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時(shí)間：2022-04-06 10:47:45
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中圖分類(lèi)號(hào)：TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）03-0242-01
在高校教學(xué)體系中，數(shù)字圖像處理成為了包括理工科、農(nóng)醫(yī)科在內(nèi)專業(yè)必選課程或者重點(diǎn)選修課程。作為一門(mén)理論知識(shí)豐富、實(shí)踐性非常強(qiáng)的高校課程，當(dāng)前PBL模式已經(jīng)成為了包括美國(guó)在內(nèi)的多個(gè)國(guó)家的主要教學(xué)模式。
1 PBL模式與數(shù)字圖像處理結(jié)合探索背景
PBL模式作為一種較為先進(jìn)的教學(xué)模式，英文名稱Problem-Based Learning，其含義為問(wèn)題式教學(xué)模式或者基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)模式，PBL模式的主要思路是以問(wèn)題為前提進(jìn)行教學(xué)的展開(kāi)活動(dòng)，這一教學(xué)方法的特點(diǎn)在于在教師的直接參與和指導(dǎo)之下，將學(xué)生放在主體地位，通過(guò)小組討論的方式，通過(guò)以某一具體問(wèn)題為中心的研究討論和加強(qiáng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，將教學(xué)的焦點(diǎn)放在某學(xué)科的重要原理以及關(guān)鍵概念之上，通過(guò)幫助學(xué)生自己構(gòu)建知識(shí)體系的過(guò)程，養(yǎng)成學(xué)習(xí)獨(dú)立學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考的基本能力，數(shù)字圖像處理具有其本身獨(dú)特的特色。
其一，該門(mén)課程的理論知識(shí)豐富，知識(shí)點(diǎn)較為深?yuàn)W難懂[1]；其二，日常生活中，應(yīng)用到的數(shù)字圖像處理相關(guān)課程知識(shí)點(diǎn)較多，對(duì)學(xué)生綜合能力要求較高，尤其在工科專業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)中要求較高，需要對(duì)計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用，例如，湖南省某學(xué)院部分專業(yè)在開(kāi)設(shè)這門(mén)課程時(shí)，每一學(xué)期的課時(shí)量為30至40課時(shí)，該學(xué)院部分立刻專業(yè)設(shè)置了選修課程的的課時(shí)量。依靠傳統(tǒng)的教學(xué)模式進(jìn)行數(shù)字圖像處理已經(jīng)不適宜當(dāng)前的教學(xué)實(shí)際，須對(duì)高校包括機(jī)械制造專業(yè)、自動(dòng)化等專業(yè)的數(shù)字圖像處理能力進(jìn)行要求，才能全面提升學(xué)生的綜合能力。
2 基于PBL模式的實(shí)踐教學(xué)改革方案探索
2.1 對(duì)數(shù)字圖像處理實(shí)踐教學(xué)方式方法的研究
以上述湖南某城市學(xué)院為例，為推進(jìn)數(shù)字圖像處理的PBL模式改革，該校自行編撰了驗(yàn)證性課程指導(dǎo)實(shí)踐用書(shū)，該書(shū)的主要內(nèi)容包括了30多個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，涵蓋了圖像分析、圖像濾波、數(shù)字處理軟件的使用以及圖像分割等多個(gè)板塊知識(shí)點(diǎn)，該學(xué)院學(xué)生中計(jì)算機(jī)普及程度廣，所以在進(jìn)行圖像處理實(shí)踐時(shí)可自行下載相關(guān)的支持軟件。改變以往該課程集中實(shí)踐方式，升級(jí)成分散與集中結(jié)合的模式，即第一步學(xué)生利用業(yè)余時(shí)間或者在專門(mén)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成數(shù)字圖像處理分散實(shí)驗(yàn)，第二步教師對(duì)學(xué)生教學(xué)實(shí)踐中產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行一對(duì)一面談解決或者利用網(wǎng)絡(luò)通訊工具解決問(wèn)題，第三步，通過(guò)多次的分散式課程實(shí)踐活動(dòng)，利用4個(gè)至6個(gè)課時(shí)進(jìn)行集中式教學(xué)。
2.2 突破數(shù)字圖像處理理論教學(xué)模式
其一，確保在對(duì)數(shù)字圖像處理完整性以及整體性進(jìn)行維護(hù)前提下，在實(shí)踐教學(xué)課堂中盡量避免對(duì)數(shù)字處理相關(guān)公式的重復(fù)推導(dǎo)[2]，主要對(duì)相關(guān)算法以及關(guān)鍵原理進(jìn)行說(shuō)明，如在對(duì)均衡處理數(shù)字圖像知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解過(guò)程中，直接引用推導(dǎo)公式，利用均衡化圖像的原理以及關(guān)鍵算法進(jìn)行處理技術(shù)的編程；其二，在對(duì)相關(guān)的信息進(jìn)行篩選之后重點(diǎn)對(duì)處理圖像的算法進(jìn)行編程和實(shí)踐應(yīng)用，在對(duì)圖像處理邊緣檢測(cè)知識(shí)進(jìn)行運(yùn)用過(guò)程中，可以將Hough的變換、路經(jīng)檢測(cè)加強(qiáng)聯(lián)系，更好進(jìn)行編程；其三，在解決實(shí)踐問(wèn)題的過(guò)程中，多進(jìn)行實(shí)例的例舉，可利用2至3個(gè)課時(shí)對(duì)實(shí)踐教學(xué)的背景、已有的實(shí)踐教學(xué)成果的、重要技術(shù)流程、重要算法進(jìn)行演示等。
3 基于PBL模式的數(shù)字圖像處理教學(xué)方案設(shè)計(jì)
仍以湖南某城市學(xué)院信息學(xué)院為例，從PBL模式出發(fā)，針對(duì)于數(shù)字圖像處理建立了處理庫(kù)，這一項(xiàng)目中涵蓋處理圖像、分析圖像、識(shí)別圖像等多類(lèi)別項(xiàng)目，例如“門(mén)禁系統(tǒng)視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)”、“指紋識(shí)別”、“二維碼檢測(cè)”等，學(xué)院每學(xué)期建立了不低于36個(gè)的項(xiàng)目，學(xué)生可在這些項(xiàng)目中進(jìn)行選修，另外，以40個(gè)課時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字圖形處理理論課程教學(xué)學(xué)時(shí)為30個(gè)，實(shí)踐性教學(xué)課時(shí)為10個(gè)，每周保證3個(gè)學(xué)時(shí)，總共教學(xué)時(shí)長(zhǎng)為13個(gè)教學(xué)周。
第一，在進(jìn)行教學(xué)的前兩個(gè)周內(nèi)，將數(shù)字圖像處理課程PBL模式實(shí)踐考察和教學(xué)方式進(jìn)行明確和推介，并將以往的學(xué)生實(shí)踐教學(xué)成果進(jìn)行分享，為學(xué)生在選修過(guò)程中提供參考，學(xué)生進(jìn)行是否選修的決策；第二，在3至4周，擬定學(xué)生課程選修名單，進(jìn)行實(shí)踐性教學(xué)任務(wù)的布置，確定36個(gè)以上的實(shí)踐項(xiàng)目給學(xué)生，學(xué)生自動(dòng)組成項(xiàng)目合作，保持每組在3個(gè)人左右，學(xué)生自行數(shù)字圖像處理選擇題目，對(duì)實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行圖像加文字型的介紹，盡快確定目標(biāo)，盡快對(duì)實(shí)踐應(yīng)用難度進(jìn)行確定以及評(píng)分；第三，在5至6周的時(shí)候確定數(shù)字圖像處理實(shí)踐目標(biāo)書(shū)，確定相關(guān)參考資料；第四，在7周至12周時(shí)間內(nèi)實(shí)施實(shí)踐項(xiàng)目，學(xué)生利用課余時(shí)間完成分散型實(shí)驗(yàn)，這段時(shí)間內(nèi)適當(dāng)安排集中型實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)證，在這一過(guò)程中，特別注意積極提出實(shí)踐項(xiàng)目存在的問(wèn)題，及時(shí)檢查問(wèn)題解決的進(jìn)度，教師有針對(duì)地進(jìn)行問(wèn)題解答，幫助實(shí)踐小組完成任務(wù)目標(biāo)；第五，在第13周時(shí)，組成專業(yè)或者班級(jí)為小組的實(shí)踐項(xiàng)目答辯，實(shí)踐項(xiàng)目的成果進(jìn)行答辯與說(shuō)明；最后，數(shù)字圖像處理課程教師完成總結(jié)，學(xué)生對(duì)實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行報(bào)告，教師根據(jù)實(shí)際情況對(duì)學(xué)生進(jìn)行打分。
4 結(jié)語(yǔ)
基于PBL模式的數(shù)字圖像處理的教學(xué)形式，能幫助高校學(xué)生快速了解和吸收處理數(shù)字化圖像過(guò)程中必要的技術(shù)、方法與原理等知識(shí)點(diǎn)[3]，還能幫助學(xué)生掌握數(shù)字圖像處理實(shí)踐項(xiàng)目的實(shí)踐研究方法和思路，提升學(xué)生利用圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)靈活解決生活實(shí)際問(wèn)題能力，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性以及創(chuàng)新、實(shí)踐能力，對(duì)于全面提升數(shù)字圖像處理相關(guān)課程的教學(xué)質(zhì)量具有重要作用。
參考文獻(xiàn)
摘 要：針對(duì)數(shù)字圖像處理課程基礎(chǔ)理論抽象、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，分析和探討該課程教學(xué)中存在的若干問(wèn)題及原因，從師資力量建設(shè)、課程標(biāo)準(zhǔn)制定、教學(xué)方法與設(shè)計(jì)、考核方法4個(gè)方面闡述數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)優(yōu)化改革方案。
關(guān)鍵詞 ：數(shù)字圖像處理；教學(xué)優(yōu)化改革；師資力量；課程標(biāo)準(zhǔn)
基金項(xiàng)目：全軍學(xué)位與研究生教育研討會(huì)研究課題“軍隊(duì)院校研究生教育中的導(dǎo)師與研究生關(guān)系研究”（YJZX14C14）。
第一作者簡(jiǎn)介：孔韋韋，男，講師，研究方向?yàn)閳D像處理，kwwking@163.com。
0 引 言
數(shù)字圖像處理[1-2]是信息處理領(lǐng)域的重要分支，通過(guò)該課程我們可以完成圖像的幾何變換、算術(shù)處理、圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像重建、圖像編碼、模式識(shí)別、圖像理解等多個(gè)方面的工作。目前，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件處理能力的不斷提升，數(shù)字圖像處理技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)、反恐處突、彈道導(dǎo)彈精確制導(dǎo)等多個(gè)軍（民）用領(lǐng)域。由于該門(mén)課程的特殊地位和廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外幾乎所有信息類(lèi)專業(yè)都開(kāi)設(shè)了該課程，許多專家、學(xué)者也針對(duì)課程的教學(xué)方式提出了自己的觀點(diǎn)[3-8]。
軍隊(duì)院校作為高等院校中的一類(lèi)特殊群體，無(wú)論在課程設(shè)置還是人才培養(yǎng)需求上均與地方高等院校有很大的不同。軍隊(duì)院校自身的特殊屬性要求培養(yǎng)出的人才不僅要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和科研能力，還能運(yùn)用這些知識(shí)對(duì)作戰(zhàn)以及日常訓(xùn)練中出現(xiàn)的問(wèn)題加以解決，因此，軍隊(duì)院校對(duì)人才的理論與實(shí)踐結(jié)合能力提出了更高也更為嚴(yán)格的要求。
武警部隊(duì)負(fù)責(zé)維護(hù)國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定，有效打擊國(guó)內(nèi)外各種恐怖勢(shì)力，保障人民安居樂(lè)業(yè)。當(dāng)前，世界各國(guó)都將“反恐”作為維護(hù)國(guó)家穩(wěn)定和保衛(wèi)人民生命財(cái)產(chǎn)安全的一項(xiàng)重要任務(wù)。反恐圖像目標(biāo)的識(shí)別和監(jiān)視能力更體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的反恐技術(shù)力量和能力水平，其關(guān)鍵在于反恐圖像目標(biāo)的識(shí)別。因此，有效地將數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用于反恐處突領(lǐng)域，不僅有助于提升針對(duì)恐怖勢(shì)力的打擊力度，還可以有效減少傷亡，最大限度地保障國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。
1 數(shù)字圖像處理課程的特點(diǎn)
數(shù)字圖像處理課程主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①理論基礎(chǔ)要求高，涉及高等數(shù)學(xué)、信號(hào)與信息系統(tǒng)、信息論、計(jì)算機(jī)編碼等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)；②數(shù)字圖像處理課程覆蓋的內(nèi)容廣泛，知識(shí)點(diǎn)繁雜零碎；③新興理論的不斷出現(xiàn)要求廣大學(xué)者能夠敏銳把握數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展前沿；④數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，處理方法也更為復(fù)雜。
2 軍隊(duì)院校數(shù)字圖像處理課程教學(xué)中存在的問(wèn)題
2.1 課程設(shè)置不靈活
相比地方高等院校，軍隊(duì)院校的課程設(shè)置自由度十分受限，具體體現(xiàn)為課程的教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)安排、課堂組織形式甚至是開(kāi)課時(shí)間均有嚴(yán)格的規(guī)定和限制，不能根據(jù)學(xué)生理論基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力的實(shí)際情況做自適應(yīng)的調(diào)整。
盡管研究生有自己的導(dǎo)師和研究方向，且很多研究生日后學(xué)位論文的研究方向可能與數(shù)字圖像處理領(lǐng)域并無(wú)關(guān)聯(lián)，然而，由于許多信息類(lèi)專業(yè)院校的研究生培養(yǎng)方案均嚴(yán)格限定該課程為學(xué)位必修課，導(dǎo)致一些研究生為了學(xué)分和學(xué)位只得選擇一門(mén)與自己研究領(lǐng)域完全無(wú)關(guān)的課程，無(wú)形中造成了教學(xué)資源的浪費(fèi)。
2.2 課時(shí)少內(nèi)容多
數(shù)字圖像處理課程是國(guó)內(nèi)外幾乎所有信息類(lèi)專業(yè)的必修課。地方高等院校通常會(huì)開(kāi)設(shè)50個(gè)學(xué)時(shí)，而軍隊(duì)院校大多只開(kāi)設(shè)40學(xué)時(shí)，有的學(xué)校甚至只將其作為學(xué)位選修課開(kāi)設(shè)20學(xué)時(shí)。眾所周知，該課程涉及的教學(xué)內(nèi)容非常繁雜且對(duì)相關(guān)課程的理論基礎(chǔ)提出了較高要求，這類(lèi)課程即使安排50學(xué)時(shí)也很難將重點(diǎn)內(nèi)容講授完畢，軍隊(duì)院校課程課時(shí)不足無(wú)疑對(duì)該課程的教學(xué)質(zhì)量造成重大影響。
2.3 教學(xué)形式單一
軍隊(duì)院校的特殊屬性在一定程度上約束了課堂多種教學(xué)形式的存在與發(fā)展，傳統(tǒng)的教師主體式教學(xué)法是主流。這種過(guò)于單一和機(jī)械的教學(xué)形式將對(duì)研究生的學(xué)習(xí)積極性造成不利影響。另外，軍隊(duì)中上下等級(jí)關(guān)系往往扼殺了研究生質(zhì)疑教師的勇氣和可能，使研究生不敢對(duì)教師的見(jiàn)解有所質(zhì)疑，不敢擅自踏入教師未首肯的領(lǐng)域中積極主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，導(dǎo)致研究生的學(xué)習(xí)完全處于被動(dòng)境地。
3 教學(xué)優(yōu)化改革
3.1 師資力量建設(shè)
數(shù)字圖像處理課程專業(yè)性強(qiáng)、理論難度大，涉及的基礎(chǔ)學(xué)科門(mén)類(lèi)較多，因此，在條件允許的情況下應(yīng)盡可能安排科研方向或理論研究方向?qū)儆趫D像處理領(lǐng)域的教師擔(dān)任任課老師。一方面，長(zhǎng)期從事該領(lǐng)域的教師對(duì)課程的基本內(nèi)容和理論了如指掌，基本功非常扎實(shí)，授課更為流暢、自然；另一方面，教材中介紹的只是圖像處理領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和經(jīng)典模型，長(zhǎng)期從事該領(lǐng)域研究的老師在研究過(guò)程中往往對(duì)課程中的概念及理論模型有更深刻的理解，在授課過(guò)程中必然會(huì)附帶介紹本人在該領(lǐng)域內(nèi)的研究現(xiàn)狀和最新進(jìn)展，有利于開(kāi)闊研究生視野，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高授課質(zhì)量。
3.2 課程標(biāo)準(zhǔn)的制定
結(jié)合軍隊(duì)院校課時(shí)不足的教學(xué)實(shí)際以及人才培養(yǎng)類(lèi)型的定位需求，我們完全有必要重新制定數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，在保證理論系統(tǒng)性完整的基礎(chǔ)上，側(cè)重實(shí)踐能力以及解決實(shí)際問(wèn)題能力的培養(yǎng)和提升。具體措施如下：①教學(xué)對(duì)象精確定位，扭轉(zhuǎn)以往研究生課程頻頻出現(xiàn)的“被選課”現(xiàn)象，切實(shí)保障“選修權(quán)”，允許研究生按照自己學(xué)位論文的研究需求選課；②由于學(xué)時(shí)有限，在制定課程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)必須全面分析和研究教學(xué)內(nèi)容，梳理與課程內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)，適當(dāng)?shù)貏h減一些非重點(diǎn)內(nèi)容，重新劃分各章節(jié)的學(xué)時(shí)；③數(shù)字圖像處理雖然是一門(mén)理論性很強(qiáng)的課程，但學(xué)習(xí)的最終目的還是應(yīng)用，因此，在制定課程標(biāo)準(zhǔn)時(shí)必須為研究生學(xué)員留有一定的實(shí)踐操作以及課堂研討課時(shí)；④要反映部隊(duì)特色，在授課過(guò)程中重點(diǎn)介紹能夠直接應(yīng)用于部隊(duì)實(shí)際的模型和方法，譬如模式識(shí)別、圖像理解版塊，并要求研究生動(dòng)手實(shí)踐；⑤緊跟發(fā)展前沿，保持知識(shí)的先進(jìn)性，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，以完善的學(xué)習(xí)資料、豐富的課程資源、真實(shí)的實(shí)踐環(huán)境作為課程的基礎(chǔ)和支撐。
