实践图像（共12篇）
实践图像 篇1
摘要：提出“数字图像处理”课程的教学内容设计既要重视基础理论,又要兼顾专业特点,并将传统教学与现代教学方法和手段相结合,进而提出本课程的教学应该与学生科研创新能力的培养相结合,以达到促进学生学好本门课程,并为后续课程打好基础的目的。
关键词：数字图像处理,教学内容,教学方法,科研创新能力
数字图像处理是当今信息处理技术中发展很快且应用面很广的新兴学科,已经渗透到计算机、通信、医学、生物学、军事等各个领域,甚至与人们的生活也紧密相关。数字图像处理是理论性和实践性都很强的学科,是许多高等学校信息类专业的重要专业课程其教学目的是使学生了解和掌握数字图像处理的主要方法与技术,为今后的深入研究和开发工作打下良好的基础。然而,由于数字图像处理技术涉及的知识面广,理论较深奥,同时其内容也在不断丰富之中,如何保证和提高数字图像处理课程的教学质量是值得认真思考的实际问题。
1 制定科学的教学目标和教学内容将Matlab仿真实验引入课堂
我校的“数字图像处理”课程制定了科学、合理的教学目标和循序渐进且兼顾相关学科的教学内容。由于数字图像处理融合了数学、电子、计算机软硬件、智能系统集成等众多先进技术,体现了诸如计算机技术、自动化技术、光学工程等学科相互交叉和融合的综合运用,内容丰富,应用广,因此本课程在教学内容上既要重点介绍数字图像处理的基本理论、方法,又要介绍当今图像处理的重要应用领域以及与其他学科之间的内在衔接与融合,使教学内容具有系统性、完整性、科学性和先进性。在教学内容的选取上,继续深化重概念、重基础、重实验、重综合的“四重”教学,突出学以致用的观念,使学生通过课程学习掌握解决具体问题的方法。以能让学生较深入地理解数字图像处理的基本概念、基础理论以及解决问题的基本思想方法,熟练地掌握数字图像处理的基本过程为目的,使学生在有限的学时内有最大的收获。例如,“图像变换”是“数字图像处理”课程的核心内容,是理解后续的“图像增强”、“图像复原”等内容的基础,因此我们重点讲述了“傅立叶变换”和“小波变换”,将Walsh变换作为学生自学内容。这样选择教学内容的目的,是要使学生明白“图像变换”的目的在于使我们所更关心的一些原始图像的特征更加明显,变换手段不同导致了不同的变换结果。此外,《数字图像处理》课程是一门利用计算机进行图像处理的学科,许多算法最终要在计算机上实现。而现代多媒体计算机中又采用了许多数字图像处理技术,如图像压缩技术、图像处理技术等,因此《数字图像处理》课程教学不能脱离计算机,仅仅纸上谈兵是不够的。将MATLAB仿真研究引入课堂,并贯穿始终,可以化过去的“耳听为虚”为现在的“眼见为实”。在教学中,除了采用普通的多媒体教学手段以外,每次讲到一个知识点时,随时演示一下它的MATLAB仿真程序,把该门课程在现时生活中的应用引入到课堂,以便用来增强学生对抽象的理论原理与实际仿真效果相结合的理解力。讲到利用直方图变换增强图像时,可以给学生演示利用直方图均匀化增强的计算步骤及实例的演示结果。
2 根据专业特色和课程特点,采用先进的教学方法和手段
在“数字图像处理”课程的教学过程中,为提高教学质量,在教学中采用了多种教学方法和教学手段,注重采用多种教学方式调动学生学习的主动性和积极性,加强学生获取知识能力和创新精神的培养,这也是深化教学改革的重要内容。根据“数字图像处理”课程的特点,我们在教学方法和教学手段方面进行了以下的探讨尝试,并取得了一定的成效。
2.1 教学方法研究
在采用课件教学过程中,注重现代化教学手段与传统教学的结合,教学内容与教学方法的优化组合,以启发式教学法为主,贯彻“少而精”的原则,结合具体应用实例,提高学生学习兴趣,激发学生自主探索与研究的积极性。再者,这门课程的内容很多是大串的枯燥繁冗的公式推导,因此在授课的过程中注意对公式原理的总结和归纳是重要的,并且通过黑板板书进行简单实例计算演示(如模版运算、傅立叶变换计算),使得学生易于理解和掌握。
2.2 更新教学手段,采用现代化手段教学
根据数字图像处理课程理论知识比较深奥,实践性强、应用领域广的特点以及现有教学设备、环境的改善,采用Power Point技术制作教学课件。这样能缩短学时,提高教学效果;促进教改,优化教学过程;提高学生自学和动手能力,增强信息素养;大大提高实验效果和学生的兴趣,获得优良的教学效果。课程的教学大纲、授课教案、教学课件、习题、实验指导、参考文献目录等均上网,从而为实现教学资源共享、开展多种形式的教学奠定基础。
2.3 教案电子化和网络化
我们已经整合各类课程教学资源,如课程介绍、主讲教师介绍、教学大纲、授课教案、作业习题、实验指导、参考文献目录、课程考试考核办法、授课实况录像等资源全部上网,建成“数字图像处理”的网络课堂,应用该系统开展网络化辅助教学。例如在“电子教案”栏目中,我将数字图像处理的PPT放置在这里,学生课后可以结合该PPT对课堂知识进行消化吸收,加深对课堂内容的理解。借助网络,学生的学习和与教师交流可以跨越时空。通过网络课堂,既能实现以教师为中心向以学生为中心的转变,为增强学生的信息意识、综合素质、创新能力和个性发展奠定坚实的基础,又能获取同行和学生的反馈信息,促进教学经验交流、教学资源共享甚至教学成果推广应用。
2.4 加强实践教学
数字图像处理是一门关于如何用计算机对图像进行处理的学科。为了使学生系统掌握该学科的基本原理和和典型算法,特别强调通过编程实践,即采用计算机语言进行数字图像处理编程,并上机实现。换言之,数字图像处理是门对学生的动手能力要求很高的课程。
为了使学生在学习数字图像处理基本原理的同时尽快掌握典型算法,我要求学生采用MATLAB语言进行编程。这主要出于两方面的考虑:第一,学生虽已学习过C++语言,但由于图像处理算法的C语言实现的复杂性(例如,读写BMP格式图像文件的C++语言程序代码就有数十行之多),对于C++语言编程不熟练的人很难完成,因此容易使学生产生畏难情绪;第二,由于近年来MAT-LAB编程语言在高校教学中的普及,不少学生在大学二年级通过选修课和数学建模已学习了MATLAB语言,并掌握了MATLAB的一些基本编程能力,因此在学MATLAB图像处理工具箱中的函数时不难上手。
实验内容注重选择该门课程的核心知识点内容,而且又与现实生活中的应用联系密切部分作为实验内容。实验内容主要有:各种图像增强算法的设计与实现、图像边缘检测的设计与实现、图像变换的算法实现、图像分析以及图像恢复等。通过实验练习和指导,学生加深了对课堂教学内容的理解,提高了学习兴趣,大大增强了学生的实践能力。
实验的内容也不仅仅局限于上面提到的几个实验,学生可以自己提出问题,自己设计实验内容,经过编程分析实验,自己解决问题,并以实验报告的形式写清楚实验的原理、过程及解决的现实问题。通过这种方法可以使学生用所学理论解决实际问题,又可使学生有了总结归纳的能力,培养了学生养成主动探究的态度和批判、创新的精神,适应了知识经济时代对人才素质的需求.
3 结束语
针对目前《数字图像处理》课程教学的现状,本文根据《数字图像处理》课程的具体特点,结合教学实践,提出了一系列改善教学效果的思路举措。实验结果表明,这种改革方法不但加强了学生理论知识的学习,还突出了学生的工程意识、创新意识与综合设计能力,使学生的信息综合设计能力和创新能力、科学研究能力都有了明显的提高,从而提高了该门课程的教学效果。
参考文献
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实践图像 篇2
微光图像与红外图像融合技术研究
图像融合技术在微光和红外图像处理中得到了广泛的`应用.为了深入理解图像融合技术以及融合后的图像质量,首先分析了微光和红外图像的融合技术,对微光和红外图像进行了预处理,分析了微光和红外成像过程、图像增强技术、特征提取方法、图像配准等.重点研究了拉普拉斯图像融合、对比度调制融合、基于小波分解的图像融合技术.最后通过实验对这几种融合技术进行了比较,结果显示融合后的图像质量得到了改善,突出了目标轮廓和细节,方便了目标识别.
