数字图像处理论文

评职称或毕业的时候，都会遇到论文的烦恼，为此精选了《数字图像处理论文(精选5篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。摘要：针对中国人民公安大学视频侦查专业的特点，结合数字图像处理教学中的经验，该文探讨了如何通过改革教学内容、丰富课堂教学方法和突出学生动手实践来改善数字图像处理课程的教学效果，进而培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。

第一篇：数字图像处理论文

对数字图像处理技术的浅析

【摘 要】数字图像处理技术就是把图像中的信号转化成数字信号，利用计算机进行处理的技术。在一定程度上，数字图像技术的发展可以说与计算机的发展同步，数字图像的应用领域也越来越越广泛，目前已经应用到了广告摄影创作、视听资料、地质勘探、公安领域、智能交通以及航空航天、医学等众多领域，在各领域军不断实现着突破。文章从数字处理技术的内容和特点出发，对其在广告摄影创作、视听资料、公安领域及智能交通等领域的应用进行研究，并对其发展进行展望。

【关键词】数字图像处理;内容;特点;关键技术;应用;展望

1.数字图像处理技术的内容及特点

1.1 研究内容

不管应用到哪个领域的图像处理图像数据都要输入、加工和输出图像，其研究内容：

(1)获取、表示和表现图像——把图像信号转化为计算机可以识别的形式，并把数字图像显示和表现出来。

(2)图像复原——已知图像发生退化的缘由时，对图像进行修复，关键是建立退化模型。复原是以模型和数据的图像恢复为基础，消除退化的影响。

(3)图像增强——对图像质量的常规改善。当不知道图像退化原因时，还可用此技术比较主观的改善图像。

(4)图像分割——人类视觉系统可以轻松地将观察到的对象区分开来，但计算机却很难。分割的基本问题目前是将各种方法融合使用，以此提高处理的质量。

(5)图像分析——检测和测量图像中的目标，获取其客观信息，是从图像到数据的过程。

(6)图像重建——指从数据到图像的处理。

(7)图像压缩编码——为减少数据容量、降低数据率、压缩信息量，在不影响其效果的前提下减少图像的数据量。

1.2 数字图像处理技术的特点

(1)图像再现性好——不会因为对图像的变换操作而影响到图像质量;

(2)图像处理精度高——可以将图像数字处理为任意大小的数组;

(3)适用面宽——来自不同信息源的图像被变换为数字编码形式后，都可以用数组来体现灰度图像。

(4)灵活性高——图像处理可完成线性及非线性处理。

2.应用领域

数字图像处理技术被应用到越来越多的领域中，如医疗保健、航空航天、交通通信、军事、工业、农业、林业等。下面选取几方面进行分析：

(1)试听资料证据——视听资料证据是重要的诉讼证据，在司法诉讼活动中发挥着越来越重要的作用，数字图像处理技术是视听资料证据中图像证据资料技术性司法鉴定的常用手段，是图片原始性、真伪性、相关性认定的基本方法，如名捕监控录像模糊图像处理系统，该系统是手印、足迹、枪弹痕迹、工具痕迹、印章检验、文件检验以及录像带处理等痕检、文检、视频图像处理工作的必备工具;以及实时视频降噪仪，能够实时处理现场录像流，增强视频的清晰度，该在录像安全系统中加强监视录像的清晰度，或者在警方实地调查拍摄录像后回到警署再进行降噪。

(2)电子商务——当前的电子商务中，图像处理技术也大有可为，如身份认证、产品防伪和水印技术等。

(3)军事公安领域——军事的目标是侦察、制导和警戒系统和自动灭火器的控制及反伪装;公安部门的现场照片、指纹、手迹、印章和人像等的处理和辨识;历史文字和图片档案的修复和管理等。而数字图像处理技术将数码摄影和图像处理技术结合起来以其独特的优势在公安领域中逐步开始担当重任，在刑事摄影、档案管理、痕迹检验、文件检验、法医、物证提取以及公安教学或宣传中发挥着巨大作用，为广大的公安人员开阔了视野、拓展了思维空间，为执法的公正性提供了有力保证，应用提高了工作效率，减少了人、财、物的消耗，大大提高了工作效率。

(4)智能交通——图像处理具有算法柔性大、适应能力强等特点，在智能交通系统中取得了广泛的应用价值，例如车牌识别(车牌定位、车牌倾抖校正与字符分割、车牌字符识别变换等)和车辆检测与跟踪系统(包括感兴趣区域提取、车辆检测、车辆跟踪等)，智能车辆导航、车型识别、交通控制等。

(5)航空航天通信——包括图像传输、电视电话和视会议等，主要是进行图像压缩甚至理解基础上的压缩。

(6)遥感技术——航空航天和卫星摇撼图像获取中和获取后都要用图像处理技术进行加工处理，提取出有利用价值的信息。主要用来对地形地质、矿藏资源搜索以及农业、水利、森林和海洋等资源调查研究，对自然灾害进行预测预报、检测环境污染、处理气象卫星云图以及识别地面军事目标。

(7)生物医学领域——图像处理在医学界的应用非常广泛，图像处理首先应用于细胞分类、染色体分类和放射图像等，临床诊断和病理研究中都大量接住了图像处理技术。它的直观、安全方便、无创伤的优点受到医生和患者的青睐。

(8)工业生产中的应用——在生产线中对产品及部件进行无损检测

(9)机器人视觉——机器视觉相当于智能机器人的重要感觉器官，可以对三维景物进行理解，医院、工厂、邮政以及家庭中的智能机器人，识别和定位装配线工件，太空机器人的自动操作。

(10)视频及多媒体系统——目前，电视制作系统中广泛使用图像处理、变换和合成技术，使电视效果更佳。在多煤体系统中广泛使用静止图像和动态图像的采集、处理、存储、传输和压缩，以达到使用者的目的。