3.3 教學(xué)方法與設(shè)計(jì)
結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)，我們擬將整個(gè)教學(xué)過(guò)程分解為4個(gè)階段：①基本理論講授；②專題討論；③專題講座；④實(shí)踐操作。
3.3.1 基本理論講授
教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容中的基本理論加以講解，旨在為研究生掃清基本理論障礙。該部分的講解并非只是對(duì)課本內(nèi)容的簡(jiǎn)單復(fù)制和重申，而是在介紹基本理論的基礎(chǔ)上，對(duì)基本概念中涉及的各層次知識(shí)點(diǎn)和潛在疑問(wèn)加以梳理和闡釋，為下一階段的專題討論做鋪墊。該階段以教師講授為主體，采取案例式教學(xué)和啟發(fā)式教學(xué)相結(jié)合的授課方式。
3.3.2 專題討論
所謂專題討論，就是基于教師先前講授的某一個(gè)或某一類(lèi)基本理論，探討具體應(yīng)用效果以及可能影響最終圖像處理效果的若干因素。這一環(huán)節(jié)將徹底打破經(jīng)典教學(xué)模式中的“教師主體”模式，轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖處煷_定討論范圍—研究生為討論主體—教師最后總結(jié)”的模式。在整個(gè)過(guò)程中，教師和研究生的角色完全轉(zhuǎn)換，由研究生基于自身掌握的知識(shí)充分發(fā)揮自己的想象，針對(duì)若干問(wèn)題展開(kāi)探討或者辯論。譬如，教師在探討前先介紹圖像去噪理論的相關(guān)知識(shí)，包括噪聲產(chǎn)生的原理、噪聲的種類(lèi)、噪聲在圖像中的表現(xiàn)、幾類(lèi)經(jīng)典圖像去噪方法等，上述部分內(nèi)容講授完畢后確定3個(gè)問(wèn)題，即均值去噪和中值去噪方法的原理有何不同？各自的優(yōu)缺點(diǎn)何在？各自在去噪過(guò)程中可能影響最終效果的因素有哪些？下一次課教師可安排專題討論，并將研究生在討論中的表現(xiàn)作為課程成績(jī)的一項(xiàng)重要依據(jù)。
在該門(mén)課程課代表的組織下，研究生被分成若干小組，大家利用課余時(shí)間分別對(duì)兩種去噪方法展開(kāi)了深入研究，并通過(guò)Matlab軟件仿真驗(yàn)證，記錄諸如峰值信噪比PSNR等相關(guān)指標(biāo)值，初步得出可能會(huì)影響最終去噪效果的若干因素；幾位同學(xué)針對(duì)一些不太一致的觀點(diǎn)展開(kāi)激烈的討論；最后，由教師進(jìn)行內(nèi)容總結(jié)和答疑解惑，一些研究生還對(duì)教師的某些結(jié)論提出質(zhì)疑。
專題討論完畢后，教師和研究生普遍感覺(jué)以往枯燥又不合時(shí)宜的教學(xué)方法得到了徹底改變，研究生內(nèi)心的求知熱情得到了極大的激發(fā)。此外，整個(gè)專題討論過(guò)程也鍛煉了他們的邏輯思維，為了說(shuō)服“對(duì)手”，他們必須要找到支撐自己觀點(diǎn)的科學(xué)依據(jù)，包括權(quán)威論壇上的答疑解惑以及仿真軟件仿真出來(lái)的實(shí)際結(jié)果等。有了這些證據(jù)后，他們還要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析研究、組織語(yǔ)言、理清思路，而在以往的教學(xué)模式下，研究生并不會(huì)主動(dòng)花費(fèi)時(shí)間查找資料，教師由于課時(shí)的關(guān)系也不可能對(duì)每一種理論都進(jìn)行仿真演示。
3.3.3 專題講座
擔(dān)任數(shù)字圖像處理課程任務(wù)的教師必須從事圖像處理領(lǐng)域研究，因此，在教學(xué)過(guò)程中，適時(shí)安排1~2次專題講座，由任課教師將自己在本領(lǐng)域的研究成果或是研究體會(huì)以講座的形式向研究生進(jìn)行報(bào)告。在講座過(guò)程中，教師將從一個(gè)較高的層次，把一些新的內(nèi)容介紹給研究生，同研究生一起分享圖像處理領(lǐng)域最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)和研究成果，開(kāi)拓研究生的視野，為研究生動(dòng)態(tài)更新最新的前沿知識(shí)。另一方面，由于課程標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中教學(xué)對(duì)象已實(shí)現(xiàn)了精確定位，凡是選修數(shù)字圖像處理課程的研究生日后均要從事該領(lǐng)域的研究，因此專題講座的開(kāi)展也在一定程度上為研究生日后的學(xué)位論文撰寫(xiě)提供靈感和研究方向。顯然，專題講座是課程教學(xué)強(qiáng)大而又有益的補(bǔ)充。
3.3.4 實(shí)踐操作
由教師從教學(xué)內(nèi)容中選取若干重難點(diǎn)且與部隊(duì)作戰(zhàn)（訓(xùn)練）密切關(guān)聯(lián)的內(nèi)容，交由研究生自行仿真實(shí)現(xiàn)，記錄主客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行比較與分析，并得出結(jié)論；對(duì)仿真結(jié)果中的不足展開(kāi)討論，給出可能的解決方案。顯然，該階段側(cè)重課程標(biāo)準(zhǔn)中“反映部隊(duì)特色”的宗旨，要求學(xué)員學(xué)以致用，切實(shí)將書(shū)本中的理論知識(shí)運(yùn)用到部隊(duì)實(shí)際中，為部隊(duì)服務(wù)，提高作戰(zhàn)能力，體現(xiàn)軍隊(duì)院?！跋虿筷?duì)靠攏，向?qū)崙?zhàn)靠攏”的辦學(xué)宗旨。
在實(shí)際操作中，為了貼合武警部隊(duì)反恐處突場(chǎng)景的作戰(zhàn)實(shí)際，教師為學(xué)生布置了模式識(shí)別版塊中的圖像融合仿真實(shí)驗(yàn)，給出了國(guó)際TNO組織提供的聯(lián)合國(guó)營(yíng)地源圖像，源圖像取自同一場(chǎng)景，一幅由灰度可見(jiàn)光圖像傳感器獲得，另一幅由紅外圖像傳感器獲得。該實(shí)踐場(chǎng)景十分類(lèi)似于武警部隊(duì)對(duì)潛藏在樹(shù)林中的恐怖分子進(jìn)行圍捕的場(chǎng)景，要求研究生對(duì)現(xiàn)行資料中融合效果較好的6種融合方法進(jìn)行仿真，記錄仿真結(jié)果并加以分析討論。
通過(guò)這一階段的訓(xùn)練，研究生將書(shū)本中的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，取得了良好的效果，并為日后將相應(yīng)方法應(yīng)用于部隊(duì)作戰(zhàn)（訓(xùn)練）提供了理論基礎(chǔ)和支持。
3.4 考核方法
課程考核采取百分制，并綜合考慮研究生在筆試、專題討論、實(shí)踐操作3個(gè)環(huán)節(jié)中的表現(xiàn)，3者的比例為0.30：0.35：0.35。在考核中，教師更看重研究生在該門(mén)課程中針對(duì)實(shí)際問(wèn)題的分析能力和實(shí)踐動(dòng)手能力，以期學(xué)生真正理解和消化書(shū)本中的理論知識(shí)。筆試采取開(kāi)卷方式進(jìn)行，側(cè)重考核研究生對(duì)該門(mén)課程中的基本理論、概念、公式的掌握情況，因此，同以往的純閉卷考試相比，該考核方法靈活度更高，考核效果也更理想。在最終考核中，由于采取了更為有效的考核方式，學(xué)生只要認(rèn)真參與教學(xué)活動(dòng)，必然可以順利通過(guò)考試并拿到高分。如今，兩年的教學(xué)改革已經(jīng)使該課程在研究生中小有名氣，從往日學(xué)員們的“黑名單”課程轉(zhuǎn)而成為“熱銷(xiāo)品牌”。
4 結(jié) 語(yǔ)
兩年的實(shí)踐結(jié)果表明，相比傳統(tǒng)的授課方式，該改革方案更符合高等院校的教學(xué)規(guī)律和實(shí)際情況，尤其是將部隊(duì)的實(shí)戰(zhàn)需求充分融入課程標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程，更加貼近了當(dāng)前軍隊(duì)院校的人才培養(yǎng)需求，充分體現(xiàn)了軍隊(duì)院?！跋虿筷?duì)靠攏，向?qū)崙?zhàn)靠攏”的辦學(xué)宗旨。
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【中圖分類(lèi)號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1006-9682（2012）11-0017-02
一、引 言
《數(shù)字圖像處理》是高等院校信息與通信類(lèi)專業(yè)重要的專業(yè)課程之一，主要內(nèi)容為數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本概念、基本原理、基本分析方法和圖像處理的新技術(shù)。該課程基于信號(hào)分析與處理理論，概念抽象、原理復(fù)雜、理論性較強(qiáng)，給學(xué)生帶來(lái)一定的難度。[1]
《數(shù)字圖像處理》課程的理論教學(xué)很抽象，僅通過(guò)理論教學(xué)學(xué)生很難掌握數(shù)字圖像處理的基本原理。因此，在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生加深對(duì)理論的理解，提高實(shí)踐動(dòng)手能力。但數(shù)字圖像處理課程所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)一般是針對(duì)某一局部理論知識(shí)點(diǎn)或關(guān)鍵技術(shù)，如“利用直方圖技術(shù)進(jìn)行圖像增強(qiáng)”、“邊緣檢測(cè)算法”等，這些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容帶有一定的局限性，難以使學(xué)生較綜合地掌握整個(gè)課程的知識(shí)體系。
為了解決上述問(wèn)題，有效利用和挖掘?qū)嶒?yàn)室資源條件，創(chuàng)造良好的育人環(huán)境，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在實(shí)施素質(zhì)教育、創(chuàng)新精神和實(shí)踐技能培養(yǎng)中的作用，進(jìn)一步深化提高實(shí)踐教學(xué)水平，我們將開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)形式引入《數(shù)字圖像處理》課程中，為學(xué)生提供開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和平臺(tái)，在教師的指導(dǎo)下，有組織、有計(jì)劃、有步驟地完成相關(guān)內(nèi)容。
二、實(shí)驗(yàn)開(kāi)放性要求
1.以學(xué)生為主體
開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方式方法、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)難度等方面給予學(xué)生充分的自，使學(xué)生能夠根據(jù)個(gè)人的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、專業(yè)特點(diǎn)和興趣愛(ài)好選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這就使學(xué)生處于教學(xué)的中心地位，有利于調(diào)動(dòng)他們的學(xué)習(xí)興趣，從而激發(fā)其解決問(wèn)題的積極性。
開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為主體，要求學(xué)生以團(tuán)隊(duì)形式進(jìn)行分工與合作，共同完成某一具體任務(wù)目標(biāo)。從任務(wù)目標(biāo)的制定、整個(gè)任務(wù)的完成。
2.教師的指導(dǎo)
開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)以學(xué)生為主體，離不開(kāi)專業(yè)教師的啟發(fā)與引導(dǎo)。無(wú)論是課內(nèi)擴(kuò)展性或延伸性的實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)提出的實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)題目、學(xué)生自選題目、科研、競(jìng)賽等開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)都應(yīng)配有指導(dǎo)教師，指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生選題的科學(xué)性及難易程度進(jìn)行審核，并認(rèn)真審閱學(xué)生獨(dú)立擬定的實(shí)驗(yàn)實(shí)施方案、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，經(jīng)指導(dǎo)教師審閱同意后，方可進(jìn)入實(shí)施階段。指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能存在的若干問(wèn)題要有預(yù)案、論證，并提前向?qū)W生提出警示防范。[2～3]指導(dǎo)教師需要定期到開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行指導(dǎo)，注重對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、刻苦鉆研、勇于探索精神，同時(shí)善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生潛在的天賦和才能，尊重學(xué)生的個(gè)性和差異，引導(dǎo)他們走上適合自身發(fā)展的道路。蘇霍姆林斯基曾說(shuō)：“世界上沒(méi)有才能的人是沒(méi)有的。問(wèn)題在于教育者要去發(fā)現(xiàn)每一位學(xué)生的稟賦、興趣、愛(ài)好和特長(zhǎng)，為他們的表現(xiàn)和發(fā)展提供充分的條件和正確引導(dǎo)”。教師要不斷激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。學(xué)生在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成后，首先向指導(dǎo)教師提交實(shí)驗(yàn)結(jié)題報(bào)告、論文或?qū)嵨锏葘?shí)驗(yàn)結(jié)果，作為學(xué)生成績(jī)和科技成果學(xué)分的評(píng)定依據(jù)，指導(dǎo)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和報(bào)告進(jìn)行正確評(píng)價(jià)。
3.內(nèi)容靈活
開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)靈活，可以由教師設(shè)計(jì)相對(duì)自由度較大的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并通過(guò)多種方案實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，學(xué)生則通過(guò)查閱資料，結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，對(duì)具體方案進(jìn)行分析，教師則可以對(duì)其進(jìn)行指導(dǎo)，選擇合理方案實(shí)現(xiàn)。在這種方式中，學(xué)生可以充分發(fā)揮自身的主觀能動(dòng)性，按照自己的想法完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
另外，也可以由學(xué)生自己制訂相關(guān)內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目來(lái)完成，從題目選擇、方案設(shè)計(jì)等方面都由學(xué)生完成，教師進(jìn)行審核和指導(dǎo)。這種方式對(duì)學(xué)生提出了更高的要求，可以結(jié)合學(xué)生具體情況有選擇地實(shí)施。
此外，開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)還要求實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放設(shè)備、開(kāi)放管理、人性化考核、建立健全開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)激勵(lì)機(jī)制等方面的輔助措施，[4～5]形成意識(shí)、知識(shí)、能力于一體的工程實(shí)踐能力模式。
三、開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
由于是首次在《數(shù)字圖像處理》課程中進(jìn)行開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的嘗試，結(jié)合本校學(xué)生的具體情況，采用教師設(shè)計(jì)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、由學(xué)生選擇具體方案來(lái)完成的方式。主要提供了“視覺(jué)特征提取實(shí)驗(yàn)”和“城市路況信息提取實(shí)驗(yàn)”，都是結(jié)合本專業(yè)學(xué)科多年科研經(jīng)驗(yàn)和成果設(shè)計(jì)的。
1.視覺(jué)特征提取實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)針對(duì)機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域中對(duì)數(shù)字圖像上目標(biāo)特征的提取和定位要求提出的，要求學(xué)生能夠提取機(jī)器視覺(jué)中常見(jiàn)的橢圓形特征和角點(diǎn)，見(jiàn)圖1。
圖1 視覺(jué)常用特征
為學(xué)生提供了此類(lèi)圖像處理的基本流程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如圖像預(yù)處理、目標(biāo)特征的粗定位、目標(biāo)特征的約束判斷、目標(biāo)特征的
高精度定位等。[6]學(xué)生根據(jù)每個(gè)環(huán)節(jié)的要求查閱資料，設(shè)計(jì)具體的實(shí)現(xiàn)方法。
本實(shí)驗(yàn)的主要目標(biāo)是讓學(xué)生了解圖像常用預(yù)處理方法、不同圖像增強(qiáng)效果的比較、圖像具體目標(biāo)特征的識(shí)別等。同時(shí)，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)，可使學(xué)生接觸機(jī)器視覺(jué)研究領(lǐng)域，也加深了對(duì)數(shù)字圖像處理的理解。
2.城市路況信息提取實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)針對(duì)目前城市道路擁堵現(xiàn)狀，利用道路視頻監(jiān)控設(shè)施和數(shù)字圖像處理方法，自動(dòng)對(duì)路況信息提取，見(jiàn)圖2。
圖2 交通路況視頻截屏圖
該實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生對(duì)監(jiān)控視頻流進(jìn)行獲取，截取每幀圖像，經(jīng)過(guò)圖像預(yù)處理、車(chē)輛目標(biāo)識(shí)別、車(chē)輛目標(biāo)跟蹤等過(guò)程，實(shí)現(xiàn)視頻中車(chē)輛的識(shí)別和跟蹤，并最終對(duì)路況信息進(jìn)行綜合判斷。
本實(shí)驗(yàn)緊貼生活實(shí)際問(wèn)題，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，學(xué)生也便于理解。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，讓學(xué)生了解圖像常見(jiàn)預(yù)處理方法、邊緣檢測(cè)算法的比較、圖像區(qū)域分割方法、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤等。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)，也可以使學(xué)生直觀地了解到數(shù)字圖像處理的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，加深對(duì)數(shù)字圖像處理的理解。