作 者：曲长文 李楠 何友金 QU Chang-wen LI Nan HE You-jin 作者单位：海军航空工程学院电子信息工程系,山东烟台,264001 刊 名：电光与控制 ISTIC PKU英文刊名：ELECTRONICS OPTICS & CONTROL 年，卷(期)： 14(3) 分类号：V243.6 TP391 关键词：微光图像 红外图像 图像融合
浅谈物理实验图像的教学实践 篇3
关键词：物理实验图像；教学实践
G633.7
历年的高考中，实验题、图像的应用是高考的重点和热点，学生得分率较低，尤其是实验的图像部分更是重灾区，在平时的教学中我也感到学生对实验图像的掌握程度很差，针对这一现象，我做了份学生问卷调查，统计分析发现：绝大部分学生都认为实验课是非常重要的，但很多学生对实验又不是很重视，对实验图像更是不重视，实验不成功时不去深刻分析，对于实验图像的分析全部依赖于老师的讲解，学生基本不会动手去画图像，实验结束后对图像也从不去深刻思考分析。
高中物理是一门具有理化逻辑体系的学科，对学生的抽象思维能力要求相对较高，因此在教学过程中合理运用物理图像功能会使物理教学变得直观形象并能显现出物理过程的动态变化，将物理知识的抽象性变成具体的物理情境。
一、加强物理实验图像教学，有利于提高學生对物理概念、物理规律的深入理解。
物理实验图像是学生通过亲自动手，动作思维，对有关物理概念、定律进行检验，从而进行理论思考的升华的动态过程。物理实验图像教学目的在于通过学生的亲身参与使某一现象发生或重演，促进学生对物理理论知识的消化和扩展，提高学生学习物理的积极性。
例如，在运动学的加速度概念教学中，除了在教学中利用实例及图表数据的分析计算理解加速度概念外，还运用“速度-时间”图象来进一步加深对加速度概念的理解，一方面从图象中可以看出任何时刻的速度大小，另一方面还可以看出速度变化的情况，即加速度。同时，它还包含了位移的大小等于速度线与时间坐标围成的面积。如果仅利用运动学公式和数学极值法去解决运动学问题往往事倍功半，而利用“速度-时间”图象则可以使问题一目了然。
例如，在高一物理运动学的教学中，为了让学生更有效的理解：加速度概念、运动中各物理量之间的关系、运动情景与物理图象的联系等。我们在教学中进行了多元化研究匀变速度直线运动的教学设计：
第一，让生活情景感知探究活动。从生活中寻找运动实例来研究匀变速度直线运动图像。物理教学和生活紧密联系，一方面能够激发学生学习的兴趣，使学生爱学、乐学。“另一方面由于课程内容贴近学生的生活实际，符合学生奇特的想象，学生学习时易于理解和接受，能够培养他们良好的思维习惯。物理教学中体现“从生活走向物理，从物理走向社会”这一基本理念。情景探究活动 ：让学生亲自到交通十字路研究汽车的运动、让学生坐车感知汽车刹车运动，学校操场体育趣味比赛模拟座电梯的运动，进一步理解加速度概念、运动中各物理量之间的关系、运动情景与物理图象的联系。让学生亲自参这些活动，感知运动性质，简化模型，画出实验运动图像（v-t图象，S-t图象，a-t图象）
第二，实验室的实验探究活动。在实验室利用打点计时器和纸带进行研究小车的运动，通过学生的动手实验、数据收集、数据处理、画图像、误差分析等活动，来进一步理解物体的运动的加速度概念、运动中各物理量之间的关系、运动情景与物理图象的联系。第三，利用DCS物理实验室，利用传感器、计算机多媒体技术精确画出物体运动图象来理解概念。
通过多角度对运动进行分析探究，从生活中提出问题，对生活问题进行简化成物理模型，进而进行实验验证和探究。物理实验图像主要是通过物理图像取得物理实验的相关数据，对图像进行分析，选择其中蕴含物理规律的多种数据，利用坐标轴画出曲线图像，绘制出物理数据对应的图像模型。以这些图像和模型为基础，与常见的物理条件或者物理现象结合，对物理知识成立的先决条件进行分析，总结出高中物理知识的相关规律等，有利于提高学生对物理概念、物理规律的深入理解。
二、实验图像教学就是要打破传统的教学模式。
实验图像教学将是培养学生的自学能力、自学习惯，提高学生分析实验图像问题、解决实验图像问题的能力；它改变了学生被动接受知识的习惯，激发了学生主动探究、提出问题并解决问题的积极性。从而提高学生在高考中实验题、图像分析题的得分率.
《新课程标准》在课程总目标中提出：学习科学探究方法，发展学生自主学习能力，养成良好的思维习惯，能运用物理知识和科学方法解决一些问题。实验改进与创新更激发学生学习物理的兴趣，创设生动活泼的教学情景，培养学生的科学态度和价值观。
通过设计改进创新微型化、生活化、探究化的实验引发学生的学习兴趣，激发其潜能。它改变了学生被动接受知识的习惯，激发了学生主动探究、提出问题并解决问题的积极性。教师教学之中，可以达到完善教学目标、增强教学效果、提高教学的质量，强化科研意识，培养创新精神，促进教师的专业化成长，实现由经验型教师向研究型教师的有效转变。
三、物理图象法是重要的思维方法之一，利用图象分析物理问题的方法有着广泛的应用。
高中物理图象是数与形相结合的产物，是具体与抽象相结合的体现，它能够直观、形象、简洁的展现两个物理量之间的关系，清晰的表达物理过程，正确地反映实验规律。利用图象分析物理问题的方法有着广泛的应用。我们可以运用图象直接解题。一些对情景进行定性分析的问题，如判断对象状态、过程是否能够实现等，常可运用图象直接解答。由于图象直观、形象，因此解答往往特别简捷，可使解题过程更简化，思路更清晰，而且在有些情况下运用解析法可能无能为力，但是常能从图象上触发灵感，另辟蹊径，使你豁然开朗。诚然，不是所有过程都可以用物理图象进行描述的，然而如果能够用物理图象描述，一般说来总是有直观、容易理解的特征。另外可以利用物理图象分析物理实验，这不仅可以避免繁杂的计算，较快地找出物理的发展规律或需求物理量的平均值，也可用来定性地分析误差，因为运用数学工具分析实验误差显得很繁琐，且物理意义不太清晰，倒不如一幅图象更明了、更简单。
如：速度-时间图象在实际应用中，可以解决，定性讨论速度、加速度、位移的大小问题；可以解决，求解追及相遇类问题；可以解决求解传送带问题等
实践图像 篇4
一、参考多本教材, 认真备课
备课是课堂教学的一项预先设计, 而课堂教学作为整个教学过程的中心环节, 有很强的科学性和连续性。备课作为教学基本环节的第一个环节, 是课堂教学的起点和基础, 是决定课堂教学质量高低的重要一环, 也是课堂教学艺术的重要组成部分。而Photoshop是一个实践性、艺术性很强的图像处理软件, 作为教师在备课的时候不仅要备好软件的使用方法, 同时要将一些艺术元素融到课堂中, 因此备课时不能只限于1本教材, 要参考多本教材, 通过对比找出适合于学生兴趣以及特点的教学案例给学生进行讲解和让学生操作。
二、采取合理的教学方法
有效的教学方法对提高教学质量至关重要, 对于photoshop图像处理这门实践性、艺术性两个方面都很强的课程, 可以采用案例教学方法。
“案例”教学法是一种运用案例进行教学的方法, 在教学过程中, 要求根据教学大纲规定的教学目的和要求, 以实际案例作为被剖析的对象, 在教师的指导下, 教师和学生要共同参与案例的分析、讨论和寻找实现途径等工作, 它与传统教学模式比较有如下优越性:一是案例教学法可以通过案例把抽象的原理, 概念等具体化, 把他们置于一定的实际情景之中, 使学生可以清楚地认识到这些原理、概念在实际生活中的用处、表现、增进其学习兴趣和动力, 同时也会恰当地掌握它所具有的特定含义和意义;二是案例教学法注重学生的创造能力和实际解决问题能力的培养与发展, 而不仅仅是获得固定的原理、规则。并能指导学生如何用更有效的方式获得这些知识, 而不只是单纯讲授;三是学生通过案例教学得到的知识是内化了的知识, 虽然不一定能把所学到的知识罗列出来, 但学生逐渐学会了如何处理众多的疑难问题;四是案例教学可以活跃课堂气氛, 调动学生参与教学的积极性, 从而达到教与学的互动, 同时检验了学生掌握知识的牢固性和灵活性;五是通过案例教学, 学生不仅可以从中获得知识, 而且有助于提高其思维与表达, 辩述与讨论技能, 增强其面对困难的自信心。因此, 引导学生做好独立分析研究工作是教学的中心环节, 而教学的准备、教师的指导都是为学生的分析研究服务的。例如:给学生上课学习利用Photoshop的通道进行抠图这个知识点时, 上课开始首先复习所有学过的抠图方法 (魔术棒工具、选框工具、套索工具以及路径等) , 在学生掌握这些方法以及通道的基本原理的基础上, 教师可以准备一幅有长头发的明星图片 (明星人物后面有背景图片) 提供给学生观看, 然后提出问题“如何选取明星 (不选取人物背景) ”, 学生首先想到利用“磁性套索工具”去选取明星。思路是对的, 但当请学生实际操作时, 他们会发现用学过的方法选取明星时, 明星的头部特别是头发末梢不好选并容易出错。学生提出疑问:有没有又快又准的方法呢?此处设下伏笔, 强化学生具有对运用知识解决问题的好奇, 激起学生学习的兴趣, 教师在此要进行启发性说明:单色通道中的白色区域 (默认情况下) 可转化为选区, 这样学生就会想到RGB模式下, 通过通道以及图像调整中的“反相”命令可以白色高亮显示, 可一次性将明星的头发末梢转化为选区。通过启发指导学生积极回应, 大家带着问题相互讨论, 亲自动手实验, 可以得到满意的结果。 通过这样的案例教学法, 既增强了学生对计算机软件功能的感性理解, 又逐步使学生形成新颖、正确的思维方法。