(11)科学可视化——图像处理和计算机图形学的紧密结合，使科学研究得各个领域有了更为新颖的研究工具。

(12)宇宙探测——由于探索太空的需要和太空技术的快速发展，需要用数字处理技术来处理从外太空获取的大量星体照片。

(13)地质勘探——近年来发展起来的以数字图像处理技术为基础、综合多门学科知识的地学信息处理新技术的多源地学信息综合图像处理，使用一些特定的图像处理方法，实现了多源地学信息综合图像处理，用来辅助地质填图，构造地质研究，进行寸产资源的预测和评估，成为当前地质工作者正在研究和探讨的一个问题。

由图像处理技术在以上几个领域中的应用可以看出，图像处理技术在各领域中的重要程度：计算机图像生成技术在航空航海中可以充当仿真训练系统，还可以应用到广告和动画制作，跟友人将其应用到网游中;图像传输与通信还可在多媒体教学、网络视频领域得到广泛应用;在医学上，医学图像处理和材料分析也日益重要，如超声成像、X光成像、Y光成像以及核磁共振成像，对医生工作产生了巨大的辅助;图像跟踪和光学制导在战略技术武器中发挥了重要作用。

3.发展方向

随着计算机的发展，图像处理技术将越来越成熟，对各领域的影响也越来越大，总的来说，图像处理技术的发展有以下几个趋势：

(1) 在目前的基础上，图像处理速度越来越快，分辨率越来越高，多媒体应用光来月广泛，标准化、立体化程度越来越高，并产生智能化的趋势;

(2) 在目前二维基础上将出现多维成像的趋势;

(3) 芯片广泛运用到图像处理技术中，使用起来更加方便;

(4) 将出现新的算法与理论。

图像处理技术在各个领域的应用与发展，大大降低了相应领域的工作难度，效率更高，质量也无可挑剔，使人类受益匪浅。日后图像处理技术将进一步根据人类需求，在相关科研人员的努力奋斗下而实现新的突破，在更为广阔的领域造福人类事业。

参考文献

[1] 李红俊，韩冀皖.数字图像处理技术及其应用. 计算机测量与控制，2009.

[2]W.K.Pratt.DIGITAL IMAGE PROCESSING.Johnwiley & Sons，inc， 2008.

[3]杨枝灵，王开.Visual C++数字图像获取、处理及实践应用.人民邮电出版社，2003

[4] 聂颖，刘榴娣. 数字信号处理器在可视电话中的应用.光电工程， 1997.24(3)：67～70

[5] 侯遵泽，杨文采. 小波分析应用研究.物探化探计算技术，1995. 17(3)：1 ～9

[6] 李道远，常敏，袁春风.基于小波变换的数字水印综述. 计算机应用与工程，2003.23(10)：65～67

作者：胡晓川

第二篇：数字图像处理技术的应用研究

摘要：随着计算机信息技术的不断发展，数字图像处理技术的应有范围变得越来越广，其内涵与外延得到了无限的扩大，本文简要分析了数字图像处理技术的概念内涵、功能特点与应用领域等，使我们对该技术有一个基本的了解，从而能够更好地为日常工作服务。

关键词：数字图像处理;概念内涵;功能特点;应用领域

Digital Image Processing Technology Applied Research

Jia Guangbin

(Southwest University of Science and Technology,School of Information Engineering,Mianyang621010,China)

图像处理也就是按照人们视觉、心理或实际应用的需要，对图像信息进行加工修改的过程，在不同的时期、不同的领域往往会采用不同的图像处理技巧。数字图像处理技术是伴随着计算机信息功能的日益强大以及人们对高精度图像的需求而产生的，随着社会的发展，尤其是计算机信息技术的进步，数字图像处理技术被广泛应用于各个领域，其重要性变得日益突出。

一、数字图像处理技术的概念内涵

当前，我国通常采用的图像处理技术主要有两种，即光学处理法和数字(电子)处理法。前者产生的时间较早，从最开始的光学滤波技术到现在的激光全息技术，无论是理论研究，还是应用技巧，光学图像处理法已日臻完善。但其图像处理精度低、稳定性差以及操作不便的特点极大地限制了其应用领域拓展，在这种情况下，数字图像处理技术便应运而生。

数字图像处理，也即是Digital Image Processing，产生于20世纪50年代，是指人们采用计算机及其它数字硬件设备，对图像信息转换而来的电信号根据数学运算的方式，进行增强、提取、复原、分割以及去除噪音等处理的方法和技术，以此提高图像的实用性，因此，该技术的产生与发展建立在计算机运用、离算数学理论的产生与完善以及社会诸多领域的需求之上的。其最大特点是不仅图像处理精度高，而且可以通过改进硬件系统配置和优化软件系统功能的方式来提高图像处理效果，一切以计算机运行为基础，操作极为方便。最初，由于数字图像处理技术的数据需求量大，处理速度慢，极大地限制了其应用领域，但随着计算机技术的快速发展，尤其是运算速度的提升，这一瓶颈早已被突破。

二、数字图像处理技术的功能内容分析

(一)增强图像的视觉效果。在某些特殊领域，图像在传输与转换的过程中容易造成信息的丢失，从而形成失真现象，比如航天拍摄的图片在传回地球的过程中，由于光学系统、大气流、空气介质等原因造成图像模糊;在图像扫描、采样、量化的过程中，所形成的噪音污染等等。我们可以采用数字图像处理技术，一方面突出重要信息而衰减次要信息;另一方面根据失真原因，补偿丢失的信息因素，从而使改善后的图像效果尽可能的接近原始图像。

(二)图像的重建功能。随着电子计算机体层摄影技术的发展，图像的重建成为一种新兴的数字图像处理技术，它主要是对目标对象进行观察和测量，重新构建出图像中的大量信息的直观显示，从而在计算机模拟系统中进行二维或者三维的图像处理，这也是对特殊实体进行图像回归的过程。