四、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)在《數(shù)字圖像處理》課程中開(kāi)設(shè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，較好地解決了該課程實(shí)踐能力鍛煉環(huán)節(jié)不足的問(wèn)題，為學(xué)生提供了更多鍛煉的機(jī)會(huì)。利用數(shù)字圖像處理在科研和生活等方面的實(shí)際應(yīng)用，不僅使學(xué)生更多地了解了《數(shù)字圖像處理》課程的實(shí)用性，而且親自接觸和實(shí)踐了相關(guān)方案，在提高能力的同時(shí)，也為學(xué)生帶來(lái)了較大的成就感。
目前的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)僅開(kāi)設(shè)了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在今后的教學(xué)過(guò)程中要進(jìn)一步發(fā)掘和整理新的項(xiàng)目。另外，還需要在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理、開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)和考核等方面加深探索和研究。
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【中圖分類(lèi)號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2015）10-0016-02
一、課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀
1998年教育部新增地理信息系統(tǒng)（GIS）本科專業(yè)后，我國(guó)GIS教育發(fā)展形勢(shì)空前活躍。目前，國(guó)內(nèi)已有近200所高校開(kāi)設(shè)了地理信息系統(tǒng)專業(yè)，逐步形成了比較穩(wěn)定的GIS專業(yè)課程體系與課程設(shè)置方案（石永明，2011）。其中，遙感系列課程（遙感物理與技術(shù)、遙感數(shù)字圖像處理、遙感地學(xué)分析與應(yīng)用）成為GIS專業(yè)課程體系中的重要模塊。充分利用各種圖像處理算法從遙感數(shù)據(jù)中獲取各種生物物理參數(shù)和土地覆被/利用信息，可以為自然和人文生態(tài)系統(tǒng)的空間分布式模型提供輸入?yún)?shù)，在遙感技術(shù)應(yīng)用中占有十分重要的地位。
《遙感數(shù)字圖像處理》是一門(mén)系統(tǒng)研究遙感圖像理論、技術(shù)和應(yīng)用的課程（路元?jiǎng)偅?012）， 它是遙感科學(xué)技術(shù)和地理信息系統(tǒng)等專業(yè)本科生的專業(yè)課（朱洪錦，2012；宋懷波，2014）。數(shù)字圖像處理技術(shù)的迅速發(fā)展使其分支幾乎擴(kuò)展到農(nóng)業(yè)信息科學(xué)的全部領(lǐng)域，該課程強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性，實(shí)踐教學(xué)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能和理論實(shí)踐結(jié)合能力、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和探索精神、提升科研能力，有著重要意義。因此，只有通過(guò)適時(shí)安排實(shí)驗(yàn)課，才能收到最佳的教學(xué)效果。目前，國(guó)內(nèi)高校中該課程一般都安排有12個(gè)學(xué)時(shí)以上的實(shí)驗(yàn)。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)GIS專業(yè)的《遙感數(shù)字圖像處理》課程于2009年開(kāi)設(shè)，教學(xué)過(guò)程中重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，安排有20-24學(xué)時(shí)的上機(jī)實(shí)驗(yàn)，按照教育部對(duì)實(shí)驗(yàn)課的要求，實(shí)驗(yàn)類(lèi)型主要為驗(yàn)證性和綜合性。雖然現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容不斷豐富，但仍以教師為主導(dǎo)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣沒(méi)有被完全調(diào)動(dòng)，主動(dòng)思考的意識(shí)尚有待提高。而現(xiàn)代教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，教學(xué)要以學(xué)生為中心，使學(xué)生處于主動(dòng)的地位。因此，如何更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)遙感圖像處理的興趣、鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)理論知識(shí)并培養(yǎng)動(dòng)手能力是在本課程課堂實(shí)踐環(huán)節(jié)中最重要的目標(biāo)之一。筆者所在的新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)GIS教研室的教師通過(guò)多年的課程實(shí)踐教學(xué)積累了一些經(jīng)驗(yàn)，并在實(shí)踐中取得了很好的效果（朱磊，2014），需及時(shí)地進(jìn)行系統(tǒng)地梳理和總結(jié)，盡快建立起一套符合農(nóng)業(yè)類(lèi)院校遙感圖像處理的課堂實(shí)踐教學(xué)模式，以規(guī)范和完善課程實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容并推動(dòng)授課模式的改革，有助于提高GIS專業(yè)學(xué)生的遙感圖像處理的實(shí)踐能力。綜上所述，本研究擬將“研究型教學(xué)模式”和“問(wèn)題導(dǎo)向型教學(xué)模式”引入到課程的課堂實(shí)踐環(huán)節(jié)中，構(gòu)建以學(xué)生為主導(dǎo)的實(shí)踐體系，使學(xué)生了解和掌握了圖像處理的主要內(nèi)容和方法，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作和創(chuàng)新思維能力，為今后深入學(xué)習(xí)專業(yè)課程和高質(zhì)量完成畢業(yè)論文奠定基礎(chǔ)。
二、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容調(diào)整
1.調(diào)整課時(shí)安排
《遙感數(shù)字圖像處理》課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，因而實(shí)踐教學(xué)在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中占據(jù)重要地位。新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)自2009年開(kāi)設(shè)“遙感數(shù)字圖像處理”課程以來(lái)，課程總學(xué)時(shí)為50-52學(xué)時(shí)，其中實(shí)踐教學(xué)課程始終保持在20學(xué)時(shí)至24學(xué)時(shí)之間，占課程總課時(shí)量的近50%，高于其它同類(lèi)高校約33%的平均比例（黃秋燕，2008）。較高的實(shí)踐教學(xué)課時(shí)，保證了學(xué)生能夠接觸到大量的綜合性實(shí)驗(yàn)，并有足夠的時(shí)間能在教師指導(dǎo)的狀態(tài)下熟悉和掌握實(shí)踐技能，這對(duì)他們提高動(dòng)手能力、積累實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)大有益處。全部課程共十章，除第一章緒論外，其余各章均安排有2-4學(xué)時(shí)的課堂實(shí)習(xí)。
2.補(bǔ)充教學(xué)材料
《遙感數(shù)字圖像處理》課程相關(guān)教材較多，我們選用的是韋玉春等主編的、科學(xué)出版社出版的《遙感數(shù)字圖像處理教程》（韋玉春，2007）。該教材結(jié)構(gòu)設(shè)置合理，對(duì)遙感數(shù)字圖像處理的基本概念和常用方法進(jìn)行了系統(tǒng)的講解。但限于篇幅，教材中對(duì)涉及到的其它遙感領(lǐng)域的一些定義、算法和思路僅做了概述，因此向?qū)W生推薦了多本輔助教材，如：趙英時(shí)主編的《遙感應(yīng)用分析原理與方法》（趙英時(shí)，2003）和戴昌達(dá)等主編的《遙感圖像應(yīng)用處理與分析》（戴昌達(dá)，2004）等。另外，鑒于教材中部分內(nèi)容的時(shí)效性，不能夠反映最新的研究動(dòng)態(tài)，而這部分內(nèi)容恰恰是教材中最能夠引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的部分。因此，我們鼓勵(lì)學(xué)生自行檢索并下載閱讀近1-3年相關(guān)領(lǐng)域的文獻(xiàn)，并推薦有能力的同學(xué)閱讀英文文獻(xiàn)。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，主動(dòng)查閱資料，不斷更新知識(shí)庫(kù)、擴(kuò)展知識(shí)面。
3.推進(jìn)學(xué)科交織
遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）構(gòu)成了“3S”綜合應(yīng)用體系，遙感作為該系統(tǒng)最重要的數(shù)據(jù)源，與其他學(xué)科結(jié)合緊密。學(xué)生已初步具備了GIS和GPS的基本知識(shí)和操作技能。因此，教師適時(shí)地運(yùn)用視頻、圖片等多媒體方式將“3S”實(shí)際應(yīng)用的案例穿插在理論講授過(guò)程中，讓學(xué)生了解遙感圖像處理在整個(gè)“3S”應(yīng)用體系中的作用和技術(shù)要求，以及RS如何與GIS和GPS銜接與集成。此外，積極引導(dǎo)學(xué)會(huì)學(xué)生觸類(lèi)旁通、舉一反三，不僅要知道怎么做，而且知道為什么做，同樣的方法還能夠解決什么問(wèn)題，碰到類(lèi)似的問(wèn)題時(shí)自己是否能夠獨(dú)立解決等等，這對(duì)學(xué)生日后面對(duì)實(shí)際工作、解決實(shí)際問(wèn)題具有極大的幫助。
三、實(shí)踐教學(xué)方法改革
1.構(gòu)建任務(wù)導(dǎo)向式的實(shí)踐教學(xué)模式
根據(jù)實(shí)踐教學(xué)方案，各主要章節(jié)理論知識(shí)講授完畢后，均安排相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行上機(jī)實(shí)驗(yàn)。課堂實(shí)驗(yàn)選題設(shè)計(jì)為學(xué)生在未來(lái)的專業(yè)領(lǐng)域可能遇的“真實(shí)世界”的現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題，沒(méi)有固定的解決方法和過(guò)程。整個(gè)過(guò)程以自主探究和小組寫(xiě)作為主，減少教師的“灌輸式”講述。在每一個(gè)任務(wù)完成和每個(gè)課程單元結(jié)束時(shí)進(jìn)行自我評(píng)價(jià)和小組評(píng)價(jià)，并定期進(jìn)行總結(jié)。如：第八章圖像分割上機(jī)實(shí)驗(yàn)題目為“運(yùn)用空間建模手段，提取給定影像上的植被信息，非植被區(qū)域保留原始影像”。通過(guò)完成該任務(wù)，學(xué)生可以復(fù)習(xí)、鞏固以下知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)：（1）歸一化植被的概念、作用和計(jì)算步驟，不同取值的指示意義；（2）如何為植被區(qū)域賦常量值，非植被區(qū)域保留原始影像；（3）借助專業(yè)圖像處理軟件ERDAS IMAGINE的空間建模平臺(tái)，構(gòu)建針對(duì)本任務(wù)的模型。上機(jī)實(shí)驗(yàn)中任務(wù)的設(shè)計(jì)對(duì)教學(xué)效果極其重要，應(yīng)全面考慮學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，并要求教師對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的提煉和融合，力求讓學(xué)生通過(guò)完成一個(gè)課堂任務(wù)來(lái)增強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的理性認(rèn)識(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
2.培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)和能力
實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)在我校綜合實(shí)驗(yàn)樓GIS機(jī)房中進(jìn)行，作者本學(xué)期所帶的GIS132班共計(jì)29人，按照自愿結(jié)合的原則，分為10個(gè)小組（除第十組為2人外，各小組均為3人）。同一小組的同學(xué)座位相鄰，便于交流。每人一臺(tái)計(jì)算機(jī)，保證操作的獨(dú)立性。
首先用很短的時(shí)間對(duì)已學(xué)的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)要的復(fù)習(xí)，讓學(xué)生較快地進(jìn)入到學(xué)習(xí)新知識(shí)的氛圍中來(lái)，并讓學(xué)生了解到本節(jié)課實(shí)踐內(nèi)容與復(fù)習(xí)內(nèi)容的相關(guān)性，為之后學(xué)生自主探究及實(shí)踐做鋪墊。
之后教師課堂任務(wù)，學(xué)生以小組為單位開(kāi)展實(shí)踐。由于最終的考核是以小組為單位，所以組內(nèi)的每位成員都需按時(shí)完成任務(wù)，且保證質(zhì)量，小組內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生一種你追我趕的學(xué)習(xí)狀態(tài)，每個(gè)學(xué)生都不想因?yàn)樽约旱穆浜蠖绊懻麄€(gè)小組。從而在小組內(nèi)自發(fā)形成“快帶慢、快幫慢”的學(xué)習(xí)模式。此外，在任務(wù)完成質(zhì)量同等的前提下，教師將對(duì)先完成任務(wù)的小組給出較高的分?jǐn)?shù)，各小組間也形成了競(jìng)爭(zhēng)模式。先完成的小組可以幫助進(jìn)度較慢的小組，這種幫助其他同學(xué)完成任務(wù)的過(guò)程也會(huì)讓先完成的同學(xué)獲得成功的體驗(yàn)，形成“任務(wù)一出，大家爭(zhēng)相完成”的學(xué)習(xí)氛圍。
3.改革學(xué)習(xí)考核評(píng)價(jià)方法
本研究運(yùn)用上述授課形式，對(duì)GIS132班進(jìn)行了教學(xué)模式改革的嘗試，學(xué)期末通過(guò)對(duì)學(xué)生進(jìn)行的調(diào)查問(wèn)卷，獲取了學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的情況及對(duì)該授課方式的意見(jiàn)和建議。最終，綜合學(xué)期考勤記錄、學(xué)生課堂表現(xiàn)記錄和期末調(diào)查問(wèn)卷，得到課堂實(shí)踐教學(xué)模式改革的整體效果評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：（1）學(xué)生出勤率較高，完成作業(yè)情況較好，課程學(xué)習(xí)的積極性較高：全班共計(jì)29人，本課程包含13個(gè)教學(xué)周，總計(jì)曠到1人次、請(qǐng)假2人次、遲到5人次；課后書(shū)面作業(yè)5次，總計(jì)4人次未按時(shí)提交，作業(yè)正確率較高。（2）學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握更為牢固，調(diào)查問(wèn)卷顯示90%以上的學(xué)生認(rèn)為通過(guò)本學(xué)期的學(xué)習(xí)，掌握了遙感數(shù)字圖像處理的主要步驟和方法，了解了實(shí)際應(yīng)用的領(lǐng)域。（3）課堂實(shí)踐教學(xué)模式取得了較好的效果，全班認(rèn)為“問(wèn)題導(dǎo)向型模式”和“小組協(xié)作型模式”有助于課堂理論知識(shí)的鞏固和實(shí)踐操作技能的提高的比例達(dá)到100%。
四、結(jié)語(yǔ)
《遙感數(shù)字圖像處理》課程是地理信息科學(xué)專業(yè)本科生的專業(yè)必修課，在整個(gè)課程體系中占有重要地位。該課程在理論和方法的課堂教學(xué)之外更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)踐能力，因此該課程的課堂實(shí)踐教學(xué)顯得尤為重要。本研究探索性地將“研究型教學(xué)模式”和“問(wèn)題導(dǎo)向型教學(xué)模式”引入到課程的課堂實(shí)踐環(huán)節(jié)中，構(gòu)建了以學(xué)生為主導(dǎo)的實(shí)踐體系，同時(shí)編制《遙感數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》。該教學(xué)模式在提高學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性及培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)意識(shí)等方面取得了較好的效果，。今后的教學(xué)改革中，如能將該模式與翻轉(zhuǎn)課堂等其它先進(jìn)的教學(xué)模式進(jìn)行合理地組合，將開(kāi)創(chuàng)《遙感數(shù)字圖像處理》課程課堂實(shí)踐教學(xué)的新模式，進(jìn)一步提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效率，并有助于探索出一套適合GIS本科生實(shí)踐技能和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開(kāi)放式的綜合教學(xué)體系。
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中圖分類(lèi)號(hào)：TP751文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2011)07-1638-03
Image Processing Algorithm Design Research Based on ImageJ
ZHAO Yi-li
(Dept. of Computer, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China)
Abstract: Proposing an image processing algorithm design program based on ImageJ software, the program can complete digital image processing algorithm design quickly and accurately, and it is a useful complement for which based on MATLAB or C/C++ language environments. Through two examples of digital filtering and wavelet transform, the paper shows the benefits of the program for the image processing algorithm design task. Meanwhile, with the ImageJ's open plug-in architecture, making the design has good modularity and scalability.