三、采取合理的教学模式
photoshop图像处理课程建议采用理论与实践、课堂与实训“教、学、做”三位一体化的教学模式。即以学生为中心的任务驱动, 让学生动起来, 使课堂充满生命的活力的目的。让学生带着问题来听课, 围绕任务去操作, 引导学生边学边练, 使学生在愉快的学习氛围中圆满地完成本堂课所要达到的教学任务。通过本人教学实践, 该教学模式极大地调动了学生的学习积极性, 培养了学生学习自主思考习惯与分析、解决问题的综合能力。该教学模式在photoshop图像处理课程做到了理论与实践的有机融合, 课堂与实训的统一。在实际工作中围绕实际案例, 由浅至深, 从学生看教师做到教师看学生做, 再到教师命题, 学生创作, 让学生从初始单纯对案例的模仿, 逐步过渡到会分析、到学生自主创意, 最终到自主设计制作, 激发他们创作出个性的作品。课堂教学精讲多练, 注重作品分析讲评, 培养学生鉴赏审美能力和设计作品的整体观念;教、学、做、评结合的一体化教学, 更有助于学生实践、创新能力的提高。
四、引导学生采用合理的学习方法
学生要学好photoshop图像处理这门课, 老师不仅要采取合理的教学模式以及方法, 同时作为教师要积极引导学生, 采取合理的学习方法, 以便提高学习效率。在学生学习方法上, 本人贯彻的指导思想是把学习的主动权还给学生, 学有激情, 倡导自主、合作、探究的学习方式, 具体引导学生掌握如下学习方法: (1) 复习与预习相结合; (2) 案例学习法:课堂一开始, 提供学生最终结果的效果图, 做为本单元的案例, 引导学生进行案例示范学习; (3) 模仿学习法:学生模仿案例示范任务, 并带着这些任务去寻找案例制作要点; (4) 任务驱动学习法:通过拓展学习任务的学习, 有效地将课堂和实践结合起来, 将技能实践融入课堂学习。
五、利用技巧加强课堂管理
针对高职学生基础水平起点不一样, 加强学生的课堂管理, 对改善学生之间的水平不齐、整体提高学生的操作技能有一定的作用。因photoshop课程操作性强, 认真听课的学生操作能力比不认真听课的学生操作能力要好得多, 为了杜绝学生不认真听讲的现象, 除了设计精彩的教学案例来激发学生的兴趣外, 还要加强课堂管理的技巧, 例如按学号随机点名让学生上讲台操作给大家演示, 本人通过这种方法使得学生的听课注意力比以往更加集中, 实验课操作能力大大提高。
六、引导学生充分利用网络资源进行自主学习
随着网络的发展, 网络资源越来越丰富, 特别是现在有关photoshop学习的网站越来越多, 其中有不少较好的网站不仅素材丰富, 讲解也详细, 例如:http://www.68ps.com。作为教师通过课堂指导学生学习之外, 还可以让学生充分发挥利用网络资源, 引导学生自主学生, 提高学习效率。
七、结语
总之, 图像处理应用软件Photoshop是一个实践性、艺术性很强的图像处理软件, 其内容丰富, 工具繁多, 采取合理的教学手段对学生掌握图像处理的技能有很大的帮助。本人针对高职学生起点水平不同以及个人审美观、兴趣等方面的差异, 如何上好photoshop图像处理课, 让学生充满兴趣、轻松快乐地掌握知识, 从个人的教学实践出发提出以上几个方面的教学经验, 以便大家交流参考。
摘要：本文针对高职学生起点水平不同以及个人审美观、兴趣等方面的差异, 对如何上好photoshop图像处理课, 让学生充满兴趣、轻松快乐地掌握知识提出了一些有益的教学方法与观点。
关键词：图像处理,photoshop,教学方法
参考文献
[1].张小文.photoshop cs2/cs3平面设计师必读[M].北京:北京希望电子出版社, 2008
实践图像 篇5
基于DEM的星载SAR图像模拟以及用于图像精校正
根据星载SAR的距离-多普勒成像原理对DEM的三维位置点进行成像几何位置的计算,然后根据经验公式给出了雷达后向散射系数的模拟方法.针对DEM格网间隔和SAR图像分辨率的不同,以及由于侧视成像雷达的特点而导致山区的迎坡和背坡模拟图像点密度不均匀等问题,采用了基于DEM格网点内插的算法.最后应用模拟的SAR图像和真实图像匹配来实现星载SAR图像的几何精校正处理.通过采用RADARSAT的`实际图像进行了图像的模拟和几何校正,证明了方法的可行性.
作 者：尤红建 丁赤飚 吴一戎 You Hongjian Ding Chibiao Wu Yirong 作者单位：中国科学院电子学研究所,北京,100080刊 名：中国空间科学技术 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE SPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：26(1)分类号：V4关键词：图像处理 图像匹配 合成孔径雷达 卫星观测
实践图像 篇6
关键词：Photoshop；课程；分段教学；项目教学；实例教学
中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2013) 06-0000-02
1实践平台
利用Photoshop对图像进行效果处理已经在各个领域广泛应用。在所有的图像处理软件当中，Photoshop是被所有计算机应用者使用最为广泛的一款软件。就目前的图像处理技术发展趋势来看，很多人习惯运用Photoshop软件来处理一些有个性的效果图片。Photoshop图像处理课程是中职计算机专业必须开设的一门专业课，主要是由于这门课的应用广泛，贴近现实生活，容易激发学生的学习兴趣。而Photoshop作为图像设计领域的龙头软件，广泛应用于广告设计、网页制作、影像处理等多个行业中，是目前和未来非常热门的就业技能之一。下面我就从以下几个方面谈谈适合《Photoshop图像处理》课程的教学方法。
2实施分段教学和项目教学，提高学生学习兴趣
《Photoshop图像处理》作为一门操作性很强的课程，要求学生有较好的想象创新能力及动手设计能力。我的做法是学习Photoshop课程的前一阶段以“教师讲解示范，学生听讲模仿”的模仿为主，而后一阶段主要以“学生实践提高，教师辅助创作”的创作为主。
在学习的前一阶段主要以“教师讲解示范，学生听讲模仿”的模仿为主，在模仿中熟练掌握Photoshop软件的操作。突出以能力为本位的指导思想，统一按照计划组织教学，有效提高学生的课堂参与率，培养学生的学习兴趣。如在学习“修复工具”时，我就提前帮每位学生拍摄各自的数码照片并邮件发给学生，然后由学生根据自己的或同学的照片去自行进行修改。当学生看到自己的照片不完美时，都会主动去处理，涉及如去除斑点、修正的瑕疵等知识就很容易掌握了，既活跃了课堂气氛，同时也提高了学生的学习兴趣。
第二阶段的教学以“学生实践提高，教师辅助创作”的创作为主，目标是使学生利用Photoshop能独立完成一些常见的平面设计，鼓励学生大胆去设计去创作。由于在这个阶段学生要完成一些平面设计，学生有自己的设计思想和对美感的认识，因此教师只需要补充一些平面设计的基本概念和设计不同内容时惯用的理念及方法。在这个阶段学生是课堂的主体，教师可以使用项目教学法进行教学，所谓项目教学法是通过实施一个个完整的项目而进行的教学活动，在教学活动中，教师将需要解决的问题或需要完成的任务以项目的形式交给学生，在教师指导下，以个人或小组工作方式，由学生自己按照实际工作的完成程序，共同制定计划，共同或分工完成整个项目。在使用项目教学法进行课程教学时可以分以下几个步骤：
（1）确定项目任务：由教师提出一个设计的项目，然后同学生一起讨论，最终确定项目的目标和任务。学生可根据需要提前准备，以利于项目教学的实施。
（2）制定项目要求：项目要求是在该项目训练中要达到的训练目的，也是学生评价的准绳。
（3）项目实施：在这个阶段中，学生明确自己的目的任务，然后按照确立的工作步骤和程序工作，实施过程中，可及时得到教师的指导。结束后将项目实施的步骤简单的记录下来，以利于与复习、总结与提高。对于需要设计的项目，则要通过绘制草图的方式促进项目的更好实施，同时要注明设计说明。
