驗，如表2所示。實驗安排與上課進度緊密結合，便于學生對所學知識點及時鞏固。

表2 實驗教學安排表

（三）考核評價體系

為了對學生掌握知識、實驗操作和綜合知識運用等方面有個全面客觀的評價，采用試卷考試(40%)、實驗操作(20%)以及技術報告(30%)相結合的評價體系。技術報告主要是針對人臉識別系統的設計，以3-5人為小組，設計從圖像預處理到識別的整體框架，并給出相應測試結果，形成最終技術報告。此外，還增加過程考核對學生平時學習情況的監測(10%)。多元評價體系能較客觀地反映學生對課程理解和運用的綜合能力。

三、結束語

通過對現有圖像處理課程教學進行分析，本文從教學內容和教學方式、實驗教學以及考核評價體系等三個方面進行改革，探討結合最新研究成果的專題教學、增加自主研究開發實驗、采用綜合評價體系。該教學方法能激發學習興趣，提高實踐創新能力，為學生的就業以及繼續研究打下堅實基礎。

[1]張國鵬，常小紅，劉洋，李寶娟，焦純，盧虹冰.生物醫學工程專業《醫學圖像處理》課程改革設計[J].醫療衛生裝備，2014(7)：147-149.

[2]胡德勇，鄧磊，李家存，趙文吉.《遙感圖像處理》課程體系的建立與實踐[J].科技資訊，2013(14)：185-186.

[3]Gonzalez R C，Woods R E.阮秋琦，阮宇智（譯）.數字圖像處理(第三版)[M].北京：電子工業出版社，2011.

[4]李金萍，陸玲，劉自強，徐瑋.數字圖像處理課程實驗教學改革探索-在實驗教學中培養學生創新實踐能力[J].科技視界，2012(7)：23-24.

（責編 趙建榮）