(三)模式识别功能。模式识别也是数字图像处理技术的一个重要应用方向，它主要是借助计算机设备，对人类外部环境中的某一客体行为的数据信息识别过程，比如听觉、视觉、触觉、判断等，进行自动模拟的过程。

(四)正交变换。主要是采用数字图像处理技术将图像信息从空域转换到变换域，其中包括离散余弦变换、离散傅立叶变换、沃尔什变换以及小波变换等。

除此之外，数字图像处理技术还能够进行点运算、几何处理、图像复原、图像编码等一系列操作，使最终图像满足人们的现实需求。

三、数字图像处理技术的应用范围研究

当前，随着计算机信息技术的快速发展，数字图像处理技术的应用领域得到了极大的拓展，总体来说，其在以下领域的应用尤为突出：

(一)医学领域图像处理。医学图像处理是数字图像处理技术的传统应用领域之一，医生为了诊断、科研与教学的需要，往往要对医学影像进行一些操作，比如对图像进行直方图、编辑图像、影像均衡、边缘增强处理、正负像旋转、伪彩色绘制与计算等等。其中PhotoshopCS便是该领域最常采用的图像处理软件之一。

(二)航空与卫星领域遥感图像处理。正如上文所说，航天图片在传往地球的过程中，由于各方面的原因造成图像失真现象，这就要利用数字图像处理技术的精确性、点运算、重建功能等，对图像进行辐射校正和几何纠正、图像整饰、投影变换、特征提取、嵌饰等处理，从而得到原始的图片影像，这对当前土地规划、天气预报、地质灾害预防、军事活动等带来重要影响。1964年，美国利用该技术对“徘徊者七号”太空船发回的月球照片进行处理，收到明显的效果。因此，航天也是数字图像处理技术的传统应用领域之一。

(三)在工业规划与工程设计领域的应用。在工业规划与工程设计领域，设计师经常利用数字图像处理技术的精确性、图像复原性特征，来进行无损探伤、质量检测和过程制动控制方面的操作，比如流场分析、应力分析、机械零件的设计、检测与识别、印刷电路板的疵病检查等，从而极大地提高了工作效率与工作质量。

(四)军事领域的应用。由于数字图像处理技术的模式识别功能特别突出，因此，在军事领域，飞行导航、模拟地理、运动目标控制、导弹打靶的景物图像模拟与分析等对其应用需求最为强烈。该技术通过对卫星侦察照片的修复与处理，从而进行图像匹配识别和跟踪，尤其是图像的传输、存储与再现的自动化军事指挥系统，步兵推进演练，飞机、坦克和军舰的模拟训练等等，也到需要精确、快速的数字图像处理技术。

四、结束语

随着现代信息技术的高速发展以及人类对图像信息需求的不断扩大，数字图像处理技术将会和其他多门学科相互结合、相互渗透，势必将会和流媒体技术相结合，以及与视频处理相结合，从而使图像处理技术更广泛的被用于电影制作、视频会议、等领域。

参考文献：

[1]景敏.数字图像处理技术的应用[J].机械管理开发,2011,2

[2]周金芝.基于Matlab的形态学图像处理研究[J].现代交际,2010,4

作者：贾光斌

第三篇：数字图像处理教学改革浅谈

摘要：针对中国人民公安大学视频侦查专业的特点，结合数字图像处理教学中的经验，该文探讨了如何通过改革教学内容、丰富课堂教学方法和突出学生动手实践来改善数字图像处理课程的教学效果，进而培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。

关键词：数字图像处理;视频侦查;教学方法;实践;教学改革

Key words： digital image processing; video investigation; teaching method; practice; teaching reformation

1 引言

图像蕴含丰富的信息，是人们感知世界的重要来源。数字图像处理主要通过计算机对图像信息进行处理，包括分割、增强、复原、去噪、特征提取和分析理解等[1]。目前，数字图像处理技术在很多领域得到了广泛的应用，例如军事、工业生产、医学和公安等等。而这些应用需求的增长推动了数字图像处理技术的快速发展。由于数字图像处理技术的重要性，很多大学在计算机信息类专业开设了数字图像处理的课程。学生通过该课程的学习，应能掌握数字图像处理技术的基本概念、原理和经典算法，并能了解如何将其运用于实际生活。

数字图像处理技术是一门理论性较强的课程，需要较强的数学基础知识，例如线性代数和信号处理等，因此在教学中很容易出现枯燥的算法讲解和数学推导，学生也可能因为教学过于理论和抽象而失去兴趣，或因为感觉太难而产生畏惧心理。数字图像处理技术也是一门实践性较强的课程，很多典型算法是从应用需求逐渐发展来的，脱离应用只讲理论，学生会不知所云，不知道算法理论的具体用处和如何使用。为了改善课堂教学和提升学生动手能力，教师有必要从学生专业需求出发，针对课程特点，精心设计课程，探索如何将理论教学与实践教学完美结合，使学生最终既能掌握足够的基础知识，又能对实际应用有足够的了解。本文将结合实际教学经验和体会，探讨如何改善数字图像处理课程的教学过程，提升最终的教学效果。

2 数字图像处理课程改革的出发点

数字图像处理是一门综合性的技术，集成了计算机、光学、电子技术和信号处理等多学科的知识，涵盖的内容非常广，从底层的图像增强、复原和编码到中高层的特征提取、分割和图像理解，在有限的课时里教师不可能详细讲解所有内容。因此，教师在授课前就需要对授课对象的专业有所了解，从学生今后工作的需求出发，精心选择授课内容。笔者授课对象是我校新成立的视频图像侦查专业学生，该专业学生毕业后主要在公共安全部门从事视频图像侦查的相关工作，通过搜集整理分析大量的视频资料，缩小排查范围，锁定嫌疑人并找到相关证据，提升破案效率。在视频侦查过程中，对模糊图像的增强或复原是学生必备的技能。因此，笔者在授课时除了讲解重要的基础知识，将本门课程的侧重点放在图像的增强与复原上，而学生对这部分的内容也非常感兴趣，学习的主动性和热情都非常高，这样教师的授课效果也大大提高了。