（4）检查评估总结：这个阶段是整个项目活动的总结，是对项目活动结果的检查与评估。评价的方式在项目完成以后，先由学生个人进行自我评价，再由教师点评，让学生明确在项目学习中自己的优点，更好的激发学生的学习积极性，同时了解存在的问题，完善以后的项目学习。具体评价内容包括：技术运用的合理与熟练程度、构图是否美观、色彩搭配、设计思路的清晰与存储的正确性等。
3精心设计实例教学，让实例步骤更详细、更易懂
我所收集的《Photoshop图像处理》实例作品除了强调技术性以外，还要特别强调作品的艺术性，即使是一个简单的效果，也需要从美术的角度进行修饰与润色，使之符合大众审美。例如在讲火焰字效果的时候，一般的都是利用通道来制作完成的，这样的艺术字由于方法是完全一样的，所以最后的效果也是千篇一律的。因此，我采用了另外一种，需要借助于滤镜特效的方式，使整体效果更具艺术魅力。为了让学生能够顺利的完成实例，从而在实践中提高自己的能力，我对每一个实例的操作步骤我都整理打印出来，上机课或是在家里学生只要按照操作步骤去做，就可以得到最终的效果，从而掌握设计思想的精髓。在讲解的过程中，我力求采用最简单、最容易的方法完成每一个实例，尽量采用常规化的技术，避开一些不容易理解的概念。
4创设实践平台，提高学生的实际操作能力
树立“以赛促教，以赛导学”的教学新理念，学校每年举办专业技能大赛，展示获奖学生的Photoshop图像处理作品，调动了学生的学习热情，对学生的学习主动性有了极大的促进作用，对学生的实际动手能力有明显的强化作用。每年选拔在校内技能比赛“图像设计”项目获奖的优秀学生，参加市、区级的中职技能图形图像设计比赛，通过参加技能大赛，借助获奖学生的“以点带面”效应，牵动整个专业的学生积极投入学习。只有为学生打造这样全新的实践平台，才可以从本质上调动学生的学习积极性，让学生爱上Photoshop图像处理这么课程。除此之外，我们还可以专门成立“平面设计课外技能兴趣班”，兴趣班的其中一项重要内容就是“专业设计实战体验”。例如利用周末时间安排部分Photoshop设计能力较好的学生和兴趣小组成员到有合作的设计公司进行观摩实习，在我的指导下承接一些小项目回来设计，让学生尽早融入到职业设计中，这让他们很快明确了自己要学什么为什么要学的问题，让市场来推动学生作为Photoshop图像课程学习的目的，变被动学习为主动学习。并在实际设计中体会Photoshop这门技术职业化、市场化的特点，让学生掌握的技能更实用更有效。
Adobe公司开发的图形图像处理软件Photoshop，自问世以来，一直深受平面设计人员和电脑美术爱好者的喜爱，在平面广告、数码影像处理、图像创意等领域都有很广泛的应用，Photoshop课程也就理所当然地成为了计算机应用技术类专业的必修课程。Photoshop图像处理是一门操作性强、实用性强的课程，教师只有以激发学生学习动机为目的，以市场为导向，结合Photoshop课程的特色与中职学生的特点，调节教学内容与方法，调动学生学习的积极性、主动性，激发学生的学习兴趣。通过课堂教学、技能比赛与社会实践相结合，不断提高学生的Photoshop图像处理技能，从而为学生今后的就业打下坚实的基础。
参考文献：
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数字图像处理实践教学的探索 篇7
数字图像处理是一门实践性与应用性很强的课程,特别是对于应用型本科的学生,更应该突出实践与应用。而选择合适的图像处理软件是实践的基础。签于自身专业的特点,对于通信工程的学生,比较合适的图像处理软件是MATLAB。因为Visual C++对编程要求较高,编写很长的程序才能实现一个简单的功能;而Photoshop则是个大众的处理软件,主要用于平面设计。MATLAB难易适中,并且通信工程专业学生学过信号处理,有相关的MATLAB编程基础。这时MATLAB无疑是一个很合适的选择[1]。
2 教学的组织形式
为了突出实践,在教学过程中采用实验室加多媒体教学的方式,即授课地点选择在配备多媒体的实验室。首先,让学生面对多媒体,讲相关的理论;然后,让学生面对计算机,做编程练习;最后,对动手操作中遇到的共性问题,老师统一做一下讲解。这样,在最大程度上,做到当堂的知识当堂消化。另外,可以借助多媒体的教师端给学生布置作业,发送、接收文件,监控学生的作业进度等。
3 实验项目的设置
实验环节的设计对于实践性很强的数字图像处理课程而言,相当重要。由于课时有限,而又要突出实践。笔者共设计了10个实验项目:分为验证性、综合性和设计性三种类型。验证性实验项目7个:MATLAB图像处理基本命令的使用;图像的基本运算;图像的变换;图像直方图修正;图像的平滑;图像的锐化;图像的复原。综合性实验项目2个:图像的编码与压缩、车牌识别算法。设计性实验项目1个:DCT域图像的数字水印算法。
3.1 MATLAB图像处理基本命令的使用
实验目的:掌握MATLAB中图像的四种类型;掌握上述四种图像的读取、显示、写入、信息查询方法;掌握图像的各种显示技巧。
内容说明:这属于MATLAB图像处理工具箱的入门。四种类型包括二值图像、灰度图像、索引图像和真彩色图像[2]。应明确,索引图像的数据结构,包括像素值与之对应的调色板两部分,真彩色图像是三维数据,包括红、绿、蓝三分量;处理索引图像时一定不要忘掉调色板,否则图像会产生失真;掌握图像的各种显示技巧,如电影放映,纹理映射等,一般学生对此比较感兴趣。将一个图像映射到了圆柱体表面如图1所示:
3.2 图像的基本运算
实验目的:掌握图像代数运算的MATLAB实现方法;掌握图像几何运算的MATLAB实现方法;掌握图像逻辑运算的MATLAB实现方法。
内容说明:其中图像的加、减、乘、除等,可以直接矩阵运算,也可以调用相应函数,如imadd,imsubtract,immultiply,imdivide等;几何运算包括图像的缩放、剪切、旋转等,同样可直接矩阵运算,也可用函数,如imcrop,imresize,imrotate等;图像逻辑运算指与、或、非等,主要针对二值图像。
3.3 图像的变换
实验目的:首先了解图像变换的意义和手段;熟悉图像的离散傅里叶变换(DFT)、离散余弦变换(DCT)、离散小波变换(DWT)频谱的分布特点;通过本实验掌握利用MATLAB编程实现数字图像的变换。
内容说明:有信号与系统、数字信号处理课程作为基础,学生接受变换的概念已经很容易。在此只不过是将一维变换扩展为二维变换。要学生首先了解图像变换的意义和手段;熟悉图像频谱的分布特点,即变换后的系数具有一定的特点,如相关性减弱,能量集中等,便于进一步处理[3]。
3.4 图像直方图修正
实验目的:掌握灰度直方图的概念及其计算方法;熟练掌握直方图均衡化和规定化的计算过程;学会利用MATLAB实现图像的直方图均衡化与规定化。
内容说明:直方图修正是图像增强的一种方法。直方图反映的是图像中各灰度级像素出现的频率。对图像的直方图进行改变,可以改变图像的质量。使各个灰度级的像素数尽可能的相等,即为直方图均衡化,按照规定的直方图来改善原有的直方图,即直方图规定化。MATLAB中有显示直方图函数imhist,均衡化函数imhisq。
3.5 图像的平滑
实验目的:掌握几种常见的图像噪声类型;掌握图像的均值滤波、中值滤波的基本原理;掌握频域平滑的基本原理,用理想、指数、巴特沃斯低通滤波器进行平滑;学会利用MATLAB实现上述典型的平滑处理。
内容说明:图像平滑是图像增强的一种方法。目的是去除噪点,缺点是图像会变模糊。
空域的方法有邻域平均法,中值滤波法。频域平滑是将带噪声的图像进行傅立叶变换,通过去除高频分量来去除噪声。
3.6 图像的锐化
实验目的:掌握图像锐化的原理与常用方法;掌握图像边缘检测与图像锐化的区别与联系;学会利用MATLAB实现图像锐化与边缘检测。
内容说明:图像锐化是图像增强的一种方法,目的是凸显边缘轮廓,得到灰度图像。而图像的边缘检测是把边缘提取出来,得到二值图像。锐化可以用各种高通滤波器,而边缘检测用edge函数,可以使用不同的算子。
3.7 图像的复原
实验目的:了解图像退化/复原处理的模型;掌握图像复原的原理;了解逆滤波与维纳滤波的过程;通过本实验掌握利用MATLAB编程实现图像的恢复。
内容说明:首先明确图像复原与图像增强的区别和联系。这里要注意图像复原的理论偏难,很多涉及到数学上的范数问题。对于应用型本科的学生,主要通过实验让学生观察下复原的效果。
3.8 图像的编码与压缩
实验目的:理解图像压缩的主要原则和目的;理解有损压缩和无损压缩的概念;掌握哈夫曼编码、游程编码与算术编码的原理;掌握常用的图像压缩编码方式-JPEG的过程;利用MATLAB程序进行图像压缩。
内容说明:实际中图像压缩往往要经过多种方法,也就是混合编码,本实验中要学生参照JPEG压缩的过程,选择已经学过的多种编码方式,自己将其组合,对图像进行混合编码,观察图像的压缩效果和压缩比。