Key words: imagej; image processing; digital filtering; wavelet transform; algorithm design
1 數(shù)字圖象處理算法設(shè)計(jì)概述
在進(jìn)行數(shù)字圖像處理算法仿真時(shí)，采用的方案主要有兩大類(lèi)。一類(lèi)是使用MathWorks公司開(kāi)發(fā)的MATLAB軟件。另外一類(lèi)基于C和C++語(yǔ)言，以及Microsoft公司的Visual Studio平臺(tái)和MFC框架。
1.1 基于MATLAB的圖像處理算法設(shè)計(jì)
由MathWorks公司開(kāi)發(fā)的MATLAB[1]軟件非常適合用于處理向量和矩陣，在科學(xué)研究和產(chǎn)品的原型開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。并且被國(guó)內(nèi)外許多大學(xué)采用作為線性代數(shù)和數(shù)值計(jì)算的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件。該軟件本身提供了一種高級(jí)語(yǔ)言，能夠通過(guò)編程的方式解決問(wèn)題。由于MATLAB附帶了一個(gè)功能完整的圖像處理工具箱[2]，因此很多研究者都基于MATLAB進(jìn)行數(shù)字圖像處理算法的設(shè)計(jì)[3-5]。
采用MATLAB軟件作為原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有可靠和快速的優(yōu)點(diǎn)，但是也存在三個(gè)缺點(diǎn)。第一，由于MATLAB是一個(gè)商業(yè)軟件，軟件的版權(quán)費(fèi)用比較昂貴。第二，MATLAB對(duì)相應(yīng)的圖像處理算法行了封裝。因此，很難有機(jī)會(huì)看到相關(guān)算法的實(shí)現(xiàn)代碼。第三，在MATLAB中開(kāi)發(fā)的程序必須要有MATLAB的運(yùn)行庫(kù)支持，脫離了MATLAB環(huán)境就無(wú)法運(yùn)行。
1.2 基于C和C++語(yǔ)言的圖像處理算法設(shè)計(jì)
另外一類(lèi)設(shè)計(jì)方案基于C和C++語(yǔ)言。C語(yǔ)言是很多圖像處理和數(shù)值分析庫(kù)的首選編程語(yǔ)言。但是，使用C語(yǔ)言需要通過(guò)指針訪問(wèn)圖像數(shù)據(jù)，而且需要手動(dòng)進(jìn)行內(nèi)存的分配和釋放。因此在使用C語(yǔ)言進(jìn)行算法設(shè)計(jì)的時(shí)候，往往會(huì)把注意力轉(zhuǎn)移到其它和圖像處理無(wú)關(guān)的領(lǐng)域上面，而且C語(yǔ)言本身也沒(méi)有提供用戶界面接口環(huán)境。
隨著C++語(yǔ)言的普及，越來(lái)越多的研究者開(kāi)始采用C++語(yǔ)言進(jìn)行圖像處理算法設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)大部分都是基于Visual C++環(huán)境，并且使用MFC完成相關(guān)的用戶界面接口。由于C++語(yǔ)言本身的復(fù)雜性，以及MFC具有相對(duì)陡峭的學(xué)習(xí)曲線，使得這個(gè)方案開(kāi)發(fā)效率不是很高。言內(nèi)容。
2 基于ImageJ的圖像處理算法設(shè)計(jì)
為了能夠解決以上提到的問(wèn)題，作者在進(jìn)行數(shù)字圖像處理工程實(shí)踐中，采用基于Java語(yǔ)言編寫(xiě)的ImageJ平臺(tái)的算法仿真方案。通過(guò)一些項(xiàng)目的實(shí)踐，取得了不錯(cuò)的效果。下面對(duì)采Java語(yǔ)言和ImageJ平臺(tái)的原因進(jìn)行闡述。
2.1 采用Java語(yǔ)言的原因
隨著Java語(yǔ)言及其平臺(tái)的日益成熟，使得Java語(yǔ)言[6]在多個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。選擇Java語(yǔ)言的原因是（1）Java語(yǔ)言是跨平臺(tái)的，可以使用多個(gè)操作系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行算法設(shè)計(jì)，例如Windows、Linux或者M(jìn)ac OS；（2）Java語(yǔ)言是免費(fèi)和開(kāi)放的；（3）Java語(yǔ)言帶有網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，這使得開(kāi)發(fā)基于Web的圖像處理系統(tǒng)更加方便；（4）Java語(yǔ)言帶有用戶界面庫(kù)AWT和Swing，可以將圖像處理算法和處理結(jié)果的可視化無(wú)縫銜接起來(lái)；（5）Java語(yǔ)言是面向?qū)ο蟮?，并且支持垃圾回收和良好的異常處理機(jī)制。這樣研究者更容易把注意力集中在算法實(shí)現(xiàn)上面，而不是指針的操作以及內(nèi)存的手動(dòng)分配與回收這些與問(wèn)題域無(wú)關(guān)的事物上面；（6）Java程序運(yùn)行速度很快，這意味著可以得到算法運(yùn)行結(jié)果的即時(shí)反饋，即實(shí)時(shí)性。
2.2 采用ImageJ的原因
ImageJ是由美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生總局的維恩開(kāi)發(fā)的一個(gè)功能強(qiáng)大的圖像處理和分析軟件[7]，在全世界被很多生物學(xué)家和醫(yī)學(xué)圖像處理研究者應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)圖像處理研究[8]。由于ImageJ本身是使用Java語(yǔ)言編寫(xiě)的，因此可以運(yùn)行在任何一個(gè)安裝了Java虛擬機(jī)的操作系統(tǒng)上面。同時(shí)，在ImageJ的網(wǎng)站上也提供了相應(yīng)的源程序和幫助文檔下載，研究者可以通過(guò)下載ImageJ的源代碼對(duì)ImageJ內(nèi)部的工作機(jī)制和原理進(jìn)行分析。最重要的是ImageJ的設(shè)計(jì)基于插件架構(gòu)體系，可以通過(guò)編寫(xiě)插件對(duì)其功能進(jìn)行擴(kuò)展。利用ImageJ的插件機(jī)制，可以將不同的圖像處理算法編寫(xiě)為相應(yīng)的插件。通過(guò)Java虛擬機(jī)和ImageJ提供的插件動(dòng)態(tài)加載功能，當(dāng)用戶對(duì)插件進(jìn)行更改以后，直接編譯就可以在ImageJ中進(jìn)行加載和運(yùn)行，而無(wú)需重新啟動(dòng)應(yīng)用程序，即提供了所謂“熱拔插”的功能。
3 圖像處理算法設(shè)計(jì)示例
下面將通過(guò)兩個(gè)例子來(lái)說(shuō)明如何基于ImageJ平臺(tái)進(jìn)行數(shù)字圖像處理算法設(shè)計(jì)。通過(guò)這兩個(gè)例子可以看到ImageJ的插件機(jī)制為圖像處理算法的實(shí)現(xiàn)提供了一個(gè)非常好的平臺(tái)。
3.1 數(shù)字濾波
隨著數(shù)字濾波是圖像平滑和銳化算法的理論基礎(chǔ)[9]。論文實(shí)現(xiàn)了數(shù)字濾波的兩種算法，一種使用不可分離算法，另外一種使用可分離的算法。一個(gè)大小為m*n的濾波器，對(duì)于每個(gè)像素，不可分離算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(m*n)，可分離算法的時(shí)間復(fù)雜度為O(m+n)。因此，可分離算法在模塊化和計(jì)算時(shí)間方面更有優(yōu)勢(shì)。
算法1 垂直邊緣濾波器的不可分離算法
public ImageProcessor nonseparable(ImageProcessor input) {
int w = input.getWidth();
int h = input.getHeight();
ImageProcessor output = new ImageProcessor(w, h);
double[][] block = new double[3][3];
double value = 0.0;
for (int x = 0; x < w; x++) {
for (int y = 0; y < h; y++) {
input.getNeighborhood(x, y, block);
value = (block[2][0] - block[0][0] + block[2][1] - block[0][1] + block[2][2] -block[0][2])/6.0;
output.putPixel(x, y, value);}}
return output;}
算法2 垂直邊緣濾波器的可分離算法
public ImageProcessor separable(ImageProcessor input) {
int w = input.getWidth();
int h = input.getHeight();
ImageProcessor output = new ImageProcessor(w, h);
double rowin[]= new double[w];
double rowout[] = new double[w];
for (int y = 0; y < h; y++) {
input.getRow(y, rowin);
difference(rowin, rowout);
output.putRow(y, rowout);}
double colin[]= new double[h];
double colout[] = new double[h];
for (int x = 0; x < nx; x++) {
output.getColumn(x, colin);
average(colin, colout);
output.putColumn(x, colout);}
return output;}
private void average(double in[], double out[]) {
int n = in.length;
out[0] = (2.0 * in[1] + in[0]) / 3.0;
for (int k=1; k
out[k] = (in[k-1] + in[k] + in[k+1]) / 3.0;}
out[n-1] = (2.0 * in[n-2] + in[n-1]) / 3.0;}
private void difference(double in[], double out[]) {
int n = in.length;
out[0] = 0.0;
for (int k=1; k
out[k] = (in[k+1] - in[k-1])/2.0;}
out[n-1] = 0.0;}
表1列出了ImageJ的均值濾波的測(cè)試時(shí)間，測(cè)試環(huán)境為：512 x 512的灰度圖像，JRE 1.6.0_21，Intel Core Quad/2.33GHz，4GB RAM。從表1中可以看到可分離算法相對(duì)于不可分離算法的優(yōu)勢(shì)，特別是當(dāng)濾波器尺寸加大以后更加明顯。
3.2 小波變換
另外一個(gè)例子是實(shí)現(xiàn)可分離的二維Haar小波變換[10]。
算法3 二維Haar小波變換
public ImageProcessor analysis(ImageProcessor input, int nbScale) {
int nx = input.getWidth();
int ny = input.getHeight();
ImageProcessor output = input.duplicate();
ImageProcessor buffer;
for (int i=0; i
buffer = new ImageProcessor(nx, ny);
ouput.getSubImage(0, 0, buffer);
buffer = split(buffer);
output.putSubImage(0, 0, buffer);
nx = nx / 2;
ny = ny / 2;}
return output;}
private ImageProcessor split(ImageProcessor input) {
int nx = input.getWidth();
int ny = input.getHeight();
ImageProcessor output= new ImageProcessor(nx, ny);
double rowin[]= new double[nx];
double rowout[] = new double[nx];
for (int y=0; y
input.getRow(y, rowin);
split_1D(rowin, rowout);
output.putRow(y,rowout);}
double colin[] = new double[ny];
double colout[] = new double[ny];
for (int x=0; x
output.getColumn(x, colin);
split_1D(colin, colout);
output.putColumn(x,colout);}
return output;}
private void split_1D(double in[], double out[]) {
int n = in.length / 2;
double sqrt2 = Math.sqrt(2.0);
int k1;
for (int k=0; k
k1 = 2 * k;
out[k] = (in[k1] + in[k1+1]) / sqrt2;
out[k+n] = (in[k1] - in[k1+1]) / sqrt2;}}
圖1是基于ImageJ設(shè)計(jì)的Haar小波變換仿真的運(yùn)行結(jié)果。
3 結(jié)論
論文提出的基于ImageJ軟件的數(shù)字圖像處理算法設(shè)計(jì)方案對(duì)傳統(tǒng)的基于MATLAB和C/C++語(yǔ)言的方案是一個(gè)非常好的補(bǔ)充。通過(guò)相關(guān)的兩個(gè)實(shí)例也展現(xiàn)了這種方案在實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖象處理算法時(shí)的簡(jiǎn)潔和快速，對(duì)于研究者設(shè)計(jì)和驗(yàn)證新的圖像處理算法是一個(gè)非常好的平臺(tái)。同時(shí)由于ImageJ基于插件的架構(gòu)體系設(shè)計(jì)，使得研究者可以將不同的圖像處理算法編寫(xiě)為相應(yīng)的插件，對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)充和二次開(kāi)發(fā)。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 安平,王朔中.建立在MATLAB平臺(tái)上的數(shù)字圖像處理教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2001(1).
[4] 賈永紅.現(xiàn)代化教學(xué)手段在數(shù)字圖像處理教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].測(cè)繪通報(bào),2006(1).
[5] 張國(guó)琴,吳周橋.MATLAB在數(shù)字圖像處理教學(xué)中的應(yīng)用[J].武漢科技學(xué)院學(xué)報(bào),2005(10).
[6] The Java Language.[CP/OL].
[7] Image J.rsb.info.nih.gov/ij[CP/OL].
1《圖像處理》課程的特點(diǎn)
1.1教學(xué)內(nèi)容適合雙語(yǔ)
由于《圖象處理》課程是一門(mén)涉及多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，也是目前發(fā)展最迅速的學(xué)科之一，因此大量原始文獻(xiàn)傳播和交流都采用英文方式。但是，目前國(guó)內(nèi)的中文教材基本是英文文獻(xiàn)的翻譯，很多專業(yè)詞匯在不同教材中翻譯成不同的中文詞匯。為讓學(xué)生獲取對(duì)知識(shí)點(diǎn)最精準(zhǔn)的理解，獲取最“原汁原味”的科學(xué)知識(shí)，采用雙語(yǔ)教學(xué)是比較好的途徑。
《圖象處理》課程具有理論性和實(shí)踐性特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)雙語(yǔ)教學(xué)。《圖象處理》課程內(nèi)容涉及大量的圖像、圖形，生動(dòng)直觀，文字講授內(nèi)容相對(duì)于其他課程較少，因此，更容易吸引學(xué)生的興趣，實(shí)現(xiàn)雙語(yǔ)教學(xué)時(shí)易學(xué)易懂。
1.2教學(xué)對(duì)象適合雙語(yǔ)
電子信息工程專業(yè)的本科生歷來(lái)屬于學(xué)校的優(yōu)質(zhì)生源，在外語(yǔ)水平和實(shí)踐能力上較為突出?！秷D象處理》是針對(duì)大三學(xué)生開(kāi)設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，在專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)方面，通過(guò)大一大二期間，對(duì)《信號(hào)與系統(tǒng)》《數(shù)字信號(hào)處理》《信息論》《通信原理》等相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)，為《圖象處理》課程的學(xué)習(xí)和理解奠定了基礎(chǔ)；在英語(yǔ)聽(tīng)說(shuō)和閱讀水平方面，《大學(xué)英語(yǔ)》課程的學(xué)習(xí)已經(jīng)全方面訓(xùn)練了學(xué)生的英語(yǔ)聽(tīng)說(shuō)和閱讀能力，具備使用英語(yǔ)學(xué)習(xí)專業(yè)課程的水平；在實(shí)踐方面，大三學(xué)生已經(jīng)學(xué)完《C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)》、《Matlab語(yǔ)言》課程，具備基本的編程能力，能夠?qū)崿F(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合。
1.3穩(wěn)定的教學(xué)團(tuán)隊(duì)
我們基本形成一支由5人組成的結(jié)構(gòu)合理、力量雄厚的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，其成員包括教授1名，副教授1名，講師3名。團(tuán)隊(duì)中有1名青年教師在攻讀博士期間曾前往德國(guó)波恩大學(xué)計(jì)算機(jī)系深造一年，并參與其圖象處理相關(guān)課程的全英文教學(xué)工作；另有2名青年教師在武漢科技大學(xué)青年教師講課比賽中獲獎(jiǎng)，這些青年教師將成為教學(xué)、科研的主力軍。
2《圖像處理》課程建設(shè)措施
2.1師資隊(duì)伍建設(shè)
2.1.1選派青年教師到國(guó)內(nèi)外知名大學(xué)做訪問(wèn)學(xué)者。在獲取湖北省教育廳，以及國(guó)家留學(xué)基金委提供的出國(guó)進(jìn)修資助項(xiàng)目下，派遣教學(xué)團(tuán)隊(duì)的教師到國(guó)外知名大學(xué)訪學(xué)進(jìn)修，提高英語(yǔ)讀寫(xiě)表達(dá)能力，提高英語(yǔ)授課水平。
2.1.2通過(guò)中外合作辦學(xué)項(xiàng)目，選派老師到美國(guó)橋港大學(xué)進(jìn)修半年。
2.1.3選派青年教師參加高水平的學(xué)術(shù)研討會(huì)?？蒲信c教學(xué)相互促進(jìn)，信息學(xué)科更新發(fā)展迅速，讓青年教師提高科研水平，接觸最前沿的科研動(dòng)態(tài)，才能在課堂上傳授實(shí)用性強(qiáng)、前沿的專業(yè)知識(shí)。
2.1.4通過(guò)傳、幫、帶等系列方法培養(yǎng)青年教師。通過(guò)對(duì)青年教師傳幫帶，開(kāi)發(fā)青年教師的潛能，傳授教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，幫助青年教師成長(zhǎng)，使本課程始終擁有一支穩(wěn)定的教學(xué)隊(duì)伍。
2.2教學(xué)方法、手段建設(shè)
在教學(xué)內(nèi)容安排上，遵循“少而精”原則，精選經(jīng)典內(nèi)容；探索構(gòu)建“多層次實(shí)踐教學(xué)體系”；通過(guò)學(xué)生專題研討，引進(jìn)數(shù)字圖像處理現(xiàn)代技術(shù)；將教師科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。
采取研究式教學(xué)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，在課堂上教師先講授理論內(nèi)容，選取具有代表性的案例，將案例的模塊與理論知識(shí)點(diǎn)結(jié)合，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證理論知識(shí)，再通過(guò)理論知識(shí)釋解實(shí)驗(yàn)結(jié)果，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。
采取啟發(fā)式教學(xué)，每學(xué)期舉行2次課程學(xué)習(xí)講座，讓學(xué)生以所學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，指定或自選一個(gè)主題，在課外查找資料，拓寬知識(shí)面，制作成PPT，進(jìn)行口頭匯報(bào)。通過(guò)這種知識(shí)遷移的方法，一方面鞏固學(xué)生的知識(shí)掌握，另一方面也提高了學(xué)生的表達(dá)能力。
目前，武漢科技大學(xué)《圖像處理》雙語(yǔ)課程共計(jì)40學(xué)時(shí)，其中32理論學(xué)時(shí)，8實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，具體教學(xué)安排詳見(jiàn)下表：
3教學(xué)效果預(yù)測(cè)
3.1讓學(xué)生體驗(yàn)不同的教育模式，促進(jìn)素質(zhì)教育和創(chuàng)新教育
我國(guó)教材系統(tǒng)性強(qiáng)、敘述嚴(yán)謹(jǐn)、知識(shí)體系清晰，重視對(duì)學(xué)生基本概念和理論推導(dǎo)的訓(xùn)練；國(guó)外教材有意識(shí)地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的好奇心，注重啟發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，注重理論聯(lián)系實(shí)際。雙語(yǔ)教學(xué)融會(huì)中西方教學(xué)理念之所長(zhǎng)，能促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
3.2用外語(yǔ)直接獲取專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)英語(yǔ)交流能力
學(xué)生應(yīng)用外語(yǔ)直接獲取專業(yè)知識(shí)，不僅可使學(xué)生能切實(shí)掌握相應(yīng)課程專業(yè)知識(shí)，同時(shí)在英語(yǔ)能力，尤其是科技閱讀能力和專業(yè)詞匯量的擴(kuò)展等方面得到實(shí)用性的鍛煉，提高閱讀英文文獻(xiàn)、撰寫(xiě)專業(yè)英文科技論文的能力。
4受益的專業(yè)和學(xué)生人數(shù)
課程的建設(shè)及相關(guān)資料的共享將使信息學(xué)院的電子信息工程專業(yè)與通信工程專業(yè)常年在校本科生、研究生約1000余人直接受益；全校相關(guān)涉及信息計(jì)算類(lèi)理工專業(yè)，如自動(dòng)化、信息計(jì)算科學(xué)、機(jī)械工程自動(dòng)化等本科生可同步學(xué)習(xí)和參考。
5結(jié)論
武漢科技大學(xué)信息學(xué)院面向電子信息工程專業(yè)本科生開(kāi)展《圖象處理》課程雙語(yǔ)教學(xué)實(shí)踐已達(dá)六年之久，基本形成了較為穩(wěn)定優(yōu)秀的教學(xué)隊(duì)伍，并積累了較豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。所有的教材、課件、教案、試卷及參考資料等都已基本完成英文化制作。同時(shí)學(xué)院提供了專業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室和多媒體設(shè)備供同步教學(xué)和上機(jī)實(shí)驗(yàn)，為做好課程的雙語(yǔ)教學(xué)工作奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
中圖分類(lèi)號(hào)：G643.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.03.015
Research and Practice on Course Group of Pattern Analysis and
Visual Processing for Graduated Students
SUN Han， CHEN Songcan， LIU Ningzhong， HUANG Yuanyuan， ZHU Qi
（College of Computer Science and Technology， Nanjing University of
Aeronautics and Astronautics， Nanjing， Jiangsu 210016）
Abstract By analyzing the teaching status of pattern analysis and visual processing course group， this paper puts forward the new teaching goal， which includes improving students' international vision， the ability of linking theory with practice， and promoting the engineering practice ability and innovative consciousness. Then this paper discusses the whole process of course group reform. Firstly the structure of teachers' group is optimized. And then the knowledge system of course group is sorted and the teaching mode is improved. Finally the practice system of course group is optimized and the assessment system is reformed.
