文/張帆

基于OpenCV實(shí)踐項(xiàng)目的數(shù)字圖像處理教學(xué)方法探索

文/張帆

摘要：“數(shù)字圖像處理”是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)課,針對(duì)數(shù)字圖像處理課程理論性較強(qiáng)的特點(diǎn),除了在課堂完成必須的基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)外,將OPENCV實(shí)踐項(xiàng)目與數(shù)字圖像的主要理論聯(lián)系起來(lái),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生進(jìn)一步了解數(shù)字圖像處理的具體項(xiàng)目應(yīng)用,在豐富學(xué)生實(shí)踐工程經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)提高學(xué)生的理論水平。

關(guān)鍵詞：實(shí)踐項(xiàng)目；數(shù)字圖像；項(xiàng)目應(yīng)用；理論水平

中圖分類(lèi)號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：碼：A

文章編號(hào)：號(hào)：2095-9214(2015)08-0133-01

《數(shù)字圖像處理》 是信息科學(xué)中發(fā)展最快的熱點(diǎn)研究方向是模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像通訊、多媒體技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ)是一門(mén)涉及多領(lǐng)域叉學(xué)科是諸多工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的主干課程之一,是一門(mén)理論與實(shí)踐、原理與應(yīng)用結(jié)合緊密的課程。然而,由于數(shù)字圖像處理技術(shù)涉及知識(shí)面廣,理論隱晦深?yuàn)W,內(nèi)容更新速度極快,如何在打牢學(xué)生理論知識(shí)的同時(shí)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,豐富學(xué)生的實(shí)踐工程經(jīng)驗(yàn)成為值得教師思考的問(wèn)題。

一、本科數(shù)字圖像處理課程教學(xué)現(xiàn)狀

相對(duì)于其它本科課程而言,數(shù)字圖像處理作為信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,其有如下幾個(gè)特點(diǎn)：課程涉及知識(shí)面較廣,圖像處理理論對(duì)數(shù)字要求較高,實(shí)驗(yàn)教學(xué)不系統(tǒng),全面掌握數(shù)字圖像處理的知識(shí)點(diǎn)難度大。除此之外,學(xué)生在學(xué)習(xí)該門(mén)課程時(shí),需要掌握的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)也很多,其中包括在研究方面對(duì)圖像成像的理解,在圖像處理方面對(duì)圖像金字塔模型、圖像直方圖均衡化、圖像跟蹤、檢測(cè)、識(shí)別、形態(tài)學(xué)圖像處理等常規(guī)處理技術(shù)。除此之外,在課程后半段,為了為其它高階課程打基礎(chǔ),往往也會(huì)介紹一些關(guān)于計(jì)算機(jī)視覺(jué)、機(jī)器學(xué)習(xí)等高階課程的內(nèi)容。對(duì)于數(shù)字圖像處理這門(mén)課程來(lái)說(shuō),課程有一定的理論深度,且相關(guān)教材也多側(cè)重于介紹理論知識(shí),鮮有相應(yīng)的配套實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目,學(xué)生在學(xué)習(xí)中往往會(huì)產(chǎn)生學(xué)習(xí)過(guò)于抽象,對(duì)于具體的圖像處理算法理解不深刻,不能工程化相關(guān)的圖像處理技術(shù),學(xué)習(xí)零散不系統(tǒng),達(dá)不到課程教育的目的。除此之外,很多專(zhuān)業(yè)任課教師也因?yàn)槿狈?shí)踐經(jīng)驗(yàn),對(duì)于一些比較難掌握的知識(shí)點(diǎn)不能很好地講授,使學(xué)生在大量數(shù)學(xué)公式面前卻步并且逐漸喪失對(duì)于該門(mén)課堂的學(xué)習(xí)興趣。

鑒于此,高校數(shù)字圖像處理專(zhuān)業(yè)課教師應(yīng)該轉(zhuǎn)變觀念,以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為出發(fā)點(diǎn),探索一種利于本科學(xué)生學(xué)習(xí)的課程教學(xué)新模式,讓學(xué)生在傳統(tǒng)的課程學(xué)習(xí)方法上,結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn),探索出一種學(xué)生想學(xué)的,愛(ài)學(xué)的,敢于探究和實(shí)踐的學(xué)習(xí)新模式。為了達(dá)到上述教學(xué)目標(biāo),筆者在教學(xué)過(guò)程中總結(jié)了一套基于實(shí)踐項(xiàng)目的教育方法,該方法可以通過(guò)分析和解決數(shù)字圖像處理領(lǐng)取中的實(shí)際問(wèn)題,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的主動(dòng)性,從而做到抽象理論與實(shí)際應(yīng)用的融會(huì)貫通,在實(shí)際應(yīng)用中有較好的教學(xué)效果。