3.9 车牌识别算法
了解车牌识别的基本原理与过程;熟悉各个环节的关键技术;利用MATLAB程序进行车牌识别。
内容说明:车牌识别是模式识别的一个重要应用,属于图像识别的范畴。本实验要学生完成车牌图像的边缘检测、车牌图像的定位、车牌字符的分割和车牌字符的匹配识别。
3.10 DCT域图像的数字水印算法
实验目的:了解数字水印的概念、特点、分类及应用;掌握图像数字水印的原理;掌握图像水印的嵌入与提取过程;利用MATLAB实现图像水印的仿真。
下边以此实验为例,详细说明实验原理与内容。
实验原理:
数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向,弥补了传统加密技术的不足,为数字媒体的版权保护和合法利用提供了新的解决思路。所以设置图像水印的相关实验很有必要。
算法的性能指标主要包括不可见性和鲁棒性。按照水印的嵌入位置分类,可以分为时空域与变换域两种。基于DCT域的水印技术是一种变换域方法。图像的DCT变换已经在图像变换中已经学过。
首先将原始图像分成8*8的块,然后对所有的块进行DCT,将水印嵌入到图像块的DCT系数中。图像块的DCT系数可以分为三种类型,低频、中频和高频系数。其中低频系数携带了较多的信号能量,嵌入水印的鲁棒性就好,但是不可见性较差;高频系数主要代表了一些细节信息,在图像处理中容易失去,所以嵌入水印的不可见性较好,但鲁棒性较差;中频系数则处于两者之间。对于嵌入公式,有
其中式(1)为加法公式,式(2)为乘法公式。f为原始图像的DCT系数,w为水印信号,α为嵌入水印的强度,通常由实验可得,f'为嵌入水印后的系数。
实验内容:
(1)水印的嵌入
设计一种数字水印算法,包括嵌入的系数选择与公式的选择,将水印(32*32大小)嵌入到原始图像(256*256大小)。水印嵌入后的图像质量,客观评价标准是均方误差MSE与峰值信噪比PSNR,定义式如下。
根据以上公式编写峰值信噪比PSNR函数,计算嵌入水印前后图像的PSNR。
改变嵌入强度,观察相应的图像质量,并计算PSNR值。
(2)水印的提取
设计相应的提取算法提取水印。提取的水印与原始水印之间的相似程度用归一化互相关系数NC表示,根据NC的大小可以判断是否含有水印。公式如下。
编写归一化互相关系数NC的函数,计算两个水印的相似程度。
(3)性能的测试
对加入水印后的图像进行噪声攻击,重新提取水印,计算NC,测试算法的鲁棒性。
下图为原始图像、水印及嵌入各种强度水印后的图像的实例如图2所示:
嵌入水印后的图像如图3所示。
采用实验室加多媒体教学的形式,可以选择一些实验作为课内外练习,或让学生按照自己的兴趣选作,就可以解决实验课时有限与增加实践的矛盾。对于验证性实验,要求学生自己独立完成。对于综合性与设计性实验,根据学生情况,可以4-5名学生组成课题小组,各自有不同的分工,合作完成一个课题[4]。
4 结论
使用实验室加多媒体的教学方式,结合MATLAB软件的使用,取得了较好的教学效果:
(1)与传统的板书方式相比,学生普遍欢迎这种教学模式,能够在实际动手操作中,看到实际的处理效果,学习积极性有很大提高;
(2)在综合性与设计性实验中,某些理论是没有学过的,学生能够通过查阅文献或创新思路来优化自己的课题,激发了学生的创造性;
(3)分组完成实验过程中,锻炼和增强了学生合作精神,学生在交流的同时加深了对知识的理解;
(4)通过实验,将所学理论与实践联系起来,看到了自己的所学理论怎样在实际中应用,加深了对基本知识和概念的掌握。
摘要：根据应用型人才的目标和数字图像处理课程特点,提出了一种基于MATLAB的实验室加多媒体教学模式,重点讨论了实验项目的设置。实践证明,这对于提高学生的兴趣和动手实践能力具有重要意义。
关键词：数字图像处理,MATLAB,实验设置
参考文献
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实践图像 篇8
现阶段我国为遥感专业人才培养设置的本科专业主要有摄影测量与遥感、遥感科学与技术、地理信息科学等, 在这些专业的培养方案中, 《遥感导论》和《遥感图像处理》在多数高等院校中都有开设, 并为专业核心课程之一, 有的高等院校还开设了《数字图像处理》。《遥感导论》和《数字图像处理》两门课程可以视为《遥感图像处理》的前期基础课, 因而在课程学期安排上应该提前。
《遥感图像处理》以地理学、测绘学、数理统计、计算机技术等为背景, 在学习了遥感技术、图像处理技术的原理和理论基础上, 着重介绍遥感信息处理的原理、过程与方法, 并掌握遥感图像处理技术的发展动态与实际应用。由于《遥感图像处理》是多学科的交叉, 与很多专业都有很密切的联系, 而且发展速度较快, 在遥感图像处理的教学中, 一方面要求不同对象的学生掌握、理解或了解图像处理技术的基本原理;另一方面, 还要求不同对象的学生理解或了解遥感图像的成像机理、处理技术和流程等。同时, 图像处理技术和遥感技术具有技术更新快的特点, 因而还需要学生掌握现阶段的状态以及最新发展情况。除了教学内容和教学方法外, 实验教学也是《遥感图像处理》课程的重要的环节, 传统的课程教学大都偏重于理论, 一些已有的实验也主要是针对特定图像处理的一些应用, 缺乏图像处理技术应用与遥感图像特征无缝结合和系统组织。
总的来说, 目前的《遥感图像处理》课程体系主要存在以下几个方面的问题[2]: (1) 传统的课程体系多注重经典理论, 轻实验和实践[3]。除了应该重视理论教学外, 有效地利用实践教学环节, 有利于学生理解和掌握该课程内容, 取得事半功倍的教学效果; (2) 传统课程体系脱胎于数字图像处理, 和遥感处理关键技术之间存在断裂面, 遥感处理知识体系不够完善。
本文以我国高等师范院校开设的遥感科学与技术、地理信息科学专业为例, 针对《遥感图像处理》课程的教学目标, 提出了适合高等师范院校本专业领域学生的课程体系的构建方案, 并就其实践教学的效果和课程体系特色进行介绍。
1 课程体系的建立
内容的模块化设计是目前课程体系建设的主要方案, 在很多高等院校的专业教学中得到了较好地应用[4]。为适于高等师范院校开设的遥感科学与技术、地理信息科学专业教学需求, 通过近10年左右的实践教学, 我们将《遥感图像处理》的课程体系结构分为7个模块, 如图1所示。
(1) 图像基础模块:这一部分主要介绍遥感数字图像的基础知识, 主要包括遥感数字图像、遥感数字图像的计算机存储、遥感数字图像的计算机视图与表达等内容, 让学生了解遥感数字图像的基本概念和特点, 并从计算机存储和显示的角度, 定性了解数字遥感图像, 引导学生建立遥感图像处理研究和实践的兴趣。
(2) 定量遥感处理模块:遥感定量化是当前技术发展的重要方向之一, 其分析和处理过程涉及到物理、大气等学科;本科生由于前期所开课程较少, 感觉定量遥感处理的难度较大, 因而我们主张在本科阶段掌握定量遥感的基础理论和图像处理, 深层次处理设置在后续的研究生课程开设。
该模块的主要内容涵盖辐射定标、大气校正、热红外地面温度反演等, 以Landsat TM图像为例, 了解遥感图像的辐射校正和定量反演的技术方法:辐射定标结合Landsat TM的0级、1级产品, 介绍遥感图像数字值 (digital number, DN) 转换为光谱辐射亮度的方法;大气校正主要讲述基于辐射传输方程的校正方法, 结合6S和MOTR AN辐射传输软件包, 完成遥感图像的大气校正;热红外图像地表温度反演以Landsat TM6为例, 介绍单波段热红外图像的地表温度反演方法和技术流程。
(3) 几何遥感处理模块:该模块针对遥感成像的纯中心投影、多中心投影、侧视雷达等不同构像方式, 解释它们的几何纠正方法和技术流程;对于多项式纠正方法重点介绍, 强度多项式的构建、地面控制点的选择、最小二乘法拟合等相关内容。
(4) 数字图像增强模块:数字图像增强模块按照彩色增强、辐射增强、空间域增强、频率域增强、多光谱增强等顺序进行讲解。在这一部分, 我们遵循系统深入的原则, 基于遥感数字图像处理的实例, 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基础课程 (如《遥感导论》和《数字图像处理》) 所学基本理论和方法的深入理解, 使其充分认识遥感机理理论知识在遥感图像增强应用中的指导意义, 并体会理论本身的魅力。
(5) 遥感图像融合模块:该模块从遥感图像融合的目的出发, 介绍图像融合的主要方法和技术流程、图像融合结果的性能评估等;联系数字图像增强模块的多光谱增强子模块, 以HIS变换、主成份分析、傅里叶变换和小波变换等为基础, 阐述遥感图像融合的主要技术方法, 并对其方法的缺点进行分析, 提出改进的遥感图像融合方案。