Key words pattern analysis； computer vision； teaching reform
1 背景
我校模式分析與智能計(jì)算研究所師資團(tuán)隊(duì)是江蘇省“青藍(lán)工程”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，主要研究領(lǐng)域包括智能數(shù)據(jù)分析、圖像處理和機(jī)器視覺(jué)等方向，承擔(dān)研究生和本科生的模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、智能信息檢索、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等課程的教學(xué)任務(wù)。以往的教學(xué)過(guò)程中雖然積累了豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，但當(dāng)前新知識(shí)不斷涌現(xiàn)、新技術(shù)發(fā)展迅猛，對(duì)模式分析與視覺(jué)處理課程群的知識(shí)體系、實(shí)踐體系改進(jìn)提出了新的挑戰(zhàn)。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外高校在該類(lèi)課程教學(xué)上，已涌現(xiàn)出眾多新理念、新方法。Coursera聯(lián)合創(chuàng)始人Andrew Ng推出的機(jī)器學(xué)習(xí)課程，開(kāi)啟了教育領(lǐng)域的MOOC時(shí)代，引領(lǐng)了教育教學(xué)方法的新革命。①深圳大學(xué)、②江蘇科技大學(xué)③分別進(jìn)行了基于CDIO工程教育理念的計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程教學(xué)改革實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)多層次項(xiàng)目設(shè)計(jì)的教學(xué)模式改革，講座式、討論式、實(shí)踐式教學(xué)方法的探索。國(guó)防科技大學(xué)④在計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程中引入研討式教學(xué)模式，通過(guò)案例教學(xué)、小組研討的方式來(lái)替代傳統(tǒng)的教學(xué)方式。華中科技大學(xué)⑤從教學(xué)內(nèi)容國(guó)際化、教學(xué)方式國(guó)際化、教學(xué)成果國(guó)際化三個(gè)方面開(kāi)展了計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程的國(guó)際化建設(shè)。另外，也有高校進(jìn)行了圖像工程課程群建設(shè)，⑥基于圖像分析與計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用課程結(jié)合的項(xiàng)目協(xié)同創(chuàng)新能力培養(yǎng)實(shí)踐。⑦
在分析上述國(guó)內(nèi)外高校該類(lèi)課程改革的基礎(chǔ)上，我們重點(diǎn)以模式分析與視覺(jué)處理課程群的實(shí)踐教學(xué)體系改革為切入點(diǎn)，優(yōu)化師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)，梳理課程群知識(shí)體系，優(yōu)化課程授課模式，完善課程群實(shí)踐體系，改革實(shí)踐考核模式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生國(guó)際化視野、理論聯(lián)系實(shí)際、工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力全面提升的目標(biāo)。
2 模式分析與視覺(jué)處理課程群特點(diǎn)
模式分析與視覺(jué)處理課程群涵蓋了模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等多門(mén)課程。該類(lèi)課程存在以下特點(diǎn)。
（1）該類(lèi)課程屬于多學(xué)科交叉，涉及的知識(shí)面既廣又深。由于該方向涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、自動(dòng)化、電子科學(xué)與技術(shù)、信息工程等多學(xué)科內(nèi)容，而學(xué)生在大學(xué)本科階段很難學(xué)習(xí)和了解如此多的知識(shí)模塊，這對(duì)研究生階段學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)，具有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，對(duì)于每個(gè)知識(shí)模塊，所要求的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較高，理論具有相當(dāng)?shù)纳疃?，理解和掌握不容易?/p>
（2）該類(lèi)課程既重視扎實(shí)的基礎(chǔ)理論，也強(qiáng)調(diào)良好的工程實(shí)踐能力。該類(lèi)課程的基礎(chǔ)理論教學(xué)一直受到各高校的重視。隨著近年來(lái)產(chǎn)業(yè)界的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用層出不窮，對(duì)學(xué)生的工程實(shí)踐也提出了更高要求，需要能夠在系統(tǒng)層次上有整體認(rèn)知，同時(shí)要能對(duì)各功能模塊進(jìn)行優(yōu)化，提升系統(tǒng)的整體性能。
（3）該類(lèi)課程所面向的選修學(xué)生面廣。該類(lèi)課程既是多學(xué)科交叉，也面向計(jì)算機(jī)應(yīng)用、電子科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化、應(yīng)用數(shù)學(xué)等不同研究方向、不同水平層次的研究生開(kāi)設(shè)。這對(duì)課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐也帶來(lái)更大挑戰(zhàn)。
3 模式分析與視覺(jué)處理課程群改革舉措
針對(duì)上述分析的課程群特點(diǎn)，我們重點(diǎn)以實(shí)踐體系改革為突破口，通過(guò)優(yōu)化師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)，梳理課程群知識(shí)體系，優(yōu)化課程授課模式，完善課程群實(shí)踐體系，改革實(shí)踐考核模式等舉措，實(shí)現(xiàn)學(xué)生國(guó)際化視野、理論聯(lián)系實(shí)際、工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力全面提升的目標(biāo)。
3.1 師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)優(yōu)化
為了學(xué)生能夠適應(yīng)模式分析與視覺(jué)處理產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，在課程群建設(shè)過(guò)程中更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。這首先對(duì)師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)提出了新的要求。
近年來(lái)，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)引進(jìn)海內(nèi)外具有深厚理論功底和較強(qiáng)工程能力的高水平師資4名，大大充實(shí)了機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、圖像處理等課程的教學(xué)力量。對(duì)于現(xiàn)有教師隊(duì)伍，鼓勵(lì)教師跟產(chǎn)業(yè)一線企業(yè)廣泛合作，目前已與華為、中興等企業(yè)在視頻檢索、智能交通視覺(jué)處理等方面開(kāi)展了實(shí)質(zhì)合作。這些來(lái)源于產(chǎn)業(yè)界的高質(zhì)量課題對(duì)科研和教學(xué)起到了良好的促進(jìn)作用。
與此同時(shí)，通過(guò)研究生工作站、企業(yè)短期實(shí)習(xí)等渠道，鼓勵(lì)企業(yè)高級(jí)研發(fā)人員參與到學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)中，將實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)行適當(dāng)切分或提煉，實(shí)現(xiàn)該類(lèi)課程實(shí)踐環(huán)節(jié)的模塊化、專題化訓(xùn)練。
綜上，通過(guò)引培并舉，優(yōu)化校內(nèi)師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)；通過(guò)校企合作，積極吸引企業(yè)師資參與。良好的師資隊(duì)伍為該類(lèi)課程的實(shí)踐體系改革提供了有力支撐。
3.2 課程群知識(shí)體系梳理與授課模式改革
模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、智能信息檢索、數(shù)字圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等課程既有一定的邏輯關(guān)系，也存在相互交叉的混雜關(guān)系。一般認(rèn)為，模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)是模式分析與視覺(jué)處理領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論課程，數(shù)據(jù)挖掘是建立在模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上的應(yīng)用類(lèi)課程，智能信息檢索則是數(shù)據(jù)挖掘基礎(chǔ)上更為具體的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。數(shù)字圖像處理為計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程提供了基礎(chǔ)支撐，計(jì)算機(jī)視覺(jué)則是在綜合利用模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)字圖像處理、數(shù)據(jù)挖掘等知識(shí)模塊基礎(chǔ)上面向應(yīng)用的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。但是，這些課程也存在著知識(shí)點(diǎn)的交叉或重復(fù)。例如，模式識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)中都有貝葉斯參數(shù)估計(jì)、支持向量機(jī)模型等知識(shí)點(diǎn)，但視角和側(cè)重點(diǎn)有所不同；圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)中都有顏色模型、成像模型等知識(shí)點(diǎn)，也同時(shí)存在與模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)交叉的知識(shí)點(diǎn)。
我們針對(duì)來(lái)自不同研究領(lǐng)域的學(xué)生群體，對(duì)該課程群的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理，既避免知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)講授，也防止重要知識(shí)點(diǎn)的缺漏。課程教師集體討論，形成每門(mén)課程的核心知識(shí)集，和針對(duì)不同研究領(lǐng)域的選講知識(shí)集。學(xué)生在學(xué)習(xí)課程時(shí)，在掌握核心知識(shí)集的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的研究方向選擇相關(guān)的選講知識(shí)集學(xué)習(xí)。
在課程教材和參考書(shū)的選擇上，注重挑選國(guó)際上有影響力的教材。例如，模式識(shí)別的參考書(shū)為Richard O. Duda等人編著的Pattern Classification；機(jī)器學(xué)習(xí)的參考書(shū)為T(mén)om M. Mitchell編著的Machine Learning和Christopher M. Bishop編著的Pattern Recognition and Machine Learning；數(shù)據(jù)挖掘的參考書(shū)為Jiawei Han等人編著的Data Mining：Concepts and Techniques；數(shù)字圖像處理的參考書(shū)為K. R. Castleman編著的Digital Image Processing；計(jì)算機(jī)視覺(jué)的參考書(shū)為D. A. Foryth編著的Computer Vision： A Modern Approach和Richard Szeliski編著的Computer Vision： Alogrithms and Applications。這些教材已被國(guó)內(nèi)外著名大學(xué)普遍采用。同時(shí)，每門(mén)課程都提供相關(guān)的國(guó)內(nèi)外頂級(jí)會(huì)議和期刊的列表，供學(xué)生課后追蹤研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。
在課堂授課環(huán)節(jié)上，注意采用靈活多樣的授課方式。對(duì)于核心基礎(chǔ)知識(shí)模塊，以教師講授為主，同時(shí)提供國(guó)內(nèi)外該類(lèi)課程的熱門(mén)MOOC網(wǎng)址給學(xué)生參考。對(duì)于選講知識(shí)模塊，鼓勵(lì)學(xué)生事先結(jié)合各自研究方向有目的自學(xué)，在學(xué)生報(bào)告的基礎(chǔ)上進(jìn)行課堂討論方式進(jìn)行。充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用，也便于教師了解學(xué)生的水平和學(xué)習(xí)狀況。
除此以外，不定期邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外著名學(xué)者來(lái)校做學(xué)術(shù)報(bào)告，讓學(xué)生充分了解該研究領(lǐng)域的最新前沿動(dòng)態(tài)，并就熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行專題討論。
3.3 課程群實(shí)踐體系完善與考核方式改革
工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是該課程群改革的重要目標(biāo)。我們?cè)谏鲜鰩熧Y隊(duì)伍結(jié)構(gòu)優(yōu)化、課程群知識(shí)體系梳理與授課模式改革的基礎(chǔ)上，著力進(jìn)行課程群實(shí)踐體系的改革與完善。我們通過(guò)多層次菜單式的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇、項(xiàng)目牽引的創(chuàng)新能力訓(xùn)練、學(xué)生綜合研究能力的全面考查等方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。
首先，整合和優(yōu)化課程群實(shí)踐內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)多層次菜單式靈活選擇。根據(jù)各研究領(lǐng)域的要求進(jìn)行靈活搭配，根據(jù)學(xué)生個(gè)體的能力與水平選擇適當(dāng)規(guī)模和難度的實(shí)踐內(nèi)容，通過(guò)課程內(nèi)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、課程間的綜合實(shí)驗(yàn)、課程群的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來(lái)選擇和組合，如圖1所示。
圖1 多層次菜單式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容示意圖
基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要是各課程核心知識(shí)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，主要包括模式識(shí)別，機(jī)器學(xué)習(xí)，數(shù)據(jù)挖掘，圖像處理與分析，計(jì)算機(jī)視覺(jué)等課程的實(shí)驗(yàn)。要求選課學(xué)生對(duì)這些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)必做，打下良好的研究基礎(chǔ)。
綜合探索型實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，既有單門(mén)課程內(nèi)總的綜合實(shí)驗(yàn)，也有課程間知識(shí)的綜合應(yīng)用。主要分為兩大塊，包括模式分析與機(jī)器學(xué)習(xí)方向的綜合實(shí)驗(yàn)，以及圖像處理與機(jī)器視覺(jué)方向的綜合實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹饕轻槍?duì)這兩大塊方向重點(diǎn)知識(shí)的綜合分析和比較，能夠熟練掌握和靈活應(yīng)用。例如模式分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等方向都用到的線性判別分析、支持向量機(jī)、均值聚類(lèi)等內(nèi)容；圖像處理與機(jī)器視覺(jué)中的圖像特征抽取、視覺(jué)系統(tǒng)選型、目標(biāo)檢測(cè)、特定平臺(tái)的算法優(yōu)化等內(nèi)容。學(xué)生可根據(jù)各自研究方向有目的的選擇兩塊綜合實(shí)驗(yàn)的大部分內(nèi)容。
在綜合型實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，該課程群通過(guò)若干創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生理論知識(shí)掌握程度和實(shí)踐方法應(yīng)用能力，為后續(xù)的研究課題開(kāi)展打下良好的科研素養(yǎng)。主要內(nèi)容包括人臉識(shí)別、二維條碼識(shí)別、車(chē)輛屬性識(shí)別、智能視覺(jué)監(jiān)控、以及企業(yè)來(lái)源的關(guān)鍵技術(shù)等。這些項(xiàng)目實(shí)踐既涉及用到圖像處理與機(jī)器視覺(jué)的內(nèi)容，也涉及模式分析與機(jī)器學(xué)習(xí)方向的知識(shí)。并且需要學(xué)生在綜合運(yùn)用相關(guān)知識(shí)的基礎(chǔ)上有創(chuàng)新能力。
其次，重視各類(lèi)項(xiàng)目牽引的創(chuàng)新能力訓(xùn)練。一方面，鼓勵(lì)教師從國(guó)家自然科學(xué)基金、企業(yè)合作項(xiàng)目等研究中提煉出問(wèn)題規(guī)模和難度適中的訓(xùn)練項(xiàng)目，作為課程群的綜合能力訓(xùn)練項(xiàng)目。另一方面，鼓勵(lì)學(xué)生參加挑戰(zhàn)杯、全國(guó)研究生智慧城市技術(shù)與創(chuàng)意設(shè)計(jì)大賽等各類(lèi)具有挑戰(zhàn)性的競(jìng)賽項(xiàng)目，以賽代練，提升學(xué)生的工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。同時(shí)，也鼓勵(lì)學(xué)生利用百度、微軟等相關(guān)研究領(lǐng)域的企業(yè)實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，參與產(chǎn)品一線的工程實(shí)踐能力訓(xùn)練。
再次，注重考核環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)科研素養(yǎng)和實(shí)踐能力的全面考查。只有嚴(yán)格、公平、公正的考核，才能保證實(shí)驗(yàn)實(shí)踐的質(zhì)量和水平，才能提升學(xué)生的科研素養(yǎng)和實(shí)踐能力。我們主要在手段、方式方法上進(jìn)行了改進(jìn)。在題目選擇上，根據(jù)學(xué)生個(gè)體水平和研究領(lǐng)域要求的差異，在選題上有適當(dāng)?shù)碾y易區(qū)分度，讓每位學(xué)生都有鍛煉和提升的機(jī)會(huì)；在考核方式上，采用結(jié)題書(shū)面報(bào)告來(lái)檢驗(yàn)學(xué)術(shù)論文的寫(xiě)作能力，采用程序演示檢驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)水平，采用上臺(tái)匯報(bào)的方式檢驗(yàn)學(xué)生的表達(dá)能力，多管齊下全面檢查學(xué)生的綜合科研素養(yǎng)；在考核成績(jī)?cè)u(píng)定上，采用現(xiàn)場(chǎng)教師和學(xué)生共同評(píng)分的方式，公平合理；最后，通過(guò)網(wǎng)站展示、發(fā)表學(xué)術(shù)小論文、專利、軟件著作權(quán)等方式展示和公開(kāi)優(yōu)秀成果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并由此形成積累，有利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐氛圍的傳承。
4 結(jié)語(yǔ)
本文在分析國(guó)內(nèi)外高校模式分析與視覺(jué)處理類(lèi)課程群改革現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以學(xué)生國(guó)際化視野、理論聯(lián)系實(shí)際、工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力全面提升為目標(biāo)，重點(diǎn)開(kāi)展了師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)優(yōu)化、課程群知識(shí)體系梳理、課程授課模式改革、課程群實(shí)踐體系完善和實(shí)踐考核模式改革等工作，取得了良好的效果，并為校內(nèi)其他課程群的教學(xué)改革作為示范推廣。
注釋
① https：///learn/machine-learning/
② 郭小勤，曹廣忠.計(jì)算機(jī)視覺(jué)課程的CDIO教學(xué)改革實(shí)踐.理工高教研究，2010.29（5）：98-100，148.