3 理论授课内容与教学方式的改革

在理论授课内容上，结合我校专业特点做了精心的修订，即加强基础理论知识的讲解，突出专业特色与实用性，强调图像处理算法的具体应用和如何编程实现，注意结合实际案例进行讲解分析，做到理论和实际完美结合[2]。

我校数字图像处理处理课程为54课时，理论授课为45课时，主要讲解图像处理的基本原理与运算、图像的空间和频域增强、图像复原、图像压缩、图像分割和图像的表示与描述等。由于课时有限，因此在讲解图像分割、图像压缩和图像的表示与描述等内容时只是简单的介绍，而且图像视频侦查专业在后续课程安排上也有这些内容的更深入的讲解。我们在授课时主要把精力放在了对图像处理的基本原理与运算、图像的空间与频域增强和图像复原这些内容的讲解上。

为了满足我校专业特点和授课内容改革要求，我校自己编写了数字图像处理的教材，具有理论性、系统性和实用性等多个优点。另外，我们还选择了由田纳西大学的冈萨雷斯教授编写和北京交通大学阮秋琦翻译的数字图像处理中文教材作为补充，该书是一本非常经典的数字图像处理书籍，讲解非常详细，内容很全面，案例也非常多，还有配套的Matlab版本书籍，方便学生自学探索。

在教学方式上，我们探索使用多种现代化的工具丰富课堂教学。传统的教学方式主要基于黑板和粉笔，比较单一，不利于展现图像处理的丰富细节，效果很难令人满意。数字图像处理课程主要讲解的是如何处理图像，即展现的是图像或图形[3]。为了保证课程的可视性效果，我们基于多媒体技术开发了丰富多彩的课件，通过PPT和投影仪给学生更形象生动的展示。为了提高学生上课的兴趣，我们采用了更多的互动式教学，转变只有老师在讲台上讲解的现状，通过引导式的提问，逐步引导学生理解问题、分析问题和解决问题，并积极鼓励学生上课提问和讨论。另外，由于数字图像处理的一些理论和算法比较抽象[4]，数学公式比较多，我们在上课前编写了一些小程序，在课堂上通过运行这些小程序演示效果，给学生更直观的感受，并且通过讲解程序的每一步的设计，让学生结合理论和算法分析，更深刻的理解理论和算法的内涵以及如何使用，大部分学生对这种直观演示也更感兴趣。

对于理论学习的考核，我们主要采用课堂教学提问、布置作业和最终闭卷考试等多种方式，平时成绩占20%，最终闭卷考试成绩占70%，另外10%是实验成绩。

4 实践教学的改革

传统的实验教学一般集中在固定的时间和使用固定的仪器设备。首先由老师讲解原理，然后现场演示如何操作，最后学生按照实验手册逐步进行试验[5]。这种方式比较单一，不利于调动学生的积极性，学生可能只是生搬硬套的做完试验，但是没有更深入的分析为什么这么做以及如何改进试验，做完试验可能很快也就忘了。另外，由于基于课堂的实验学时较少，我校数字图像处理实验课时仅有9课时，而实际上如果学生只在这9个课时里做实验的话，很显然是不够的，远远达不到强化实验教学、提高学生动手能力的目的[6]。因此，我们规定了5个学生必做的实验，主要是验证性的实验，一般在实验室课堂上完成。另外，我们还布置了3个开放性的实验题目，开放性的实验题目一般属于综合性的题目，需要学生综合运用学到的知识，发挥自己的想象力，独立编程调试，达到预期的实验效果，并且需要对实验数据进行分析，提出自己的见解。由于开放性的实验题目要求较高，难度较大，为了避免学生抄袭，使学生真正动手实现而不是走过场，学生交的实验报告需要附上自己编写的程序源代码、注释以及具体的实验步骤和分析内容。

在具体的开放性实验题目选择上，为了突出本专业的特点以及考虑学生毕业后的需求，我们主要选择了图像的增强和复原，例如夜晚图像的增强和复原、噪声污染图像的复原以及人脸车牌图像的增强与复原等。另外，我们设置的题目并没有固定实验内容，即学生可以自己选择具体的实验内容和实验数据。学生可以自己拍摄图像并对图像进行处理，这样可以进一步调动学生的积极性和探索问题的能力。

在实验编程软件的选择上，推荐学生使用Matlab软件[7]，因为Matlab集数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体，功能强大、操作简单，是国际公认的优秀数学应用软件之一。但我们也鼓励学生尝试使用C或C++等编程软件，这样更能锻炼学生的编程能力。我们也给学生推荐了一些图像处理开源软件的库，帮助学生借鉴优秀的算法实现，但是需要避免学生直接抄袭。

对于实验教学的考核，主要通过学生实验室课堂表现、完成实验报告和开放实验题目情况综合判断，强调考核学生的动手能力和分析问题解决问题的能力。

总之，在实验教学的过程中，一切坚持以教师来引导、学生为动手主体、训练为中心、能力为最终目标[8]。

5 结语

本文结合我校视频图像侦查专业的特点，从学生工作需求出发，探讨了通过改革教学内容，通过对授课内容和教学方式的改革，丰富课堂教学方法和突出学生动手实践来改善数字图像处理课程的教学，帮助学生提高使用图像处理知识解决问题的能力，培养出社会真正需要的人才。当然，对于数字图像处理的教学改革与优化是一项长期的任务，还需要不断的探索和努力，只有这样才能满足社会对图像处理人才的需求。

参考文献：

[1] Rafael C. Gonzalez. 数字图像处理(第二版)[M]. 阮秋琦 译. 北京：电子工业出版社，2003. 1-24.