(6) 遥感图像分类模块:该模块主要包括计算机分类的基本原理、非监督分类、监督分类、计算机分类的新方法、分类结果后处理、精度评估等内容。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, 选择最小距离法、ISODATA、最大似然分类法等, 重点讲述其基础理论和技术方法, 激发学生学习兴趣。
(7) 变化检测模块:该模块是对前面所学模块的综合运用, 向学生展示《遥感图像处理》立体而丰富的专业内容。在介绍遥感图像变化检测意义和技术流程的基础上重点论述变化检测的分类后比较法和直接比较法;将变化向量分析法 (CVA) 作为典型算法进行讲述, 通过土地覆被变化检测的应用实例, 综合遥感图像辐射校正、几何纠正等知识, 重点论述变化强度和变化方向的确定方法, 并利用图像处理实践提升学生的研究性思维, 初步培养学生的创新能力。
2 课程教学实践及其特色
2.1 加强实践教学环节, 注重动手能力的培养
本课程主要教学目的是使学生了解和掌握遥感信息处理的基本知识、方法、基本技能和发展动态, 初步掌握应用遥感信息处理技术分析和解决实际问题的能力。因而, 实践教学能力培养是我们课程建设的核心部分。我们在每个模块中设置了多个实践环节, 多角度、多目标的提升学生动手操作能力。
主要的实践环节包括: (1) 遥感数字图像的读入及其显示的计算机编程实现; (2Landsat TM图像的辐射定标; (3) 基于6S和MOTRAN的Landsat TM图像的大气校正 (4) Landsat TM6热红外地表温度反演; (5) 遥感图像的几何纠正 (多项式模型和雷达图像的距离-多普勒模型) ; (6) 遥感图像增强1 (直方图变换和直方图匹配) ; (7) 遥感图像增强2 (平滑和锐化) ; (8) 遥感图像增强3 (傅里叶变换及遥感图像周期性条带噪声的去除) ; (9) 遥感图像增强4 (HIS、PCA) ; (10) 遥感图像融合及其性能提升 (HIS、PCA) ; (11) 遥感图像分类1 (最小距离方法) ; (12) 遥感图像分类2 (ISODATA、最大似然法) ; (13) 遥感图像分类的新方法3 (面向对象法) ; (14) 遥感图像分类后处理; (15) 遥感图像分类结果精度评估; (16) 土地覆被变化遥感变化检测。
通过理论学习、实践处理等环节, 增强学生对本课程的理解, 并在此基础上使学生进一步掌握遥感图像成像的基本原理、基本理论和这些理论在遥感图像处理中的应用。近10年的教学实践证明, 该课程的实践教学环节较好地调动了学生专业学习的积极性, 取得了较好的学习效果。
2.2 内容延伸模块化, 形成分层次课程体系
我们依据课程教学内容, 构建了授课内容的基本框架, 按照教学内容分块设置, 根据学生学习阶段、课时安排、专业特色延伸等可以灵活变化, 因而给授课内容带来了较大的机动性。
在每个教学模块中首先确定知识体系和拓展专题内容, 将这些拓展专题分为偏应用型和偏理论型。每个专题中设置基本内容和扩展内容, 形成模块化分层次的课程体系。
例如:在数字图像增强模块中, 目前的大多数教材中存在直方图均衡化的内容, 然而随着图像处理技术的发展和应用的拓展, 人们发现在绝大多数遥感图像增强处理中不适合直方图均衡化处理, 因此这部分内容可以不讲或让学生自学。图像增强部分的内容非常多, 使学生清楚掌握第一节内容介绍的关键词, 课程的延伸内容就会更易理解。根据学科特色和学习层次, 可以有意识地引入偏应用专题或偏理论专题, 更好地满足不同目标、不同层次的学生的需求。
通过遥感图像处理课程教学内容的分块划分, 形成了层次化、模块化课程体系, 在确保授课内容体系完整情况下, 使内容选择更具条理和可操作性, 便于培养不同目标导向的学生, 更适于我国高等师范院校相关专业的教学设计。
2.3 多目标人才及其创新能力培养
社会对人才可以从不同的角度加以分类, 从生产或工作活动的目的来分析, 现代社会的人才可分为学术型 (理论型) 、技术型、工程型和技能型等。多目标人才就是多功能人才, 其特点是多才多艺, 能够在很多领域大显身手。当今社会的重大特征是学科交叉, 知识融合, 技术集成。因而, 《遥感图像处理》多目标人才培养是培养学生在各个方面都有一定能力, 同时在某一个具体的方面要能出类拔萃。
在高等师范院校地理学背景创办遥感科学与技术、地理信息科学等本科专业的情况下, 不同层次、不同培养目标导向, 可以让学生针对自己的发展方向选择应用型还是研究型, 因而该课程体系更加具有灵活度。我们课程体系中设置的定量遥感模块, 可以满足学生在应用型《遥感图像处理》课程中学习到研究型知识, 丰富和完善学生的有关遥感处理的知识结构, 提升学生的创新能力。实践教学证明, 我们的本科生经过该模块的学习, 也能够独立完成研究方案构思和具体研究路线设计, 并在老师的指导下撰写科学论文。
3 结语
卫星遥感、图像处理技术的迅猛发展, 其应用领域愈来愈广泛, 该领域受到很多学生的垂青, 激发了他们的学习热情。目前很多高等院校都开设了《遥感图像处理》这门课程。如何根据各个高等院校的学科特色、学生特点构建适合自己的课程教学体系、安排好授课内容、提高教学方法和教学手段的有效性是很多高等院校主讲教师最关注的, 同时对于提高学生学习兴趣、加强实践应用能力以及培养信息技术时代的创新型人才具有重要意义。
笔者结合多年《遥感图像处理》课程的教学经验, 设计了一个课程内容模块化、专题内容可延伸、分层次的课程体系, 它采用专题框架, 在保证授课体系完整性的前提下, 授课教师可以依据人才培养目标、专业特色、学时要求引入模块化延伸内容, 有机地将课程教学内容联合在一起, 形成多层次、多目标的授课内容。实践证明, 该课程体系设置达到了我们高等师范院校相关专业的课程教学预期效果, 可以为我国其他高等师范院校的相关专业的《遥感图像处理》课程教学提供参考。
参考文献
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实践图像 篇9
生物医学工程是理工医结合的交叉学科,它是应用工程技术的理论和方法,研究解决医学防病治病,保障人民健康的新兴边缘科学,是多种工程技术学科向生命科学渗透和相互交叉的结果,并已成为生命科学的重要支柱。《医学图像处理》是以《数字图像处理》为基础,结合医学院校的特点和教学要求,以医学图像为处理方向而开展的一门课程,是生物医学工程专业重要的专业基础课程。如何结合生物医学工程专业特点和数字图像处理本身的特点,提高课程教学水平,培养学生的创新意识和科研能力,是重要的教学研究课题。为了更好地培养具有创造新知识的研究型人才,医学图像处理课程在教学课程建设的同时,进行了研究型教学模式的改革与实践,主要在研究型的课堂讲解和讨论、课程基础实验、课程设计等教学环节进行了探索[3,4,5]。
1 课堂讲解和讨论
课堂教学是学生进行理论学习的主要场所,也是他们接触课程的第一场所,因此,课堂教学方法的改革应放在重要位置。为了让学生真正对这门课程感兴趣,达到好的教学效果,利用多媒体,采取教学和科研相结合的教学方法,将理论知识和相关的科研成果以丰富、直观的形式展现给学生,并通过增强教与学的互动性,提高学生学习的积极性,激发学生的参与热情,从而牢固掌握理论知识和加深对课程的了解。
在课程的理论教学中,由于医学图像处理课程学习需要学生具有一定的数学和数字信号处理等方面的知识,而医科类学校学生的理工知识相对较弱,因此,如果在课堂上过于注重医学图像处理的理论知识,会使得学生对相关的数学公式推导产生恐惧感,容易失去学习兴趣,导致不能理解所学的内容。针对上述问题,对教学方法进行了改进,通过将抽象的概念具体化来促进学生对重要理论知识的理解与掌握,激发学生的学习兴趣。在教学过程中,教师尽量淡化相关理论的数学推理,更多地强调医学图像处理的实际应用。教师上课时结合医学图像处理教学的具体内容,充分利用多媒体,通过在课件中插入示例图像和动画等引入生动形象的医学图像处理实例,进一步帮助学生加深对教学内容的理解。此外,为了更好地使教学和科研相结合,教学在教授课程具体内容时,增加了相关内容的国内外最新研究进展和成果,使学生对相关理论的当今发展状况、发展趋势和研究成果有进一步地认识。通过把科学研究与本科教学密切结合,能够更好地拓宽学生学术视野和激发其创新灵感,为培养具有创造新知识的研究型人才打下基础。在教学过程中,课程与就业的关系也一直是学生们关注的问题。因此,在教学内容中融入了相关的就业方向介绍,介绍了医学图像处理在医院和医疗器械公司等的应用状况,同时简单介绍了课程中没涉及到而与工作相关的医学图像处理知识,供学生们自学。通过这些与工作相关的讲解,一方面增强了学生的自信,获得了更好的教学效果,另一方面拓宽了学生的视野,引导他们寻找自己发展的方向和目标。