二、基于OPENCV的項(xiàng)目教學(xué)法探析

OpenCV是一個(gè)開(kāi)源的、跨平臺(tái)、的計(jì)算機(jī)視覺(jué)庫(kù),它提供了豐富的函數(shù)調(diào)用接口,不僅涵蓋了絕大部分?jǐn)?shù)字圖像處理的經(jīng)典算法,同時(shí)也包含了許多高階的圖像處理算法。該庫(kù)現(xiàn)在已經(jīng)更新到3.0版本,不過(guò)目前廣泛地應(yīng)用于工業(yè)界的還是2.4.9版本,該版本提供了豐富的接口函數(shù),可以很好地支持IOS,Android、Python等平臺(tái)的開(kāi)發(fā)。項(xiàng)目教學(xué)法[3-]4〗是在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中逐漸形成的獨(dú)具特色的教學(xué)方法。在本課程中,為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生了解圖像處理技術(shù)在實(shí)踐工程應(yīng)用中的作用,采用了上述教學(xué)法。筆者在設(shè)計(jì)此教學(xué)方法時(shí),期望學(xué)生可以利用在課上學(xué)習(xí)到的理論知識(shí),通過(guò)項(xiàng)目承載,培訓(xùn)工程化的思維能力,提高學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。在實(shí)際運(yùn)用中,此法不公提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,還讓學(xué)生深刻掌握相關(guān)的理論和方法,使學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)踐中深刻理解相關(guān)的理論,同時(shí)通過(guò)幾輪與老師的交流,讓學(xué)生利用OpenCV搭建一個(gè)相對(duì)完整的,可以解決一般工程問(wèn)題的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。

因?yàn)閿?shù)字圖像處理教學(xué)內(nèi)容豐富,一個(gè)項(xiàng)目往往只能覆蓋部分知識(shí)點(diǎn)和算法。根據(jù)分層的數(shù)字圖像處理教學(xué)體系,我們選用3個(gè)實(shí)際項(xiàng)目：

1、基于特征圖像的自動(dòng)計(jì)數(shù)系統(tǒng)：該系統(tǒng)包括圖像預(yù)處理(圖像灰度化)、目標(biāo)物體識(shí)別、輪廓提取、特征計(jì)數(shù)四部分。內(nèi)容涉及特征識(shí)別,圖像均衡化、圖像分割、區(qū)域特征與圖像形態(tài)學(xué)處理等內(nèi)容,幾乎涵蓋了數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)知識(shí)、圖像處理方法和形態(tài)學(xué)方法等內(nèi)容。該課題可作為案例應(yīng)用于層次教學(xué)內(nèi)容的總結(jié),或作為課程設(shè)計(jì)的選題。

2、JEPG圖像的編碼與解碼。圖像編解碼技術(shù)應(yīng)用廣泛,在現(xiàn)代圖像信號(hào)傳輸與處理中有著較為重要的作用。此項(xiàng)目主要涉及的內(nèi)容有圖像變換和圖像編碼。作為數(shù)字圖像處理課程的重要內(nèi)容,學(xué)生可以通過(guò)該項(xiàng)目學(xué)習(xí)到諸如圖像變換、圖像編碼、圖像增強(qiáng)頻域方法、圖像復(fù)原等方法,是理論教學(xué)的良好延伸。

3、基于車(chē)牌識(shí)別的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)。該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)有了很多成熟的運(yùn)用,是一項(xiàng)較為成熟的圖像處理技術(shù)。對(duì)于本科階段的學(xué)生,我們不要求學(xué)生完成可以應(yīng)用到實(shí)際工程場(chǎng)景的技術(shù),但我們要求學(xué)生建立一個(gè)相對(duì)完整的車(chē)牌識(shí)別系統(tǒng)。具體來(lái)說(shuō),在實(shí)現(xiàn)車(chē)牌識(shí)別之前,需要對(duì)圖像進(jìn)行大量的預(yù)處理工作,其中包括圖像去噪、圖像增強(qiáng)、特征提取、圖像分割等。學(xué)生可通過(guò)此項(xiàng)目對(duì)數(shù)字圖像處理基本算法有一個(gè)比較全面的掌握。

三、結(jié)語(yǔ)

基于OpenCV項(xiàng)目教學(xué)法是基于數(shù)字圖像處理這一課程的具體特點(diǎn)提出的一種以實(shí)踐為導(dǎo)向,提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的教學(xué)方法。采用該方法的好處是任課教師可以以實(shí)際項(xiàng)目引導(dǎo)學(xué)生思考,并以學(xué)生為學(xué)習(xí)的主線,以實(shí)際項(xiàng)目作為驅(qū)動(dòng),充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)熱情,以團(tuán)隊(duì)合作為基礎(chǔ),提高學(xué)生的協(xié)同合作能力。另外,通過(guò)此種方法,還可以提高學(xué)生分析問(wèn)題,解決問(wèn)題,總結(jié)問(wèn)題的能力,使學(xué)生全面、深刻地掌握數(shù)字圖像處理的理論知識(shí),從而提高教學(xué)質(zhì)量,促進(jìn)學(xué)生更好、更快地適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。

(作者單位：西華大學(xué)電氣與電子信息學(xué)院)

參考文獻(xiàn)：

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