③ 史金龍，白素琴，龐林斌，錢(qián)強(qiáng).研究生機(jī)器視覺(jué)課程的CDIO教學(xué)改革實(shí)踐.計(jì)算機(jī)教育，2013.9：40-43.
④ 陳芳林，劉亞?wèn)|，沈輝.在《計(jì)算機(jī)視覺(jué)》課程中引入研討式教學(xué)模式.當(dāng)代教育理論與實(shí)踐，2013.5（7）：112-114.
遙感有著高效、快捷且不受時(shí)間空間限制的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)、林、地、礦、軍事等諸多領(lǐng)域。通過(guò)衛(wèi)星遙感技術(shù)獲得的地球表面客體或事物的衛(wèi)星遙感圖像也越來(lái)越多地應(yīng)用在地球資源的調(diào)查、自然災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、氣象衛(wèi)星云圖處理以及用于軍事目的的地面目標(biāo)識(shí)別等各個(gè)方面。有著遙感作用的NOAA氣象衛(wèi)星的運(yùn)行周期短、覆蓋面廣，目前正廣泛受到人們的關(guān)注，并作用于農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、林火監(jiān)測(cè)、漁況預(yù)報(bào)、城市熱島等方面。但是，NOAA衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)的使用效率并不高，再加上云的存在，使衛(wèi)星資料反演的各種參數(shù)出現(xiàn)誤差，而對(duì)于同一幅NOAA衛(wèi)星圖像中的薄云和濃云的處理目前還未見(jiàn)到很適用算法，所以，研究時(shí)效性的除云算法在軍事、環(huán)境、氣候、自然災(zāi)害等領(lǐng)域有重要的意義和研究?jī)r(jià)值。
1云檢測(cè)方法
根據(jù)同一衛(wèi)星圖像，它在各個(gè)分量上的水汽、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等氣體據(jù)有相同的屬性參數(shù)，截取目標(biāo)區(qū)域圖像和該區(qū)域附近的無(wú)云樣品區(qū)域進(jìn)行處理。
由于云是不穩(wěn)定因子，它隨時(shí)間和空間變化而變化，即不同季節(jié)云的反射率和亮溫不同，不同空間高度云的反射率和亮溫又有所不同。因此，要能較好地識(shí)別云區(qū)范圍就要了解它的空間和時(shí)間分布特性，并采用行之有效的方法來(lái)解決這個(gè)難題。然而鑒于不同的云相對(duì)于植被、土壤、水域等不同下墊面在可見(jiàn)光和近紅外波段具有較高的反射率，而在熱紅外波段由較低的亮溫，這就給我們判云帶來(lái)了有利條件。針對(duì)與所選用的熱紅外通道，我們采用了以下幾種方法進(jìn)行了檢測(cè)云。
1.1單通道探測(cè)值閾值檢測(cè)
任取NOAA氣象衛(wèi)星的某一通道圖像資料，并給定一個(gè)云區(qū)灰度閾值，凡高于該閾值的像元皆為云。
1.2可見(jiàn)光和近紅外通道反射率閾值檢測(cè)
計(jì)算可見(jiàn)光和近紅外通道圖像的反射率，給定反射率閾值，凡高于該閾值的為云。
1.3紅外通道溫度閾值檢測(cè)
運(yùn)用普朗克公式計(jì)算紅外通道的亮溫和溫度，設(shè)立溫度閾值，凡低于該閾值的為云。
2除云方法討論
云檢測(cè)的目的是找出云影響的測(cè)量值，回歸晴空測(cè)量值后用于計(jì)算海面溫度。云檢測(cè)是基于觀測(cè)目標(biāo)自身的特性，比如，海面溫度梯度變化不大；在紅外和可見(jiàn)光波段中，海面較云頂有較高的溫度和低得多的反射率；海面和云頂在不同紅外窗區(qū)通道反射率上的差異等，推測(cè)出有云影響的數(shù)據(jù)。
在氣候變化中，云與輻射起著關(guān)鍵的作用，云層影響著地球的輻射收支地球表面溫度以及氣候變化趨勢(shì)。遙感圖像處理中，與覆蓋時(shí)最常見(jiàn)的噪聲之一，它不僅對(duì)圖像的處理帶來(lái)諸多困難。
2.1國(guó)外遙感溫度研究
從70年代開(kāi)始，研究者開(kāi)始嘗試從機(jī)理方面著手研究亮溫與地表溫度的關(guān)系。由于衛(wèi)星獲得的亮溫是由大氣頂層接收的輻射亮度值換算而成的，而大氣對(duì)遙感器接收地表信息的影響較大，所以早期的研究主要集中于大氣輻射校正上。到目前為止，己經(jīng)研究出很多輻射校正方法，但是這些方法大部分都需要其它氣象數(shù)據(jù)的支持，比如不同高度的大氣濕度等。
大氣校正方法比較煩瑣，后來(lái)有的學(xué)者基于相鄰波段大氣吸收特性提出了一種全新的方法，直接運(yùn)用兩個(gè)波段的亮溫?cái)?shù)據(jù)去推算地表的溫度。這就是一種比較簡(jiǎn)單有效的溫度反演方法，即分窗口技術(shù)法(Split-windowTechnology)，該方法可在少量的地表參數(shù)支持下從氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演出地表溫度。目前溫度反演研究主要集中在NOAA衛(wèi)星圖像的熱紅外波段。
2.2國(guó)內(nèi)遙感溫度研究
國(guó)內(nèi)在遙感地表溫度研究中主要采用的還是數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，此后沿襲這些研究思路和研究方法，特別是中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所在土壤水分方面進(jìn)行了大量的研究，但是作為其中最為重要的參數(shù)之一的地表溫度的研究卻進(jìn)展不大，沒(méi)有跟上國(guó)際上由數(shù)理統(tǒng)計(jì)研究取得的結(jié)果。
北京大學(xué)學(xué)者提出了一種新的改進(jìn)分窗口技術(shù)方法，該方法的特色之處在于引入相鄰像元的概念。研究者給定了兩種情況下的溫度反演法，第一種情況是假設(shè)地表輻射率已知，然后運(yùn)用迭代反演方法求解地表溫度。該方法模擬結(jié)果與其它共5種模型結(jié)果分析比較，精度有較大的提高。第二種情況是地表輻射率未知，來(lái)反演地表溫度與輻射率。這時(shí)采用雙通道雙像元法去求解相應(yīng)的參數(shù)。通過(guò)模擬計(jì)算取得了較好的精度，在大氣廓線總水汽含量誤差小于10%時(shí)，反演的溫度均方根誤差0.7。輻射率均方根誤差0.013，地表輻射項(xiàng)的均方根誤差小于0.6%，己經(jīng)可以滿足陸地表面溫度反演1的精度要求。
雙通道雙像元法是經(jīng)典分窗口技術(shù)法的延伸，利用相鄰像元間輻射率之間的關(guān)系，在地表輻射率未知的情況下反演地表溫度是個(gè)很好的方法。但是該方法也有局限性，在大氣水汽含量誤差大于20%時(shí)，反演的溫度誤差就會(huì)顯著增加。
陸面溫度反演中分窗口技術(shù)法經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn)，反演精度有所提高，但是這些改進(jìn)的方法還沒(méi)有達(dá)到大面積應(yīng)用階段，更不能像海溫研究那樣進(jìn)入業(yè)務(wù)運(yùn)行階段，因此，要達(dá)到陸面溫度反演的實(shí)用化程度，還需要繼續(xù)拓展。最近幾年遙感界出現(xiàn)了一個(gè)熱門(mén)的研究領(lǐng)域，就是多角度遙感數(shù)據(jù)反演研究，這個(gè)方法可能為組分溫度遙感提供一個(gè)新的思路。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)專業(yè)選修課教學(xué)；在線教學(xué)平臺(tái)；在線教學(xué)；課堂教學(xué)；混合教學(xué)模式
中圖分類(lèi)號(hào)：G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）52-0268-05
中國(guó)高等教育已經(jīng)進(jìn)入大眾化階段，高等教育大眾化以及2008年以來(lái)的全球金融危機(jī)給大學(xué)生就業(yè)帶來(lái)嚴(yán)峻形勢(shì)。對(duì)于國(guó)內(nèi)各類(lèi)院校普遍開(kāi)設(shè)的計(jì)算機(jī)專業(yè)來(lái)說(shuō)，這種狀況尤為嚴(yán)重，一方面，每年有大量的計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)生，特別是普通院校的畢業(yè)生，找不到合適的專業(yè)崗位，另一方面，也有很多IT企業(yè)找不到符合企業(yè)需要的人才。根據(jù)我們對(duì)國(guó)內(nèi)100多家IT企業(yè)和300多名本校計(jì)算機(jī)專業(yè)畢業(yè)生的問(wèn)卷調(diào)查，大部分IT企業(yè)需要專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、工程實(shí)踐能力強(qiáng)、具有一定創(chuàng)新能力的應(yīng)用型創(chuàng)新人才。信息技術(shù)發(fā)展日新月異，計(jì)算機(jī)專業(yè)的應(yīng)用型創(chuàng)新人才應(yīng)該具備對(duì)新知識(shí)和新技術(shù)的敏感性，擁有e極探索新知識(shí)和新技術(shù)的敬業(yè)精神、突出的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，因此，在人才培養(yǎng)上，應(yīng)該注重學(xué)生學(xué)習(xí)能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[1]。
應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是應(yīng)用型本科高校的主要任務(wù)。目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用型本科高校在專業(yè)課程設(shè)置上分為專業(yè)必修課和專業(yè)選修課。專業(yè)選修課是專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的重要組成部分，在人才培養(yǎng)中承擔(dān)著擴(kuò)展專業(yè)視野，培養(yǎng)創(chuàng)新性思維及工程應(yīng)用能力的功能[2]。因此，專業(yè)選修課在計(jì)算機(jī)專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)上有著不可忽視的作用。然而目前，大多數(shù)應(yīng)用型本科高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)選修課并沒(méi)有發(fā)揮相應(yīng)的教學(xué)功能。主要原因在于目前計(jì)算機(jī)選修課教學(xué)仍然采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，以教師講授知識(shí)為主，學(xué)生處于被動(dòng)接受知識(shí)的地位，忽視了學(xué)生的認(rèn)識(shí)主體作用，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。互聯(lián)網(wǎng)以及多媒體技術(shù)的發(fā)展引發(fā)出許多豐富多彩的網(wǎng)絡(luò)化在線教學(xué)模式，近年來(lái)，慕課（MOOC）、翻轉(zhuǎn)課堂、微課等在線教學(xué)模式受到越來(lái)越多教育工作者的關(guān)注[3-9]，這些新模式從根本上改變了教學(xué)中師生的地位和關(guān)系，在學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)。然而，在線教學(xué)模式也存在學(xué)習(xí)者身份難以認(rèn)證、教學(xué)監(jiān)控難度較大、課程實(shí)驗(yàn)尚未有效解決等缺陷。因此，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者紛紛提出在線教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合的混合教學(xué)模式[9-11]。筆者所在學(xué)校正處于向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型發(fā)展階段，近幾年來(lái)，筆者所在的團(tuán)隊(duì)針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)問(wèn)題進(jìn)行了一系列的探索?；诙嗄陻?shù)字化學(xué)習(xí)技術(shù)的研究成果，團(tuán)隊(duì)與企業(yè)合作研發(fā)了“潛能在線”教學(xué)平臺(tái)。在該平臺(tái)的支持下，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)在線教學(xué)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)相結(jié)合的混合教學(xué)模式，并在數(shù)字圖像處理等課程中進(jìn)行探索性實(shí)踐。
一、應(yīng)用型本科高校計(jì)算機(jī)專業(yè)選修課教學(xué)中存在的問(wèn)題
據(jù)我們了解，目前，國(guó)內(nèi)應(yīng)用型本科高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)選修課教學(xué)，普遍存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：教學(xué)內(nèi)容多而課時(shí)少，教學(xué)內(nèi)容相對(duì)滯后，課堂教學(xué)滿堂灌輸，考核機(jī)制不完善等問(wèn)題。
1.教學(xué)內(nèi)容多而課時(shí)少。自從20世紀(jì)八九十年代，國(guó)內(nèi)高校陸續(xù)開(kāi)展學(xué)分制教學(xué)改革，課程分為必修課與選修課，在人才培養(yǎng)中取得了許多經(jīng)驗(yàn)與收獲[12]。但同時(shí)，也逐漸形成一個(gè)認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)：必修課重要，而選修課相對(duì)次要。因存在上述認(rèn)識(shí)誤區(qū)，各高校在專業(yè)人才培養(yǎng)方案的設(shè)置上，專業(yè)必修課學(xué)分學(xué)時(shí)較多，而選修課學(xué)分學(xué)時(shí)較少。比如，筆者所在高校的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，專業(yè)必修課一般設(shè)置為3―4個(gè)學(xué)分，課時(shí)為48―72學(xué)時(shí)，而專業(yè)選修課一般只有2個(gè)學(xué)分，課時(shí)為42學(xué)時(shí)，其中理論學(xué)時(shí)28，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)14。但是，選修課的教學(xué)內(nèi)容并沒(méi)有減少多少，比如，筆者所擔(dān)任的數(shù)字圖像處理課，大綱規(guī)定的內(nèi)容偏多，包括緒論及圖像處理系統(tǒng)、圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像編碼、圖像復(fù)原、圖像重建、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理等內(nèi)容。采用傳統(tǒng)教師主講的教學(xué)模式，教師根本無(wú)法在規(guī)定的學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)完成大綱要求的內(nèi)容。
2.教學(xué)內(nèi)容相對(duì)滯后。目前，在應(yīng)用型本科高校，計(jì)算機(jī)專業(yè)選修課的教學(xué)內(nèi)容一般以教材為主，以教師的科研及學(xué)科前沿為輔。由于課時(shí)少，任課教師只能依照教材，講授大綱要求的內(nèi)容，沒(méi)有多余的時(shí)間講授自己的研究成果和學(xué)科前沿。然而目前，多數(shù)教材內(nèi)容陳舊，跟不上最新發(fā)展形勢(shì)，造成教學(xué)內(nèi)容相對(duì)滯后，學(xué)生缺乏興趣。大多數(shù)計(jì)算機(jī)專業(yè)選修課沒(méi)有發(fā)揮其應(yīng)有的教學(xué)功能。
3.課堂教學(xué)滿堂灌輸。計(jì)算機(jī)學(xué)科發(fā)展的時(shí)間相對(duì)較短，學(xué)科教學(xué)理論還不完善。學(xué)科教師往往學(xué)習(xí)數(shù)理學(xué)科的教學(xué)觀念和教學(xué)模式，采用以教師講授為主的“灌輸式”教學(xué)方法。這種教學(xué)方法以教師為主體，學(xué)生只能被動(dòng)接受教師的教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容，因而缺乏主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索求知的欲望。少數(shù)學(xué)習(xí)積極的同學(xué)可能會(huì)被動(dòng)地接受教師講授的內(nèi)容，多數(shù)同學(xué)則可能會(huì)因缺乏好奇心和求知欲而失去學(xué)習(xí)的興趣。比如，數(shù)字圖像處理是集光學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科的一門(mén)綜合性邊緣學(xué)科[13]。它涉及數(shù)學(xué)、物理、信號(hào)處理和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象、算法較多，學(xué)生理解起來(lái)有一定難度。任課教師必須采用靈活多樣的教學(xué)方法以及準(zhǔn)備一些豐富有趣的教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索求知的欲望，讓學(xué)生對(duì)該門(mén)課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，才能順利地開(kāi)展后續(xù)的課程教學(xué)。
4.考核機(jī)制不完善，缺乏對(duì)學(xué)習(xí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力的考核。目前，多數(shù)高校的計(jì)算機(jī)專業(yè)選修課考核方式主要有以下幾種：試卷考核、論文考核、作業(yè)考核、實(shí)踐考核等。試卷考試答案標(biāo)準(zhǔn)固定，學(xué)生靠死記硬背就可以通過(guò)，成績(jī)不能反映學(xué)生的學(xué)習(xí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力。論文或作業(yè)考核可以在一定程度上反映學(xué)生的學(xué)習(xí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力，但容易出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象，成績(jī)不能真實(shí)反映學(xué)生的實(shí)際能力。實(shí)踐考核能夠在一定程度上反映學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力，然而，因沒(méi)有形成科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)踐考核辦法以及評(píng)價(jià)機(jī)制，很多實(shí)踐考核流于形式，最終成績(jī)也不能真實(shí)反映學(xué)生的實(shí)際能力。因此，需要完善考核機(jī)制，把學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程納入考核范圍，使成績(jī)能夠在一定程度上真實(shí)反映學(xué)生的學(xué)習(xí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力。