2 课程基础实验
实验教学是课程教学的重要组成部分,通过实践动手环节,不仅能加深对理论的理解,而且能培养学生独立思考和创新实践能力。实验教学在高校研究型人才的培养过程中担当着重要的角色,是当前高校教学改革研究的重要方向之一。通过对医学图像处理课程基础实验的研究,对相关的实验内容和教学方法等进行了相应的改革,使学生能更深入地理解图像处理的基本概念、基础理论以及解决问题的基本思想方法,掌握基本的图像处理技术,为将来应用于实际和进行科学研究打下良好的基础,同时,也为下一步的图像处理课程设计打下基础。
在基础实验教学过程中,首先对实验内容进行了改革,虽然目前有很多现成的matlab图像处理的实验指导书,但它们都存在一些相应的问题,对医科类学校的学生并不适用。针对此问题,结合matlab在图像处理中的应用,以及所教授的图像处理理论内容,重新编写了医学图像处理实验讲义。实验内容进一步细化,将原来的大实验细分成多个小实验,每次实验教学的学时数也由原来的4个学时改为3个学时。具体的实验内容根据教学进度和循序渐进原则设计,包括数字图像处理基础、直接灰度映射和直方图变换、空域滤波的实现、频域图像增强、图像恢复和投影数据采集与图像重建等,实验内容基本覆盖了所教授的理论内容,实验的要求和难度也随着实验的推进而增加。在实验教学方法上,首先,为了加深对所学理论的理解,根据理论教学进度适当地安排实验。例如,在教授了图像质量和采样与量化的内容后,马上安排相应的实验,通过实验让学生更好地理解图像空间分辨率和幅度分辨率对图像质量的影响。其次,对实验的完成过程进行了改变,减少了实验前的详细讲解,增加了对学生的单独讲解,并要求学生提前预习,在实验室独立完成实验内容。学生在预习后带着问题来上课,同时,由于没有了实验前的详细讲解,学生需要自己独立思考来完成,当学生遇到自己无法独立解决的问题后,再由教师进行详细讲解,这样不仅能加深学生对实验的印象,而且能培养学生的独立思维能力。最后,对实验内容进行了改革,增加了更多的分析思考内容,使学生不但能得到正确的结果,还要明白为什么会得到这样的结果,从而从本质上理解相应的图像处理理论。例如,在利用直方图均衡方法进行图象增强时,不仅要求得到直方图均衡前后的图像及相应的灰度直方图分布,而且还要求画出直方图均衡前后图像的变换函数,并根据变换函数分析直方图均衡原理。同样,在进行频域图像增强实验时,不仅要求掌握频域增强的基本原理,而且增加了画出相应滤波器的三维图形的内容,滤波器的三维图形能够更形象生动地显示其性质,使学生更易理解相应的滤波原理。
3 课程设计
经过图像处理理论和基础实验的教学,学生具备了基本的图像处理理论知识和相应的实践能力。为了更好地提高学生在医学图像处理上的实践和创新能力,我校生物医学工程专业设置了医学图像处理课程设计教学环节。课程设计以《医学图像处理》知识为主,同时综合了《医学成像系统》等相关课程的知识,通过以解决实际问题为中心的综合性和设计性实验,将理论知识与科研实践相结合,重点培养学生运用所学知识分析问题、解决问题的实践能力,并通过课程设计扩大学生知识面,培养学生创新思维和能力,为今后的研究和工作打下坚实的基础。课程设计选取科研和实际应用中常用到的医学图像,包括X线图像、CT图像、MRI图像和造影图像等,根据常用到的图像处理方法设计出不同的题目,辅导学生完成其中一个常见医学图像的分析处理系统的设计和信息处理。课程设计以能力培养为主,不规定具体的实现手段,只提出实验设计目标,锻炼学生独立分析和解决问题的能力。
课程设计为36学时,内容包括医学图像的边缘提取、CT重建和定量分析等,由不同的教师结合自己的科研给出题目和设计目标。课程设计内容具体过程包括:①给学生讲解课程设计要求,指导教师给学生下达课程设计任务书,课程设计任务书主要包括:课程设计题目、课程设计目的、实验内容、技术指标等,此外,课程设计报告书的格式要求、课程设计答辩要求以及课程进度要求等相关资料也同时发给学生;②学生在教师指导下自行检索、查阅相关文献资料,对课程设计的内容和国内外研究现状有一定的了解;③学生独立进行研究课题的设计和实验,同时指导教师要根据实际中出现的问题给予指导和把握课题完成进度;④学生按照规范格式撰写课程设计报告,进行课程设计答辩,要求每个学生根据自己的实验内容和结果做成课件,并进行口头答辩,每个学生完成口头报告后由教师或学生进行提问和答辩。答辩委员会由5位指导教师组成,他们分别给出每个学生的答辩成绩,最后的答辩成绩为答辩的平均成绩。课程设计的总成绩由课程设计报告和答辩成绩组成。课程设计的安排与操作和毕业设计类似,由于课程设计安排在大四上学期,因此,这样的安排不仅能提高学生利用图像处理解决实际问题的能力以及语言表达能力,而且为下学期的毕业设计打下了基础。
课程设计起到了教学和科研相结合的桥梁作用,能够很好地培养学生将理论知识与科研实践相结合的能力,它不仅有利于学生创新思维的培养,同时也是教学的重要补充。下面以本专业2007级本科生的课程设计为例,说明如何通过课程设计将教学和科研相结合,培养学生的创新意识和科研能力。本专业2007级共2个班,57人,每5-6人一组,由课程设计教学组给出10个课题,通过学生自选和教学组讨论的形式来决定每个小组的选题,每个小组成员自己独立完成课题,同时鼓励学生创新。设计题目大多是与指导教师相关的科研课题,其中,2个题目是基于DSP的医学图像处理,其它的题目包括冠脉造影图像心血管边缘提取、耳蜗的CT重建及三维可视化、造影图像中冠状动脉定量分析研究、MRI图像的有约束恢复和几何失真校正、CT图像的空域增强、x-ray图像的空域增强和滤波处理、基于图像纹理特征的肝疾病辅助诊断、磁共振弥散张量图像的中值滤波处理。这些题目很好地将教学与科研结合起来,以耳蜗的CT重建及三维可视化为例,在教授图像重建理论及实验时,目前大多数高校利用Shepp-Logan头模型来讲解原理或进行重建实验。然而,Shepp-Logan头模型仅是人工构造出来的一个模型,而且仅能重建出一个层面的图像。在该课题中,学生需要利用科研中得到的180°范围内不同角度下豚鼠耳蜗的投影图像重建出耳蜗的不同层面的图像,并分析不同的采样角度间隔对CT重建结果的影响,同时在CT重建的基础上,利用amira等三维可视化软件重建出耳蜗的三维结构。该课题不仅是课堂上教授的图像重建理论的延伸,而且很好地与科研结合起来,能够培养学生将课堂上的理论知识与科研结合起来的能力。同样,在x-ray图像的空域增强和滤波处理、CT图像的空域增强和磁共振弥散张量图像的中值滤波处理等课题中,需要学生把相关的图像处理知识应用到实际中的科研课题中。此外,为了满足不同层次的学生,适当增加了一些需要难度稍大的题目,如造影图像中冠状动脉定量分析研究和基于图像纹理特征的肝疾病辅助诊断等,这些课题需要的知识课堂上没有详细讲解,需要学生自学并灵活应用,从而更好地培养他们的创新能力。
通过课程设计的训练,一方面使学生掌握的图像处理基本理论和分析方法得到进一步巩固和扩展,拓宽了学生在医学图像处理领域的视野,并使他们能够很好地将理论知识和科研实践紧密结合,同时具备了解决一般医学图像处理相关问题的能力;另一方面,通过撰写课程设计报告和进行口头答辩,培养了学生分析和总结实验结果的能力,以及科学论文写作和口头表达能力。
4 总结
教学和科研相统一原则是创办研究型大学的重要标志,在高校的创新人才培养体系中占有重要作用。《医学图像处理》是生物医学工程专业的主干课程。在实际的教学中,结合生物医学工程专业特点和数字图像处理本身的特点,对课程的研究型教学模式不断进行探索和实践,通过理论讲解、基础实验操作和课程设计等教学环节,把教学与科研很好地结合起来,提高了学生的综合素质,培养了学生的创新意识和科研能力。
《医学图像处理》教学探索与实践是一项长期而艰巨的任务,为了更好地培养学生在医学图像处理方面的创新思维和科研能力,在下一步的工作中,还需要进一步地探索与实践。例如,把实验环节的题目根据不同的主题进一步细分,适当增加相关的内容;对于课程设计,需要在增加题目的同时对课题进行不断改进,让其更好地与科研结合起来;依托学院的国家级人才培养模式创新实验区,鼓励本科生进入创新实验区,参加医学图像处理相关的科研工作。
参考文献
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[2]傅树京.高等教育学[M].北京:首都师范大学出版社,2007:175-188.
[3]李露,谢凤英,姜志国,等.关于在实验课程中培养研究生创新实践能力的探索-以数字图像处理实验课程教学改革为例[J].实验技术与管理,2010,27(11):235-237,248.
[4]郑旭媛,田心.“数字信号处理”课程研究型教学改革与实践[J].西北医学教育,2007,15(3):513-514.