[2] 王丽杰，秦勇，周真. 测控专业“数字图像处理”课程体系优化研究[J]. 电气电子教学学报，2009， 31(3)：19-20.

[3] 曹玉东，王冬霞，周军. 数字图像处理课程教学改革与探索[J]. 辽宁工业大学学报(社会科学版)，2013， 15(2)：129-131.

[4] 杨铁军，黄琳.数字图像处理经验探讨[J]. 中国现代教育装备， 2010(9)： 91-92.

[5] 姜珊，双凯. “数字图像处理”课程的实验教学改革[J]. 实验室研究与探索， 2006， 25(5)：644-646.

[6] 范迪，孙农亮，曹茂永. 我校《数字图像处理》课程的实验设计[J]. 中国科技创新导刊，2009(2)：166-167.

[7] 秦襄培. Matlab图像处理与界面编程宝典[M]. 北京：电子工业出版社，2009.1-30.

[8] 吴道坚. 创新实践教学理念促进综合素质培养[J]. 实验室研究与探索，2005(9)：7-10.

作者：丁建伟　唐云祁　田华伟

第四篇：数字图像处理课程实验教学过程设计

摘要：根据“数字图像处理”课程理论性与实用性的特点，在分析其课程教学体系结构的基础上，充分利用现代新技术和教学理念，文章介绍综合多层项目教学法的设计，以及在“数字图像处理”课程实验教学过程的实践。结果显示，该方法结合武汉大学国家电工电子实验教学示范中心教改项目的实践获得较好效果。

关键词：数字图像处理 综合多层项目教学法 教学过程 FPGA Simulink

建设”(2011007);湖北省教学改革项目“通信工程特色专业建设研究”(2009016)。

“数字图像处理”是高校电子信息类本科生的重要专业课，在信号处理系列课程中扮演重要角色，它的任务是为相关硕士博士点培养专业研究人才打下坚实基础，它是一门理论性和实践性都很强的课程。同时，由于该课程理论性强，且在培养体系中处于最后阶段，因此，如何设计理论实践相结合的实验教学过程，如何培养学生扎实的专业理论基础和实践创新能力，成为一个亟待研究的课题。

目前，新型教育理念和技术手段的发展为提高教育质量提供了新的机会。如计算机技术的发展为教育系统创造了许多新概念[1]，包括“虚拟教育”、“虚拟教室”、“因特网教育”，这些概念为传统意义的教育铺设了新的发展道路;新技术使很多新的教育理念的发展实践成为可能。如基于网络的综合学习方法模型[1]、合作与竞争学习的教育方法[2]、基于项目或者问题的学习[3]，等等。新技术的发展使学生不再依赖教育地点和时间，他们可以在任何时间地点获取知识。

基于多年的教学实践，笔者把握课程特点和发展趋势，充分利用Simulink软件和FPGA硬件等试验设备与技术的发展，结合项目教学法等先进教学

理念，设计并实践了一种利用综合多层项目教学法的“数字图像处理”课程的实验教学过程，希望学生系统地把握和深入理解这门课程的基本理论和方法。

1 “数字图像处理”课程的教学体系结构

“数字图像处理”课程的前置课程除了“高等数学”等公共基础课，还包括信息与通信工程学科方向的“信号与系统”、“数字信号处理”、“信息论与编码”等专业基础课。瑞典布莱金格理工学院对这些前置课程与学生的接受能力之间的关系进行了研究[4]。通过本课程数字图像及成像基础、二维数字信号处理基本理论、灰度及彩色图像压缩、增强、分割等基本处理算法的学习，学生熟悉并掌握数字图像处理方面的基本知识、基本理论和基本技能，重点掌握基于图像变换理论的图像增强、图像压缩和图像分割等处理算法，它为深入学习数字图像处理及其在专业中的应用打下了基础。

在教学实践中，我们将“数字图像处理”的教学体系结构分为三个模块[9-10]：1)绪论部分：这一部分主要介绍数字图像处理的发展历史、研究内容和基本

基金项目：武汉大学教学研究项目“信号处理系列课程实验体系的研究与建设”(201135);武汉大学电工电子实验教学示范中心教学改革研究项目“信号处理系列课程实验体系的研究与建设”(201001);湖北省教学改革项目“基于多层次项目教学法的信号处理系列课程实验体系的研究与概念，力争帮助同学把握学科发展沿革和应用方向，了解整体架构，建立研究和实践的兴趣。2)理论部分：按照空域处理(包括直方图、点处理、代数处理、几何处理)、频域处理(傅立叶等离散正交变换、滤波器处理)、统计模型方法的顺序进行讲解。在这一部分，我们遵循系统深入的原则，基于图像处理的例子，帮助学生系统复习总结并领会各种理论方法之间的逻辑顺序与本质。由于图像处理具有理论性和可视化强的特点，在这个部分教学中，我们希望加强学生对前置课程所学基本理论和方法的深入理解，使其充分认识理论知识在实际应用中的指导意义，并体会理论本身的魅力。3)应用部分：在这一部分教学中，我们充分发挥图像处理应用性强的特点，选择基础性和典型性强的图像压缩、图像增强、边缘提取与图像分割、图像特征提取等应用，重点讲述应用基础理论和方法解决实际问题的常用系统与方法，进一步训练同学的动手实践能力，激发学生学习兴趣。

在教学中，我们可以看到应用部分涉及并会应用到各部分理论，同样，各理论部分也会在技术应用中发挥作用。我们可以将理论部分和应用部分作为一横一纵，并从两个角度向同学们展示“数字图像处理”这样一个立体而丰富的专业方向。