二、“潛能在線”教學(xué)平臺(tái)支持下的混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)
為解決當(dāng)前計(jì)算機(jī)專業(yè)選修課教學(xué)中存在的上述問(wèn)題，加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，筆者所在的團(tuán)隊(duì)吸納了慕課（MOOC）、翻轉(zhuǎn)課堂、微課等在線教學(xué)模式的優(yōu)點(diǎn)，利用“潛能在線”教學(xué)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一個(gè)適合應(yīng)用型本科高校計(jì)算機(jī)專業(yè)選修課教學(xué)的混合教學(xué)模式。該混合教學(xué)模式轉(zhuǎn)變了師生的角色，教師從知識(shí)的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者、推動(dòng)者和指導(dǎo)者。學(xué)生從知識(shí)的被動(dòng)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的主體、學(xué)習(xí)過(guò)程的中心。模式包括課前在線學(xué)習(xí)與提問(wèn)互動(dòng)、課堂面對(duì)面教學(xué)、課后在線測(cè)試與學(xué)術(shù)沙龍三個(gè)階段。
1.課前在線學(xué)習(xí)與提問(wèn)互動(dòng)。該階段是為克服傳統(tǒng)教學(xué)模式“教師滿堂灌輸，學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)”的缺陷而設(shè)計(jì)的，采用當(dāng)前在線教學(xué)模式的先進(jìn)教學(xué)理念，教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)資源，引導(dǎo)并推動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的目的。具體來(lái)說(shuō)，課前教師利用“潛能在線”平臺(tái)中的在線導(dǎo)學(xué)模塊創(chuàng)建導(dǎo)學(xué)卡，通過(guò)導(dǎo)學(xué)卡學(xué)習(xí)任務(wù)以及學(xué)習(xí)資源。學(xué)習(xí)任務(wù)包括學(xué)習(xí)內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)、要求完成的作業(yè)等，學(xué)習(xí)資源包括電子教材、教學(xué)PPT、授課微視頻以及網(wǎng)上可以利用的資源等。學(xué)生根據(jù)導(dǎo)學(xué)卡在線上自主學(xué)習(xí)，同時(shí)，利用“潛能在線”平臺(tái)中的提問(wèn)互動(dòng)模塊提出問(wèn)題，通過(guò)問(wèn)題與教師以及其他同學(xué)進(jìn)行互動(dòng)交流。
2.課堂面對(duì)面教學(xué)。該階段是利用傳統(tǒng)面對(duì)面課堂“易于組織實(shí)施、互動(dòng)便捷、效果直接顯著”等優(yōu)勢(shì)，通過(guò)匯報(bào)、展示、討論、教師重難點(diǎn)解析和總結(jié)等形式多樣的教學(xué)活動(dòng)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。課堂面對(duì)面教學(xué)主要由學(xué)習(xí)匯報(bào)、課堂討論、重難點(diǎn)解析以及課堂總結(jié)四個(gè)部分組成。學(xué)習(xí)匯報(bào)由學(xué)生匯報(bào)在線學(xué)習(xí)以及作業(yè)完成的情況；課堂討論就重難點(diǎn)及熱點(diǎn)問(wèn)題展開(kāi)討論，教師參與指導(dǎo)；重難點(diǎn)解析由教師講解，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)。課堂總結(jié)由教師對(duì)本節(jié)課教學(xué)過(guò)程、在線學(xué)習(xí)情況、學(xué)習(xí)表現(xiàn)、學(xué)習(xí)成果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)及總結(jié)。
3.課后在線測(cè)試及學(xué)術(shù)沙龍。該階段通過(guò)在線測(cè)試以及應(yīng)用性課題，檢查學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的成效以及應(yīng)用知識(shí)的能力，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力的目的。具體過(guò)程如下，教師利用“潛能在線”平臺(tái)中的虛擬考場(chǎng)，將紙質(zhì)考卷通過(guò)掃描，或者將電子文檔考卷制作成電子考卷上傳到平臺(tái)。學(xué)生登入虛擬考場(chǎng)，完成課后在線測(cè)試。另外，教師可以根據(jù)教學(xué)進(jìn)度，布置一些應(yīng)用性的課題，讓學(xué)生課后去完成，然后通過(guò)“潛能在線”平臺(tái)中的公共聊天室，定期組織在線學(xué)術(shù)沙龍。
三、混合教學(xué)模式在數(shù)字圖像處理課教學(xué)中的探索性實(shí)踐
基于團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的混合教學(xué)模式，我們?cè)跀?shù)字圖像處理等課程中進(jìn)行探索性實(shí)踐。下面就數(shù)字圖像處理課程的實(shí)踐情況做一下介紹。團(tuán)隊(duì)根據(jù)課程大綱的要求，設(shè)計(jì)了七個(gè)專題，并給出了每一專題各教學(xué)活動(dòng)的學(xué)時(shí)安排表，如表1所示，其中，第一個(gè)專題因?yàn)槭堑谝淮紊险n，采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，以教師講授為主，其他專題采用混合教學(xué)模式。此外，每個(gè)專題兩個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)根本不夠，所以實(shí)驗(yàn)由學(xué)生利用課余時(shí)間完成，實(shí)驗(yàn)課上主要是匯報(bào)實(shí)驗(yàn)情況以及展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
1.前期準(zhǔn)備。利用“潛能在線”平臺(tái)進(jìn)行混合教學(xué)，需要完成一些前期準(zhǔn)備工作。首先需要在平臺(tái)中創(chuàng)建數(shù)字圖像處理課程，把教材掃描到平臺(tái)制作成電子教材，并建立知識(shí)點(diǎn)的目錄體系結(jié)構(gòu)。其次，教師學(xué)生登入平臺(tái)，選擇已創(chuàng)建的數(shù)字圖像處理課程。最后，對(duì)學(xué)生進(jìn)行“潛能在線”教學(xué)平臺(tái)的使用培訓(xùn)。
2.教學(xué)實(shí)施。在數(shù)字圖像處理課程的實(shí)施過(guò)程中，針對(duì)每個(gè)專題，我們?cè)O(shè)計(jì)了11個(gè)教學(xué)活動(dòng)，利用“潛能在線”教學(xué)平臺(tái)，分14個(gè)步驟展開(kāi)，具體過(guò)程如圖1所示，它展示了教師、學(xué)生在“潛能在線”教學(xué)平臺(tái)和課堂的整個(gè)互動(dòng)過(guò)程。
（1）在線導(dǎo)學(xué)。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師在n堂上面對(duì)全班學(xué)生授課，因此，課前備課，必須依據(jù)全班大多數(shù)人的情況，準(zhǔn)備授課內(nèi)容和安排教學(xué)進(jìn)度。準(zhǔn)備的內(nèi)容和安排的進(jìn)度無(wú)法滿足學(xué)生個(gè)性化的需求。在混合教學(xué)模式下，教師的角色轉(zhuǎn)變了，作為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，只需準(zhǔn)備學(xué)習(xí)內(nèi)容和相關(guān)的學(xué)習(xí)資源，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了“在線導(dǎo)學(xué)”教學(xué)活動(dòng)，教師可以根據(jù)不同層次的學(xué)生情況，準(zhǔn)備學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)資源，以滿足學(xué)生個(gè)性化的需求，并通過(guò)我們團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的在線導(dǎo)學(xué)模塊，把學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)資源出去。學(xué)習(xí)內(nèi)容按知識(shí)點(diǎn)組織，教師根據(jù)知識(shí)點(diǎn)制作教學(xué)PPT、授課微視頻（10分鐘左右）等教學(xué)資源，收集相關(guān)的網(wǎng)站、論壇、圖書(shū)、論文等可利用的資源，布置相關(guān)的作業(yè)和練習(xí)。然后，把這些資源按知識(shí)點(diǎn)制作成導(dǎo)學(xué)卡，通過(guò)在線導(dǎo)學(xué)模塊提供給學(xué)生。表2列出了我們?cè)跀?shù)字圖像處理課程實(shí)施過(guò)程中，每一專題的知識(shí)點(diǎn)。
（2）在線自主學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)教學(xué)模式以教師為主體，向?qū)W生單向傳授知識(shí)，忽視了學(xué)生個(gè)體的學(xué)習(xí)能動(dòng)性，也忽視了學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力的挖掘，不利于計(jì)算機(jī)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了“在線自主學(xué)習(xí)”教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體。學(xué)生可以根據(jù)自身已有的基礎(chǔ)，選擇合適的內(nèi)容，安排合理的進(jìn)度，在輕松的氛圍中學(xué)習(xí)。這種方式鍛煉了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的探索求知欲。
（3）提問(wèn)互動(dòng)。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，課堂上教師滿堂灌輸，課后師生見(jiàn)面不易，師生之間、生生之間互動(dòng)交流極少。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了“提問(wèn)互動(dòng)”教學(xué)活動(dòng)，通過(guò)提問(wèn)互動(dòng)模塊，學(xué)生隨時(shí)可以與教師以及同學(xué)進(jìn)行互動(dòng)交流?；?dòng)的主要形式包括提出問(wèn)題，回答問(wèn)題，評(píng)價(jià)問(wèn)題回答的情況等。通過(guò)這一教學(xué)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)和提問(wèn)質(zhì)疑的能力。同時(shí)，提問(wèn)互動(dòng)數(shù)據(jù)也是期末學(xué)生學(xué)習(xí)能力考核的依據(jù)。
（4）在線解答。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，由于課時(shí)的限制，教師很少有時(shí)間讓學(xué)生提問(wèn)，因而，也就很少解答學(xué)生的問(wèn)題。在混合教學(xué)模式下，學(xué)生可以隨時(shí)通過(guò)提問(wèn)互動(dòng)模塊提出問(wèn)題。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了“在線解答”教學(xué)活動(dòng)，教師通過(guò)提問(wèn)互動(dòng)模塊或公共聊天室，采用文字、語(yǔ)音或微視頻等多種方式，解答學(xué)生提出的問(wèn)題。
（5）在線作業(yè)。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生課堂聽(tīng)課，課后完成作業(yè)。兩者之間有一定的時(shí)間差，如果課堂上有些知識(shí)點(diǎn)沒(méi)聽(tīng)懂或課堂上聽(tīng)懂課后忘記了，完成作業(yè)就有一定的困難。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了“在線作業(yè)”教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生完成自主學(xué)習(xí)后，可以立即在線完成作業(yè)。如果哪些知識(shí)點(diǎn)沒(méi)聽(tīng)懂，可以重復(fù)聽(tīng)授課微視頻。此外，學(xué)生在線提交作業(yè)后，教師可以及時(shí)對(duì)作業(yè)進(jìn)行批改和點(diǎn)評(píng)，其他同學(xué)也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)對(duì)該同學(xué)作業(yè)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，形成師生之間、生生之間的互動(dòng)交流。學(xué)生完成作業(yè)的情況、作業(yè)的質(zhì)量以及相互的點(diǎn)評(píng)數(shù)據(jù)，也是期末學(xué)生學(xué)習(xí)能力考核的依據(jù)。
（6）學(xué)習(xí)匯報(bào)?；旌辖虒W(xué)模式以學(xué)生為主體，學(xué)生通過(guò)在線自主學(xué)習(xí)獲得知識(shí)，教師是學(xué)習(xí)過(guò)程的引導(dǎo)者、推動(dòng)者。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了“學(xué)習(xí)匯報(bào)”教學(xué)活動(dòng)，學(xué)生在課堂上匯報(bào)在線學(xué)習(xí)的情況、展示完成的作業(yè)。學(xué)生通過(guò)這一活動(dòng)鍛煉了協(xié)作學(xué)習(xí)能力以及表達(dá)能力。教師通過(guò)這一活動(dòng)了解學(xué)生學(xué)習(xí)的情況，發(fā)現(xiàn)其中的問(wèn)題，為后面的重難點(diǎn)解析和課堂總結(jié)做準(zhǔn)備。因?yàn)檫x修學(xué)生人數(shù)比較多，有39人，所以我們把全班劃分10個(gè)學(xué)習(xí)小組，每個(gè)小組派一名學(xué)生匯報(bào)。學(xué)習(xí)匯報(bào)的情況作為期末學(xué)生學(xué)習(xí)能力、應(yīng)用創(chuàng)新能力考核的一個(gè)依據(jù)。
（7）課堂討論。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，學(xué)生通過(guò)課堂聽(tīng)課學(xué)習(xí)知識(shí)，因課時(shí)有限，教師沒(méi)有時(shí)間組織課堂討論。在混合教學(xué)模式下，學(xué)生在課外通過(guò)在線平臺(tái)學(xué)習(xí)知識(shí)，教師有充足的時(shí)間開(kāi)展形式多樣的教學(xué)活動(dòng)。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了“課堂討論”教學(xué)活動(dòng)，教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的情況、專題重難點(diǎn)知識(shí)以及熱點(diǎn)問(wèn)題，選擇合適的論題，組織課堂討論。學(xué)生按照教師的安排，課前認(rèn)真準(zhǔn)備論題，在課堂上參與討論。表2列出了我們?cè)跀?shù)字圖像處理課程實(shí)施過(guò)程中，每一專題選擇的課堂討論論題。該教學(xué)活動(dòng)的目的是培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)、應(yīng)用創(chuàng)新能力以及表達(dá)的能力。學(xué)生課堂討論上的表現(xiàn)作為期末學(xué)生學(xué)習(xí)能力、應(yīng)用創(chuàng)新能力考核的依據(jù)。
（8）重難點(diǎn)解析。在混合教學(xué)模式下，教師作為學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者和指導(dǎo)者，要引導(dǎo)學(xué)生了解本專題的重點(diǎn)難點(diǎn)，并輔助學(xué)生掌握重點(diǎn)難點(diǎn)。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了“重難點(diǎn)解析”教學(xué)活動(dòng)，教師根據(jù)提問(wèn)互動(dòng)、學(xué)習(xí)匯報(bào)以及課堂討論等階段了解的情況，對(duì)本專題中的重點(diǎn)難點(diǎn)以及學(xué)生普遍存在的問(wèn)題進(jìn)行解惑答疑。
（9）課堂總結(jié)。在混合教學(xué)模式下，教師在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中起輔助作用。在每個(gè)專題學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)，需要教師進(jìn)行總結(jié)。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了“課堂總結(jié)”教學(xué)活動(dòng)，對(duì)本專題的教學(xué)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)、對(duì)學(xué)生在線學(xué)習(xí)情況、學(xué)習(xí)表現(xiàn)、學(xué)習(xí)成果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。
（10）在線測(cè)試。在混合教學(xué)模式下，各種教學(xué)活動(dòng)由教師統(tǒng)一安排，學(xué)生自主完成。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)“在線測(cè)試”教學(xué)活動(dòng)，利用在線教學(xué)平臺(tái)的虛擬考場(chǎng)，教師事先提供在線測(cè)試的內(nèi)容，學(xué)生課后自主完成在線測(cè)試。該教學(xué)活動(dòng)的目的是讓學(xué)生檢測(cè)自主學(xué)習(xí)的成效，發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題，并進(jìn)行補(bǔ)缺補(bǔ)漏。在線測(cè)試的成績(jī)作為期末學(xué)生學(xué)習(xí)能力考核的依據(jù)。
（11）學(xué)術(shù)沙龍。傳統(tǒng)教學(xué)模式重視知識(shí)的傳授，而忽視應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了“學(xué)術(shù)沙龍”教學(xué)活動(dòng)，教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的情況，選擇合適的應(yīng)用性課題，通過(guò)在線教學(xué)平臺(tái)的公共聊天室，組織在線學(xué)術(shù)沙龍。學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，完成教師布置的應(yīng)用性課題，參加在線學(xué)術(shù)沙龍，交流課題完成的情況、遇到的問(wèn)題以及解決辦法等。表2列出了我們?cè)跀?shù)字圖像處理課程實(shí)施過(guò)程中，每一專題選擇的應(yīng)用性課題，這些應(yīng)用性課題都來(lái)自我們團(tuán)隊(duì)在研的飲用水源水質(zhì)生物在線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。該教學(xué)活動(dòng)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和應(yīng)用創(chuàng)新能力。
