摘 要：數(shù)字圖像處理教學(xué)是一門多學(xué)科相互交織的課程，它涉及的教學(xué)領(lǐng)域廣泛，在學(xué)習(xí)過程中有很多抽象的理論內(nèi)容不容易理解，所以采用實驗教學(xué)法能夠快速地讓學(xué)生掌握數(shù)字圖像處理學(xué)習(xí)的內(nèi)容和難點，幫助學(xué)生克服困難，提高學(xué)習(xí)興趣，也能夠在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)作能力，以解決在教學(xué)過程中所存在的問題。本文就對數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究，通過實驗教學(xué)的方法來調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字圖像處理的積極性，加強他們的實踐應(yīng)用能力，提高學(xué)生對軟件開發(fā)的水平。

關(guān)鍵詞：數(shù)字圖像處理;實驗教學(xué);課程設(shè)計

中圖分類號：G64? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-9132（2019）19-0007-02

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2019.19.003

數(shù)字圖像處理也稱之為計算機(jī)的圖像處理，它是對計算機(jī)中的圖像從信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的過程，是一門集計算機(jī)科學(xué)，信息理論，信息處理學(xué)科為一體的綜合課程。在教學(xué)過程中，教師以實驗教學(xué)的方式來幫助學(xué)生學(xué)習(xí)圖像處理的課程，讓學(xué)生了解其概念、原理和算法，并通過上機(jī)實驗來培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用軟件的能力，實現(xiàn)數(shù)字圖像處理的基本動手操作能力，為工程應(yīng)用和軟件開發(fā)打好基礎(chǔ)。

一、數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)的內(nèi)容

數(shù)字圖像處理是一門典型的交叉性學(xué)科，它的理論性和實踐性非常強，各種數(shù)字處理的方法都要以數(shù)學(xué)理論為支撐，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對圖像有不同的處理和理解，以提高在實際問題分析中的解決能力。數(shù)字圖像處理是數(shù)學(xué)系和信息與計算機(jī)系的一門選修課程，主要選用的教材是《數(shù)字圖像處理及MATLAB實現(xiàn)》的教材及內(nèi)容，就包括數(shù)字圖像處理的基礎(chǔ)運算、變換圖像、增強、復(fù)原、壓縮、編碼分割、色彩處理等理論知識，并且對軟件編程的一些常用圖像處理方法有詳細(xì)的概述。圖像處理過程首先就是要選取圖像源文件，然后對圖像進(jìn)行相應(yīng)處理，最后將處理結(jié)果保存到圖像文件中?，F(xiàn)有的數(shù)字圖像處理教材缺乏對常用圖像文件格式的介紹，所以教師在實驗教學(xué)過程中有必要增加這部分知識。在數(shù)字圖像的教材中常用圖像文件格式為BMP和JPG系格式。但是在講解過程中，教師也要對其他的文件格式給予詳細(xì)的了解和講述，幫助學(xué)生理解圖像的本質(zhì)，特別是在用Visual C++語言編程中可以實現(xiàn)對各種圖形的處理。

二、數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)的實例設(shè)計

以數(shù)字圖像中各部分的操作為實驗教學(xué)內(nèi)容，探討在Lab View虛擬平臺上嵌入MATLAB腳本編程的實驗設(shè)計方法與過程。

（一）空域圖像平滑

以椒鹽噪聲抑制為例，它是數(shù)字圖像制造的一個基本的實驗課程內(nèi)容。這種類型的噪聲通常是由圖像傳輸處理中所產(chǎn)生的黑白相間的亮點和暗點，噪聲又稱為雙極脈沖噪聲，對圖像的視覺效果有明顯的破壞能力。為了抑制這種現(xiàn)象，一般在圖像處理過程中，采用的濾波模板一般都是3×3的，并運用中值濾波算法對其進(jìn)行抑制，并且在處理時保留圖像邊緣的像素不變，運用這種方法能夠很好地抑制椒鹽噪聲，并改善圖像的視覺質(zhì)量，所以為了讓學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)時更好地理解這種處理方式，我們需要將圖片輸入、輸出和算法處理分別在Lab View平臺和MATLAB平臺中進(jìn)行模擬仿真練習(xí)（見附圖1和附圖2）。

將這種平臺模式相互結(jié)合，對數(shù)字圖像進(jìn)行處理，就能夠最大限度地將他們的優(yōu)勢發(fā)揮出來，讓圖像在處理過程中既高效，又直觀。在教學(xué)過程中，教師再結(jié)合相關(guān)的教學(xué)經(jīng)驗對類似的內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃和安排，就可以更好地將實際應(yīng)用與理論算法進(jìn)行結(jié)合，加深學(xué)生對數(shù)字圖像處理教學(xué)內(nèi)容的深刻理解。

（二）圖像像素點的操作

在教學(xué)時，教師可以利用幾幅灰度存有明顯差異的圖像給學(xué)生作為像素點操作的案例，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)時掌握圖像的線性變化，利用直方圖的特征和圖像點的運算，通過對線性的變化來調(diào)節(jié)明暗度，增強圖片的明暗對比，利用曲線模式、直方圖對圖像的灰度差異進(jìn)行分析來獲取不同區(qū)域內(nèi)圖像的灰度值，并對圖像的不同灰度進(jìn)行分別處理。例如，學(xué)生可以在圖像像素點操作中對圖像進(jìn)行明暗度的增強，退化處理等，以加強對操作技能的熟練度。