2 多层项目教学法的实验教学过程实践

2.1 多层项目设计

项目教学法是针对课程体系结构设计出一系列学习单元项目，项目设计围绕着具有典型性、启发性的关键问题，学生通过参与项目完成的全过程实现对课程内容系统而深入的掌握[7]。项目教学法真正实现了以学生为中心、以教学目标为中心，实现理论方法学习与实践动手能力培养的紧密结合，同时，它培养具有扎实理论功底和实践创新能力的高水平人才。有学者设计了一个利用两个获取链的问题学习框架用来进行仪器课程的实验教学[3]，利用虚拟(仿真)模块获取链和真实的模块链共同帮助学生在较高的认知水平上解决问题。

本项目基于上述研究成果并给予发展，设计出一个多层项目教学方法，并用于“数字图像处理”课程的实验教学过程实践。第一层次基于Simulink软件工具，设计多种虚拟模块，帮助学生对图像处理中的主要问题进行快速全局的理解;第二层次基于FPGA硬件工具，设计并提供真实的模块，构成一个完整的处理过程，学生在实践中通过测试这些模块并做适当改进，以获得完善的结果。

2.2 项目设计与分析

针对前面分析过的“数字图像处理”课程教学体系结构，并结合教学大纲与教学目标要求，同时参考了部分美国康奈尔大学和哥伦比亚大学相关课程的项目[6,8]，本文设计了以下项目：1)图像旋转;2)频域图像增强;3)视频传输;4)实时边缘提取;5)实时图像分割;6)人脸检测;7)车辆跟踪。

2.3 多层项目教学法的教学过程

研究表明[1]：认知方式因个体而不同。有些个体仅仅利用阅读材料就能有效的学习，而有些人需要实际经验。然而，心理学研究指出，人们一般能够记住他们阅读内容的10%、听到内容的20%，而他们会记住实际尝试和实践内容的90%。因此，本文的设计方法也充分利用了学生从理论内容到实际教学多方面的训练，充分考虑学生在计算机科学、电子工程等多方面的学科知识，培养从软件编程到硬件调试、从理论基础到方法探索、从数学、计算机等基础方法到信号处理、图像处理等专业理论技能的综合。

通常，学生完成一个项目需要4个过程：1)项目原理分析，2)项目具体流程设计，3)基于Simulink或者DE2平台的软硬件设计，4)结果展示与分析，每个阶段学生都会提交阶段报告;在第一个阶段和第二个阶段，师生结合该项目的原理分析与流程设计系统把握和深入理解“数字图像处理”课程关键知识点;根据学生报告反映出的问题，老师有针对性地指导，在解决问题中帮助学生真正掌握所学知识，并提高动手能力。在项目法教学过程中，我们特别要注意克服项目无法完全覆盖全部知识点的局限，因此，要在项目选择与设计中综合考虑，并结合项目原理研究建立对教学体系框架和全部知识点的整体把握。

3 利用Simulink软件的“数字图像处理”软件模块实验链

Simulink软件是Matlab重要组成部分，它提供一种可视化仿真工具，提供动态建模、仿真和综合分析的集成环境。本文利用其内置的video image processing blockset，并基于教材[9]提供的实验案例编写了大量基本模块。学生可以通过简单直观的鼠标操作，调用系统提供或者预先编制好的模块组件，构造出复杂的系统。该系统具有结构和流程清晰、效率高、仿真精细等优越性。

本文设计的模块主要包括基础模块、基本处理模块、应用模块三大类。其中基础模块包括调用封装video image processing blockset的各类输入输出、数据变换、彩色图像空间变换等基本操作;基本处理模块包括亮度变换与空间滤波、频域滤波、小波变换。数学形态学等基本图像处理操作;应用模块在上述两个模块组合的基础上，构建的单一应用处理模块，包括图像复原、图像压缩、图像分隔、特征描述以及识别模块。

4 基于FPGA硬件的“数字图像处理”硬件模块实验链

现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)是一种大规模可编程逻辑器件，用户可以反复配置，灵活地实现不同功能。随着成本下降和逻辑规模的剧增，它被越来越多地独立应用于各类电子系统。可编程片上系统(System On Programmable Chip, SOPC)技术更使系统集成于一片可编程逻辑芯片中成为可能[5]。采用FPGA作为信号处理系列课程的实验平台实现基本的图像处理功能，在实现效率、成本、能耗以及与实际应用开发顺利衔接等方面都具有一定的优越性。如美国康奈尔大学、哥伦比亚大学都基于Altera公司的DE2开发板开展了相关课程试验环节的教学实践活动，最终实践项目类别主要集中在图像及视频处理、语音处理、网络传输等应用领域上[6,8]。

针对“数字图像处理”课程特点，参考美国康奈尔大学、哥伦比亚大学相关课程实验项目设置及其完成情况，项目组基于Altera公司的DE2开发板设计构建了一个数字图像处理实验平台，提供了平台所需的电路设计、基本模块开发和典型实验系统，建立以项目为导向的拓展实验架构。该平台以DE2开发板为核心，通过外围接口接入摄像头采集模块，通过VGA输出接口将图像输出到显示器单元。同时，该平台还提供了丰富的接口可以实现多个平台

之间信息信号的网络传输，对外部扩展单元的控制信号输出，等等。项目组在此平台上进一步开发了系列基本模块帮助学生完成各类项目所需的视频图像输入输出、网络传输、接口转换等基础功能。

5 结语

“数字图像处理”不仅是电子信息类的一门重要专业课程，也是目前信息技术领域一个重要的研究方向。该课程的教学面临着信息技术飞速发展所带来的迫切需求。基于综合多层项目教学法进行“数字图像处理”课程的教学过程设计，可以很好地体现该门课程理论性和实践性很强的特点，我们应充分发挥该课程研究对象——图像信息在教学认知等方面的优越特性，强化课程作为理论深入理解以及培养动手实践创新能力的桥梁作用，实现培养“厚基础、宽口径、高素质、强技能”和具有“三创”(创新、创造、创业)精神和能力的人才目标。

参考文献：

[1] O.Yilmaz, K.Tuncalp. A Mixed Learning Approach in Mechatronics Education[J]. IEEE Transactions on Education, 2011(54):294-301.