3.學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)教學(xué)模式主要依據(jù)出勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)以及期末考核等情況，u定學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)。這種評(píng)價(jià)方式不能全面的反映學(xué)生真實(shí)的學(xué)習(xí)情況，也不能反映學(xué)生學(xué)習(xí)能力和應(yīng)用創(chuàng)新能力。采用混合教學(xué)模式以后，可以利用在線教學(xué)平臺(tái)提供的統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)學(xué)生參與提問(wèn)互動(dòng)、學(xué)術(shù)沙龍等活動(dòng)以及完成作業(yè)與在線測(cè)試的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，教師還可以記錄課堂上學(xué)生參與學(xué)習(xí)匯報(bào)、作業(yè)展示、課堂討論等活動(dòng)情況。這些數(shù)據(jù)較全面地反映了學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，同時(shí)也在一定程度上反映了學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力。因此，我們把這些數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)課堂的考勤、平時(shí)實(shí)驗(yàn)和期末考核等數(shù)據(jù)組合在一起，綜合評(píng)定學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。具體來(lái)說(shuō)，期末成績(jī)?cè)u(píng)定分成兩大塊：平時(shí)成績(jī)和期末考核成績(jī)，平時(shí)占70%，期末考核占30%。平時(shí)成績(jī)又包括考勤、線上活動(dòng)表現(xiàn)、課堂活動(dòng)表現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)等四個(gè)方面，其中，考勤占10%，線上活動(dòng)表現(xiàn)占20%，課堂活動(dòng)表現(xiàn)占20%，實(shí)驗(yàn)占20%。線上活動(dòng)表現(xiàn)主要考核學(xué)生參與提問(wèn)互動(dòng)、學(xué)術(shù)沙龍以及完成作業(yè)與在線測(cè)試的情況，課堂活動(dòng)表現(xiàn)主要考核學(xué)生參與學(xué)習(xí)匯報(bào)、作業(yè)展示以及課堂討論的情況。
4.實(shí)施效果?；旌辖虒W(xué)模式的實(shí)施激發(fā)了學(xué)生的好奇心與求知欲，增強(qiáng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)、應(yīng)用創(chuàng)新等方面的能力，教學(xué)效果顯著。教學(xué)效果可以從以下幾個(gè)方面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中展現(xiàn)。整個(gè)學(xué)期學(xué)生在提問(wèn)互動(dòng)模塊中提出的問(wèn)題數(shù)為113，其中，有一定質(zhì)量的問(wèn)題數(shù)為47，參與提問(wèn)互動(dòng)交流的學(xué)生人次數(shù)為486，參與學(xué)術(shù)沙龍的學(xué)生人次數(shù)為203；在課堂討論上發(fā)言的學(xué)生人次數(shù)為78。以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)的參與度還是比較高的，也從側(cè)面反映了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的提高。從學(xué)生參與互動(dòng)交流、課堂討論以及學(xué)術(shù)沙龍的情況看，學(xué)生自主學(xué)習(xí)、協(xié)作學(xué)習(xí)以及應(yīng)用創(chuàng)新能力比之前采用傳統(tǒng)教學(xué)模式的班級(jí)有較大的提高，之前的教學(xué)中，自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)能力的訓(xùn)練較少，更談不上應(yīng)用創(chuàng)新能力的訓(xùn)練。從學(xué)生的學(xué)習(xí)匯報(bào)情況看，采用混合教學(xué)模式后學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力也得到明顯的加強(qiáng)。
四、結(jié)束語(yǔ)
專業(yè)選修課的教學(xué)問(wèn)題廣泛存在于各類(lèi)高等院校中，如何上好專業(yè)選修課，關(guān)系到學(xué)生知識(shí)面的拓展、學(xué)生學(xué)習(xí)能力及應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，因此，應(yīng)該受到足夠的重視。本文提出的混合教學(xué)模式，還有待進(jìn)一步的實(shí)踐驗(yàn)證，希望與同行們一起不斷摸索，找到更理想的解決辦法。
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中圖分類(lèi)號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）160-0153-02
在現(xiàn)實(shí)生活中我們遇到的好多圖像或多或少都存在質(zhì)量下降問(wèn)題，對(duì)圖像復(fù)原技術(shù)的研究最終歸可結(jié)為對(duì)退化圖像的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的研究。目前國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了多種估計(jì)運(yùn)動(dòng)模糊點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的算法；文獻(xiàn)[1-2]中MasayukiTanaka提出運(yùn)動(dòng)模糊圖像點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)確定方法是：先構(gòu)造出一個(gè)可以調(diào)節(jié)的三維鋸齒波形作為進(jìn)行檢測(cè)的函數(shù)，然后把檢測(cè)后的函數(shù)與模糊圖像頻譜進(jìn)行運(yùn)算，在運(yùn)算過(guò)程中進(jìn)行不斷改變波形的周期和退化圖像的頻譜角度，當(dāng)進(jìn)行多次操作后使得函數(shù)取最小值時(shí)可以認(rèn)為此時(shí)的角度就是暗條紋的角度。文獻(xiàn)[3-5]中Mohsen-EbrahimiMoghaddam提出的方法是采用Radon變換方法來(lái)確定，其步驟是首先得到模糊圖像的頻譜圖，然后對(duì)其進(jìn)行Radon變換，當(dāng)Radon變換到使得投影軸與頻譜圖中暗條紋相互垂直時(shí)，然后求出Radon變換取得最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的方向，即確定點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的方向。本文就是以勻速直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的模糊圖像為例，提出采用MATLAB7.0自帶的工具進(jìn)行手動(dòng)確定模糊參數(shù)，此方法具有簡(jiǎn)單靈活性，而且有很高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，從而推廣到非勻速直線運(yùn)動(dòng)中使用。
1 運(yùn)動(dòng)模糊圖像的頻譜特征分析
在MATLAB7.0環(huán)境下對(duì)其水平方向勻速直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生模糊頻譜圖如圖1所示。
K1=fft2（double（mf））；
M1=fftshift（K1）；
N1=abs（M1）；
P1=（N1-min（min（N1）））/（max（max（N1））-min（min（N1）））
*225；
subplot（1，2，2）；
imshow（P1）；
由于在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們假定運(yùn)動(dòng)方向是水平的，運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度L=32個(gè)像素，從圖1實(shí)驗(yàn)結(jié)果的頻譜圖中可以明顯的看出亮條紋，并且，這條亮條紋與水平方向是垂直的。
對(duì)于非水平方向運(yùn)動(dòng)模糊圖像頻譜圖如圖2所示。
圖2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是圖像運(yùn)動(dòng)方向與x軸之間有一定的角度，所以得到的亮條紋和X軸之間也存在著一定的角度。
2 勻速直線運(yùn)動(dòng)模糊方向和模糊長(zhǎng)度的確定2.1 模糊方向的確定
在圖2的基礎(chǔ)上，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)模糊圖像的角度發(fā)生變化時(shí)，條紋也隨之改變，該亮條紋方向正好反映了運(yùn)動(dòng)模糊點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的方向性。于是我們只要求出這條亮條紋的傾角就可以了；所以將求模糊角度的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為在平面上求一個(gè)三角形的角度問(wèn)題；也就是下圖中所示的θ角的度數(shù)。
根據(jù)頻譜圖用MATLAB7.0自帶的作圖工具Show Plot Tools作出三條直線構(gòu)成一個(gè)三角形，然后在MATLAB7.0命令窗口中輸入函數(shù)ginput（）來(lái)完成求解。用[x，y]=ginput（2），獲得兩點(diǎn)坐標(biāo)，可以取好多個(gè)點(diǎn)，再求平均值然后利用k=（y（2）-y（1））/（x（2）-x（1））得到斜率，按照上面步驟求出度數(shù)為θ=69.1°，理論值為θ=70°，基本上吻合。
2.2 模糊長(zhǎng)度的確定
本文首先采用Matlab7.0做出運(yùn)動(dòng)模糊圖像的自相關(guān)圖，生成的自相關(guān)圖是一條曲線，具體如下圖4所示，在這條曲線上出現(xiàn)了一對(duì)比較明顯的負(fù)峰，并且方向朝下，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示這兩負(fù)峰之間的距離L正好等于運(yùn)動(dòng)模糊長(zhǎng)度的2倍。因此，只要能夠計(jì)算出這兩個(gè)負(fù)峰之間的距離就可以得出運(yùn)動(dòng)模糊長(zhǎng)度L。
在圖4的自相關(guān)圖中利用matlab的Data Cursor工具可以測(cè)得兩負(fù)峰之間的坐標(biāo)分別為69與131，距離為62個(gè)像素點(diǎn)，兩相關(guān)負(fù)峰間的距離等于運(yùn)動(dòng)模糊長(zhǎng)度的2倍，因運(yùn)動(dòng)模糊的長(zhǎng)度為31個(gè)像素，與理論值32個(gè)像素基本上吻合（比較精確）。
3 結(jié) 論
上面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本上和理論值吻合，采用手動(dòng)的方法來(lái)確定勻速直線運(yùn)動(dòng)模糊圖像的點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)，不但操作方法簡(jiǎn)單靈活，而且具有很高的精確度和穩(wěn)定性。對(duì)于非勻速直線運(yùn)動(dòng)所造成的圖像模糊，在某種程度上可以近似看成是多個(gè)小段勻速直線運(yùn)動(dòng)合成的。所以可以將此方法推廣到非勻速直線運(yùn)動(dòng)模糊圖像的處理上。
參考文獻(xiàn)
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中圖分類(lèi)號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2012）12（c）-00-01
1993年Mallat和Zhang提出了信號(hào)的稀疏表示，在信號(hào)逼近上取得了出色的表現(xiàn)，迅速引起了廣大學(xué)者的普遍關(guān)注，信號(hào)稀疏表示研究很快被從一維信號(hào)推廣到二維信號(hào)圖像的研究上。
稀疏表示的模型可以表示為：
式中為向量的l0范數(shù)，表示向量x中非零元素的個(gè)數(shù)，x即為信號(hào)y的稀疏表示。
在數(shù)字圖像處理中，由于圖像的數(shù)據(jù)信息具有冗余性，為冗余字典，因此可以在冗余字典上進(jìn)行稀疏表示，y則為圖像子塊的列向量表示。如何構(gòu)造表達(dá)能力強(qiáng)、訓(xùn)練簡(jiǎn)單的冗余字典是圖像處理中的關(guān)鍵一步，自稀疏表示理論的提出，在圖像去噪、去模糊、超分辨率、圖像修復(fù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用，取得了比傳統(tǒng)方法更好的處理結(jié)果。
1 稀疏表示理論在提高數(shù)字圖像質(zhì)量中的應(yīng)用
Michael Elad是較早將稀疏表示理論應(yīng)用于圖像去噪與超分辨率的代表人物[1]，他將K均值聚類(lèi)方法引入字典訓(xùn)練過(guò)程中。在K均值算法中，求解一個(gè)包括K個(gè)代碼的碼本，使得在此碼本上，根據(jù)最鄰近分配法則，對(duì)包含N個(gè)信號(hào)的集合進(jìn)行分類(lèi)，得到最佳分類(lèi)。在稀疏表示中，稀疏表示的過(guò)程可以看做廣義矢量量化過(guò)程，其中的每個(gè)信號(hào)用多個(gè)代碼的線性組合表示。當(dāng)要求K-SVD中的每個(gè)信號(hào)只能用一個(gè)原子來(lái)近似時(shí)，K-SVD算法就退化為K均值算法。K-SVD在稀疏編碼與字典更新之間交替迭代，保證總誤差單調(diào)下降，因此可保證能收斂到局部（或全局）最小值，從而得到性能優(yōu)良的過(guò)完備字典。K-SVD訓(xùn)練字典方法廣泛的應(yīng)用在圖像復(fù)原問(wèn)題上?；贙-SVD訓(xùn)練得到的過(guò)完備字典，取得了較好的圖像去噪與超分辨率結(jié)果。
統(tǒng)計(jì)學(xué)中的主成分分析（PCA）的概念，也被引入到字典訓(xùn)練當(dāng)中。在統(tǒng)計(jì)學(xué)當(dāng)中，變量個(gè)數(shù)太多會(huì)增加問(wèn)題的復(fù)雜性主成分分析作為一種統(tǒng)計(jì)分析方法，它可以從多元事物中解析出主要影響因素，簡(jiǎn)化復(fù)雜問(wèn)題。PCA的核心思想，就是將高維數(shù)據(jù)投影到低維空間。尋找 r 個(gè)新變量，使其反映事物的主要特征，每個(gè)新變量是原有變量的線性組合，體現(xiàn)原有變量的綜合效果，則這 r 個(gè)新變量稱之為“主成分”，它們兩兩正交不相關(guān)。這 r 個(gè)主成分可以在很大程度上反映原來(lái)變量的信息。Hui Zou引入了SPCA（Sparse PCA）的概念，他修改了傳統(tǒng)的PCA方法，利用主成分負(fù)載的稀疏性，使算法變得更加易懂，且得到更為稀疏的結(jié)果。
形態(tài)學(xué)成分分析（MCA）作為一種新興的信號(hào)分解方法，吸引了很多人的注意。MCA根據(jù)圖像信號(hào)組成成分的形態(tài)差異性，將圖像內(nèi)容分割為紋理區(qū)域和卡通區(qū)域。不同區(qū)域其擬合字典類(lèi)型不同。小波變換可以很好的表示圖像光滑區(qū)域的特征，curvelet變換通過(guò)帶方向的局部傅里葉基，可以有效的處理邊緣特征。離散余弦變換（DCT）以及Gabor變換是紋理區(qū)經(jīng)常采用的兩種處理方式。MCA充分的考慮了圖像的結(jié)構(gòu)組成部分以及內(nèi)部特征，廣泛用于盲源分離、圖像分解、圖像修補(bǔ)等。
Julien Mairal將自然圖像的自相似性引入到圖像恢復(fù)模型中。圖像的自相似性，其根本是自然圖像的統(tǒng)計(jì)特征。Julien Mairal非局部模型與稀疏編碼結(jié)合成一個(gè)框架，將噪聲在相似塊之間進(jìn)行平均，取得了較好的去噪、去馬賽克結(jié)果。同樣，自相似性在圖像去模糊、圖像修補(bǔ)方面也展示了其良好的性能。
Weisheng Dong提出了一種新的圖像復(fù)原模型CSR，利用減小退化圖像分解系數(shù)與原圖分解系數(shù)之間的差異來(lái)達(dá)到復(fù)原圖像的目的，其本質(zhì)是自相似性的應(yīng)用。在超分辨率方面，他提出了自適應(yīng)稀疏域選擇超分辨率算法，認(rèn)為超分辨率重建結(jié)果的優(yōu)劣很大部分取決于稀疏域的選擇，對(duì)輸入的樣本先采用K-均值聚類(lèi)，采用PCA算法進(jìn)行詞典訓(xùn)練，將非局部相似性（NL）和圖像去噪中的自回歸（AR）模型與超分辨率重建模型有效結(jié)合，提高了超分辨率重建質(zhì)量。
Nebojsa創(chuàng)造性的提出了圖像摘要的概念。他將圖像的特征提取為一幅摘要圖，在圖像處理過(guò)程中，對(duì)該摘要圖進(jìn)行分解處理，這是合理并且有效的。Louise 利用該思想，在圖像去噪方面取得了較好的去噪結(jié)果。
Kostadin在變換域，通過(guò)一組協(xié)作濾波器，將一幅圖像中結(jié)構(gòu)相似的二位塊聚合成一組，形成一個(gè)三維模型，以增強(qiáng)其表示的稀疏性。Aram利用該3D理論，建立了一個(gè)新的圖像模型―BM3D。BM3D在圖像復(fù)原方面表現(xiàn)了其卓越的性能。
最近，保持圖像幾何結(jié)構(gòu)的思想吸引了很多人的注意。Samy Bengio將圖像分割成相互重疊的塊，結(jié)構(gòu)相似的塊組成一個(gè)群組，分別對(duì)每個(gè)組進(jìn)行分解訓(xùn)練，這就是群組編碼的思想，其基本思想類(lèi)似于非局部思想，也是利用了自然圖像的自相似性。關(guān)于結(jié)構(gòu)稀疏方面的研究展示了結(jié)構(gòu)分組比簡(jiǎn)單不重疊的分組更一般的特性。例如，樹(shù)狀分組或是重疊分組。結(jié)構(gòu)稀疏正則化具有十分廣闊的應(yīng)用前景。結(jié)構(gòu)稀疏PCA作為一種新型的有效的非凸稀疏方法，在字典訓(xùn)練方面，可以取得較為理想的結(jié)果。
縱觀稀疏表示理論出現(xiàn)以后的圖像處理論文，廣大研究者著重于研究如何獲得表示能力強(qiáng)的冗余字典，以及通過(guò)結(jié)合多重約束，如平滑約束，相似性約束，幾何結(jié)構(gòu)不變性約束等來(lái)得到高質(zhì)量的圖像，近年來(lái)取得了很大的進(jìn)展。但是稀疏表示屬于一種優(yōu)化問(wèn)題，涉及到字典學(xué)習(xí)和稀疏求解的計(jì)算過(guò)程比較復(fù)雜，因而對(duì)于該理論在圖像的實(shí)時(shí)處理上受到了限制，因此如何縮短計(jì)算時(shí)間也是這個(gè)模型急需解決的問(wèn)題。
2 結(jié)語(yǔ)