（三）圖像的銳化

教學(xué)過程中，教師還可以選擇幾幅圖像來作為銳化操作的案例，要求能夠利用這幾幅圖像來提取其中的邊緣信息，并分析圖像銳化的優(yōu)點和缺點。要求學(xué)生能夠利用不同的模板對圖像進(jìn)行不同的銳化操作，并總結(jié)出規(guī)律，如：銳化濾波器的特點是所有的元素和都是零。通過空域圖像銳化的實驗教學(xué)讓學(xué)生能夠了解圖像銳化與平滑之間存在的差異，并通過實驗?zāi)軌蜃寣W(xué)生明白低通濾波器所獲取的圖像輪廓信息就相當(dāng)于對圖像進(jìn)行平滑，而圖像的銳化就相當(dāng)于高通的濾波器能夠?qū)D像邊緣信息進(jìn)行獲取。

（四）傅里葉的變化使用

在教學(xué)實驗過程中，對數(shù)字圖像處理中的傅里葉變換及應(yīng)用的實驗教學(xué)能夠讓學(xué)生通過對頻譜平移，傅里葉變換來得出傅里葉變換在圖像調(diào)整中的系數(shù)，能夠總結(jié)出頻譜分布的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在圖像使用傅里葉變化時其中心點都是直流分量的，并向四面八方擴(kuò)散，頻率越來越高。通過了解傅里葉變換的使用后，學(xué)生可以根據(jù)理論知識來設(shè)計圖像，并對圖像進(jìn)行高通、低通濾波器的處理，從而保留不同位置傅里葉變換的系數(shù)。最后，將結(jié)果和實踐的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，來加深學(xué)生對濾波器使用效果的理解。

（五）離散余弦變換的應(yīng)用

學(xué)會離散余弦變換并顯示和分析變換的系數(shù)，得出頻譜分布的特點也是數(shù)字圖像處理的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容。學(xué)生對圖像進(jìn)行離散余弦變換的處理和應(yīng)用時會發(fā)現(xiàn)頻率會隨著數(shù)據(jù)的變化而越來越高，并且上角為直流分量，沿上下，右的方向不斷變化。另外，還要根據(jù)相應(yīng)的理論來完成低通濾波器和高通濾波器的設(shè)計，并對圖像進(jìn)行離散余弦變換處理。并且，在原圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行8×8大小的圖像轉(zhuǎn)換設(shè)計，對每一塊都要進(jìn)行編碼和離散余弦的應(yīng)用，從而在實際操作中來學(xué)習(xí)JPEG的壓縮模式。

（六）小波變換的應(yīng)用

數(shù)字圖像處理實驗進(jìn)行小波變換應(yīng)用教學(xué)時，就是對圖像進(jìn)行二維小波分解，利用教師給的圖形接口對圖像進(jìn)行處理，分解其中各小波系數(shù)的特點，總結(jié)出垂直高頻、水平高頻、低頻分量和對角高頻之間所代表的意義，并利用MATLAB編成模式對小波圖像進(jìn)行處理和壓縮。

三、提升數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)的途徑

（一）加強在理論教學(xué)中運用現(xiàn)代化教學(xué)手段

通過數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)的相應(yīng)特點，應(yīng)在教學(xué)過程中合理、恰當(dāng)?shù)剡\用現(xiàn)代化的教學(xué)方式，這種方法能夠加深、加快學(xué)生對數(shù)字圖像處理理論和方法的運用和理解。在教學(xué)中，對數(shù)字圖像處理進(jìn)行實驗教學(xué)，其質(zhì)量的好壞都取決于學(xué)生對于課程理論知識的理解。當(dāng)學(xué)生對圖像處理算法的理論基礎(chǔ)有清晰了解時，通過模仿即實際處理前后的效果對比就能夠進(jìn)一步地對數(shù)字圖像處理的內(nèi)容進(jìn)行加深，從而做到實踐與理論的相互補充，達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)效果。

（二）合理利用虛擬平臺實踐

在數(shù)字圖像處理教學(xué)過程中，合理運用案例和情景模式教學(xué)能夠有效提高學(xué)生分析和解決數(shù)字圖像處理實際問題的能力。數(shù)字圖像處理的實驗教學(xué)方法能夠更好地加快學(xué)生對理論知識的理解。開設(shè)實驗課時，教師也要選擇好教學(xué)內(nèi)容，盡可能地選學(xué)生容易理解的，并通過Lab View平臺和MATLAB虛擬平臺，直觀地對數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理，展示教學(xué)的內(nèi)容重點，從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)字圖像處理課程的興趣。

四、結(jié)語

總之，在近幾年的教學(xué)過程中，數(shù)字圖像處理的實驗教學(xué)研究設(shè)計與改革都取得了非常好的效果。本文結(jié)合Lab View虛擬平臺的情景教學(xué)模式和MATLAB的語言編程優(yōu)勢，提出了數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)的新方法。教師通過實驗教學(xué)，能夠加深學(xué)生的實踐操作能力，使學(xué)生對數(shù)字圖像處理更有興趣，更加主動地了解科技創(chuàng)新，提高設(shè)計能力，為其進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。并且，能夠使數(shù)字圖像處理實驗教學(xué)更好地服務(wù)于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯 杜建立]

作者簡介： 杜號軍（1975.9— ），男，漢族，湖南臨湘人，副教授，研究方向：刑事圖像技術(shù)。