[2] L.M.Regueras, E.Verdu, M.J.Verdu, et al. Design of a Competitive and Collaborative Learning Strategy in a Communication Networks Course [J]. IEEE Transactions on Education,2011(54):302-307.

[3] A.Nonclercq, A.V.Biest, K.D.Cuyper, et al. Problem-Based Learning in Instrumentation: Synergism of Real and Virtual Modular Acquisition Chains[J]. IEEE Transactions on Education,2010(53):234-242.

[4] N.Lavesson. Learning Machine Learning: A Case Study [J]. IEEE Transactions on Education,2010(53):672-676.

[5] 李德识,曹华伟,陈健,等. EDA实践[Z]. 武汉:武汉大学电子信息学院实验讲义,2008.

[6] 美国康奈尔大学课程[EB/OL]. [2011-05-12]. http://instruct1.cit.cornell.edu/courses/ece576/FinalProjects/#f2009.

[7] 郭艳光,赵希武. 在高等计算机基础教学中实施项目教学法的探索[J]. 计算机教育,2008(6):48-49.

[8] 美国哥伦比亚大学课程[EB/OL]. [2011-06-13]. http://www.cs.columbia.edu/～sedwards/classes/2009/4840/index.html.

[9] 冈萨雷斯. 数字图像处理[M]. 北京:电子工业出版社,2005.

[10]卡斯特曼. 数字图像处理[M]. 北京:电子工业出版社,2008.

The Design of the Teaching Process of Digital Image Processing

HE Chu, FENG Qian, YANG Fang, CAO Huawei, XU Xin

(School of Electronic Information, Wuhan University, Wuhan 430079, China)

Key words: digital image processing; integrated multilayer project didactics; teaching process; FPGA; Simulink

(编辑：郭小明)

作者：何楚 冯倩 杨 芳 曹华伟 徐新

第五篇：《数字图像处理》公选课教学实践研究

摘要：数字图像处理技术迅猛发展，而且得到了越来越广泛的应用。开设《数字图像处理》公选课可以向非相关专业的学生介绍数字图像处理的基本知识和理论，提高学生动手能力和社会适应能力。本文在分析教学对象和课程特点的基础上，对课程选用教材，教学方法，教学手段等方面进行了深入探讨和研究。近几年的教学中，笔者据此进行实践，取得了良好的教学效果。

关键词：数字图像处理;教学实践;公选课

近年来，数字图像处理技术得到了迅猛发展，并已应用到许多领域，除了如工业、农业、国防军事、生物医学、通信等专业领域外，在社会和日常生活中也得到了广泛的应用，如数字照相机、数字摄像机、网络视频分享与欣赏。一些常用的图像处理工具或软件系统，如Photoshop、Acdsee Premiere、会声会影等也得到了非专业人员的广泛应用。可以预期的是，随着数字图像处理朝着智能化、网络化、实时化等方向的发展，数字图像处理技术和日常生活的联系也越来越紧密。因此，除了作为相关专业的专业课外，在本科阶段开设数字图像处理公选课，对提高学生动手能力，理解和认识相关技术，提高学生适应社会的能力无疑有很大的益处，是十分必要的。数字图像处理是一门交叉学科，内容涉及到众多的知识领域，因此，要让学生在较短的学时内掌握数字图像处理中最基本、最广泛应用的概念、原理、理论和算法以及基本技术和方法，必须对教学方法有所改革，才能取得较好的教学效果。特别地，开设《数字图像处理》公选课，面对的教学对象具有不同知识背景，专业相差较远的学生，基础知识、思维方式和兴趣点差异也较大。因此，针对数字图像处理课程和学生背景知识特点，对课程教学方法进行改革，才能取得较好的学习效果。本文总结了几年的教学经验，对公选课《数字图像处理》的教学方法进行一些研究和探讨。

一、结合学生特点，选择合适教材

作为一门课程的基本要求，《数字图像处理》公选课要求学生能掌握基本的数字图像处理知识如图像增强，图像压缩和图像分割等内容，另外一方面也要考虑学生的背景知识差异，侧重于学生的基本能力锻炼与提高。因此，所选用的教材需要同时注重理论性和实用性。综合起来，所选择的教材应该同时具有一定的理论性、实用性和新颖性。数字图像处理作为一门学科，有很多较好的成熟教材可供选择，例如美国Gonzalez等著的《Digital Image Processing》，阮秋琦编著的《数字图像处理学》等教材，都反映和结合了当前图像处理领域的科技前沿动态及科技成果，包括了图像处理的基本理论和基础知识。这些教材在《数字图像处理》专业课的教学中得到了大量的应用。但是对于作为公选课《数字图像处理》的教材来说，其相关理论知识还是过于深奥而实用性不够。因此，需要选择一本能突出其应用而较少涉及理论和公式推导的教材来使用。出于此目的，我们选择了胡学龙等编著的《数字图像处理》作为本门课程的教材。

该教材作为一本应用性教材，在讲清基本理论和基本知识的基础上，突出图像处理基本技能的培养，指导学生设计图像处理的软件应用，来验证相应的理论和算法，和我们的教学目的相接近。为了增强和突出本课程的实用性，在选定主教材的基础上，根据课程和学生的特点，选择一些和生活相关、应用范围较广的书籍作为辅助性教材，便于学生根据自己的爱好和特长对所学习的知识进行验证。我们选择了《Visual C++数字图像处理》、《Visual C++/Matlab图像处理与识别应用系统》、《Photoshop图像处理》等教材作为辅助教材。结合授课内容，布置具体作业，让学生结合自己的兴趣和特长，参照辅助教材的相关内容进行验证实现，以增强对知识的理解和应用能力。

二、采用多种方法，提高学生兴趣

兴趣是学习过程中最好的老师，如果没有学习兴趣或者学习兴趣不高，老师讲得再生动也是枉然，所以如何提高学生学习兴趣是教学中的一个关键因素。作为公选课来说，大部分同学根据自己的兴趣和爱好进行选择。这为提高公选课的教学效果奠定了良好的基础。但是在实际教学过程中，如果教师引导不当，教学内容选择不合适，或者教学手段单一，则有可能让原有的兴趣逐渐消失，教学效果大打折扣，因此在教学工程中，需要采用多种教学手段和方法，提高学生兴趣，提高教学效果。在我们的教学实践中，主要从以下几个方面来提高学生兴趣：

1.问卷调查。在《数字图像处理》实际教学中，在第一次课的讲授过程中，改变传统的大而全的介绍方法，主要突出数字图像处理的应用与发展趋势，特别是各种不同数字图像处理方法的应用实例，让学生将实际应用与相应的图像处理方法联系起来。在课堂结束后，发放调查问卷，主要内容包括先修课程的学习情况如数学基础知识和程序设计语言能力，感兴趣内容等。调查问卷回收后，及时统计和分析，了解学生的知识结构，结合图像处理内容和学生感兴趣内容，及时调整和修改修订教学计划。做到有的放矢，为以后课堂教学中针对性地提高学生兴趣做好充分的准备。

学期结束前，同样发放调查问卷，此次调查的目的是进一步了解学生的兴趣和感受，课堂教学效果，数字图像处理与先修知识结构之间的联系程度等，为提高下次公选课教学效果提供有益的反馈信息。

2.结合实例。通过具体的研究课题，具体的应用实例特别是与日常生活联系紧密的实例，让学生了解各种图像处理方法的应用效果，一方面能让他们了解本课程各种方法的用途和实际效果，另一方面也能提高他们的学习兴趣，增强自己动手实践的想法，为主动学习提供动力。在授课过程中，针对不同的教学内容，选择不同的实例。如在讲授图像增强时，以照片修复作为实例进行讲解，比较不同增强方法的原理和效果;在学习图像分割时，以道路监控视频分析为实例讲解。除了与每章相关知识相结合的实例外，结合调查问卷的结果和所进行的研究课题，设计一个完整的图像处理应用系统，贯穿整门学科的教学中，综合运用所学知识。在实际教学中，我们分别设计和演示了细胞图像处理和识别系统，行人动作识别系统等实例，逐步分析和讲解所应用到的数字图像处理基本知识和应用效果。采用结合大量的实例进行教学，除了能引起学习的兴趣外，对于培养学生分析问题和解决问题的能力也有很大的帮助。在实例讲解过程中，首先引导学生思考所需要解决的问题，引起这些问题的原因。然后结合所学的知识，针对问题特点，选择合适的方法进行解决，并对不同解决方法进行评价和讨论，理解不同方法的基本原理和实际效果。最后确定解决方案，并进行综合评价，讨论所存在的问题以及可能的解决方法。完成整个过程后，不仅大大提高了同学们兴趣，也促进了图像处理知识的理解，而且在不知不觉中锻炼学生解决工程实际问题的能力。显然，经过多次实例讲解，《数字图像处理》课程所讲述的内容对他们来说已经不仅仅是空洞的理论知识，而是解决实际问题的一种强有力的工具。

三、采用多种教学手段，改革课堂教学方法

数字图像处理技术的大部分应用都是以图像的结果进行显示，因此在教学过程中，如果只用语言难以准确形象地描述，必须借助现代化教学手段。除了采用黑板和PPT等教学手段外，还应该充分以计算机为教学媒体，利用其具有有声有色、图文并茂、动态显示等特点，向同学们生动形象地传输大量的信息。在实际教学过程中，结合具体教学内容，利用不同的教学手段，我们设计了丰富的教学课件。例如可以利用动画来演示图像分割中区域生长的过程，利用Matlab程序单步调试来比较图像增强过程中参数对效果的影响，利用Photoshop来理解图像分辨率、屏幕分辨率等基本概念，利用视频播放来观察图像压缩的效果和影响。利用这些教学手段，提高了同学们的学习兴趣，加深了对图像处理的基本知识和处理过程及处理结果的理解。除了采用现代化教学手段，改革和丰富教学方法也是提高教学效果的一种重要手段。既要充分发挥现代化教学手段的优势，又要重视改革教学方法带来的教学效果，探索和研究新的教学方法，综合提高教学效果。在实际教学中，我们都以启发式教学为主，综合使用“问题教学法”、“形象化教学法”和类比法，引发学生去思考、分析问题，激发他们学习的积极性，提高教学效果。

在近几年教学过程中，针对公选课学生背景知识和学习目的差异大等特点，结合《数字图像处理》课程的特点，我们不断地探讨、研究和改革教学方法，提高教学效果。通过不断了解前沿动态，实时更新教学内容，选择合适教材，分析学生特点，结合实例，采用丰富的教学手段，提高学生兴趣，改革教学方法等多种手段，激发学生学习积极性，取得了较好的教学效果。但是在今后的教学工作中，怎样进一步改善教学效果，仍然需要不断的探索和研究。

参考文献：

[1]冈萨雷斯，著.数字图像处理(第二版)[M].阮秋琦，等，译.北京：电子工业出版社，2009，12.

[2]章毓晋.图像工程(第二版)[M].北京：清华大学出版社，2007，2.

[3]胡学龙.数字图像处理[M].北京：电子工业出版社，2006，9.

基金项目：本项目受中南民族大学教学研究项目资助

作者：高智勇，刘海华，陈军波，谌先敢