图形图像处理课程教学设计与实践 篇10
关键词：办公自动化,教学模式,一体化
随着计算机技术的发展, 多媒体计算机技术的成熟, 图像处理技术在社会中扮演着越来越重要的角色, 其应用领域十分广阔, 涉及照片处理, 电脑插画与绘画, 平面设计、动画制作等多项领域。学习图像处理技术首先必须了解数字图像的基本原理和基础知识, 理解数字图像构成的基本单位、原理、位图与矢量图的区别, 常见的数字图像格式, 为后续学习打基础。图像处理是多媒体素材采集和应用中的一个重要组成部分。图形图像处理课程要求学生能熟练掌握创建或获取原始图像的方法、用图像编辑软件对原始素材进行编辑的一些常用方法与技巧。本文以Photoshop图像处理、图章制作为例, 结合教学过程分析, 拟通过对图像处理课程教学实践方法的总结, 以期为从事相关课程教学的教师进行教学改革提供一定的参考, 同时希望能对教学实践的改进和进一步提高学生对图片处理的操作能力起到促进作用。
一、图形图像处理课程教学目标任务
知识目标是让学生了解对图片的制作方法, 以及相关的操作步骤。能力目标是通过实践操作和交流探索, 使学生具备绘制图形和处理图形的能力以及解决实际问题的能力。情感目标是学生通过完成图章的这个作品, 培养善用计算机应用软件的意识。该课程的教学重点是: (1) 文字工具的使用及相关属性的设置; (2) 图层的使用 (3) 路径的使用和路径及插入文字间的联系。教学难点是: (1) 滤镜的应用; (2) 运用相关知识制作出逼真的印泥残缺不齐的效果。针对教学重点和教学难点, 可以采取以下教学策略:以制作图章这个具体的案例来安排课堂主题任务活动, 主动探索图章制作过程。最终让学生达到可以运用前面掌握的知识初步完成图章的制作, 然后学习滤镜的运用, 进一步使图片做的逼真。
二、图形图像处理课程教学过程设计与实践方法
虽然学生对图像处理很感兴趣, 但对于图像处理的基本概念知之甚少, 如分辨率、位图和矢量图、颜色、图形与图像、文件格式等抽象的知识模糊不清, 也疲于学习, 所以将概念具体化、形象化才能更好地提高教学效果。在该门课程的教学设计上, 首先是新课引入, 通过展示漂亮的图片提问:图片的那部分是经过处理的, 引导学生观察, 以美激趣, 唤起学生探究的意愿, 激发学生创作的欲望。因此在内容的处理上可运用“对比教学”法, 从学生的实际和兴趣出发, 以具体的“图像”为事实依据, 让学生不断地对比学习, 不断地将抽象的问题逐步消化。一般的引入方法是:同学们, 结合之前所学的知识, 四人一组进行讨论, 简要的回答图片处理的基本步骤。在具体实施时, 可以结合图片, 情境引入、提问引入, 以美激趣、以疑促学。
在此基础上是进行新课的实际教学。根据教学内容, 选用合适的图像素材, 对比不同分辨率的不同效果以及不同格式的图像文件的大小及效果。一是观察结果图, 新建图层。提出:很多的形状都是围绕着中心点展开, 如何确定中心点。 (调出标尺工具, 用移动工具拖拉出两条相交的辅助线) 。二是写上文字, 提出:如何写出与圆弧契合的文字 (路径与文字的关系) , 以中心点为圆心画圆, 建立圆形的路径, 使用文字工具附着到路径上。三是在“文字工具”属性栏对文字属性进行设置 (大小、字体、颜色、以及利用调板对字符和段落调整) 。四是提出:五角星如何画 (利用多边形工具, “在多边形工具”属性栏设置为星形。以中心点为起点) 。基本的图章已经出来了, 但是有点美中不足的就是什么呢 (最后利用橡皮擦工具对图片进行修整) 。需要提醒的是:在教师演示过程中, 学生在认真观看演示步骤的同时一定不要忘了记下关键的地方。
教师的演示示范之后, 重点要进行实训教学。通过学生的动手操作, 把老师刚刚讲的知识点巩固, 要达到模仿操作的目的。教学方法是:制作图章完成, 下面同学们根据回忆老师讲解的操作步骤, 自己动手操作一遍, 四人一组进行讨论交流, 然后进行作品展示, 评点。为了强化学生的知识掌握, 在掌握基本知识的前提下, 在操作过程中必须要有自己的思想, 这样才能学以致用。教师要对课程进行总结, 并鼓励学生进行深入学习。
图形图像处理课程内容较多, 也比较抽象, 但如果教学设计做得好, 也可以使抽象的内容很具体, 教师在教学过程中如何化抽象为形象, 如何穿插操作来进一步理解理论概念, 如何合理安排时间, 如何保持学生的学习兴趣是该课程教学的最大难点。为了增强教学效果, 提高教学效率, 教师可以采取成果展示法、讲练结合法、示范操作法、任务驱动法、分组讨论法等教学方法, 以“图”为事实依据, 通过学生体验活动, 促使学生投入较高的学习热情, 并积极与老师探讨一些图像处理的其他内容, 得出图像的基本知识, 从而构建知识, 得到较好的教学效果。
参考文献
[1]丁晓燕.关于图形图像处理课程的教学探讨[J].计算机时代2011 (3) .
实践图像 篇11
作者简介：曹玉东，辽宁工业大学通信硕士点负责人，副教授；孙福明，辽宁工业大学电子与信息工程学院副院长，教授； 王冬霞，辽宁工业大学研究生学院副院长，教授
项目资助：辽宁工业大学研究生教学改革研究项目（210409）
摘要：分析了MATALB軟件在研究生的数字图像处理教学中应用的可能性，介绍了数字图像处理与MATLAB互补教学模式的优势和实施案例。结合数字图像处理和MATLAB程序设计的教学要求，在教学内容、教学方法和教学手段上做了一些探索和尝试，教学结果表明互补教学模式提高了教学质量，提高了学生的工程实践能力。
关键词：互补教学； 数字图像处理教学； MATLAB语言教学
【中图分类号】TP391.41-4
一、数字图像处理和MATLAB教学现状与问题
数字图像处理是我校通信类研究生的学位课程，MATLAB语言是该专业的非学位课程。数字图像处理课程要求研究生掌握图像处理的基本理论、基本方法，能够将其应用到实践中，这门课程具有较强的学科交叉性，涉及到模式识别、计算机视觉、信息编码与传输等领域的知识。数字图像处理和MATLAB语言课程的传统教学模式是各自处于独立状态，学生普遍感觉数字图像处理课程难学，MATLAB课程枯燥。
二、教学软件的选择
数字图像处理是一门理论与实践、原理与应用紧密结合的课程。对学生的要求是掌握图像处理的基本知识和基本理论，能结合具体的软件工具验证相应的理论和算法[1]。从数量和易用性上看，与图像处理有关的C语言共享程序都不如MATLAB的图像处理共享软件[2]。选择MATLAB作为图像处理教学和实践的软件符合普通高校的实际情况。同其它软件相比，MATLAB能方便地处理矩阵的各类复杂运算，而图像的原始表达模式就是矩阵，所以二者之间存在一种联系。
三、互补教学的优势与案例
如果单纯地讲解软件语法，学生普遍会感觉很枯燥，结合某些图像处理内容学习MATLAB软件可以活跃课堂气氛，通过视觉效果激发学生的学习热情[3，4]。笔者结合教学实践，总结和归纳了MATLAB语言和数字图像处理的互补教学案例，现列举如下：讲解MATLAB的循环结构时，可以结合图像的镜像操作，强化循环结构的应用。给出原图和要求实现的效果图（参见图1），然后要求学生自己利用MATLAB语言的循环结构实现。
（a）原图
（b） 实现翻转镜像操作
（c） 上下镜像操作
图1 图像几何变换操作
学生不难做出上述题目，可以继续引导学生简化程序，提示学生：不用循环结构也可以完成上述操作。经过上述的实训，学生对所学内容的认识和理解会更深刻，算法设计能力和动手编程能力也得到了锻炼。
在讲授数字图像处理课程时适当地利用MATLAB图像处理工具箱，可以增加学生对抽象数学公式的感性认识，提高相关理论分析的效率。例如讲解二维傅里叶变换公式时可以用MATLAB的fft2等函数直观地演示变换效果，如图2所示。
图2 lena图像和傅里叶变换的幅度谱与相位谱
在图2中，可以看到在傅里叶变换的幅度谱中，低频信息集中在图像的中心区域，如果将幅度谱四周部分高频区域置零，再做傅里叶逆变换，即得频域压缩图像。这种由浅入深的讲授方法和生动的演示过程帮助学生直观地理解了频域压缩的基本原理。
四、提升课程教学效果的方法与实践
从任课教师和学生两方面着手，保证数字图像处理和MATALAB语言的顺利教学。
（一） 利用多媒体教学，帮助学生理解抽象内容
传统的教学是由教师利用黑板讲解课程内容，不利于学生对基本概念的直观理解，而适当利用多媒体进行教学，能够帮助学生充分理解课程。
PPT是教师制作课件时最常用的软件，制作课件时需要注意如下问题：（1） 课件中的文字内容不宜过多，只需列出要点，辅以必要的图形或动画。（2） 课件上的字体大小通常选择32号，一般不低于28号，因为投影仪的分辨率比显示器低很多。（3） 课件背景不要过于花哨，使用的色彩不宜超过3种，否则会分散学生的注意力，影响授课效果[1]。
（二） 举办专业综合能力竞赛，提升导师实践教学能力
通过竞赛提高教师的工程素质与实践能力，提升教师的专业教学能力。为鼓励教师的积极性，学校对成绩优秀的教师给予奖励，其成绩可以做为评定职称的参考。目前，该竞赛已经举办4届，对提高教师的工程实践能力起到了一定的作用。
（三）结合互补教学法制定授课教案
数字图像处理和MATLAB语言的互补教学可以达到事半功倍的效果，教案设计是必要的环节。任课教师每周定期交流，共同制定和完善互补教学方案是提高课程教学水平的好方法。
数字图像处理的应用越来越广泛，不同专业可能会关注其中某个方面的应用，这部分教案的制作应体现专业特色。我们的教学实践结果表明互补教学法激发了学生的学习兴趣，提高了学生的工程实践能力。
五、结论
数字图像处理课程和MATLAB课程的互补教学，既加强学生的基础理论知识，又提高学生的工程实践能力。教学实证表明互补教学法得到了学生的认可，满足了学生的学习需求，提高了学生的就业能力。
参考文献：
[1] 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）， 15（2）， 2013.
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[4] 袁操，李雅琴. 使用Matlab来优化数字图像处理课程教学[J]. 湖北第二师范学院学报， 2012， 0（2）： 128-130.
实践图像 篇12
随着经济和社会的发展、“互联网+”的广泛应用及教育观念的更新,我们迫切需要科学、方便、完善的网络型题库管理系统。试题库建设是教育现代化的需要,是考教分离、最大限度提高办学效益的需要,因此,进行区域网络试题库系统的建设和研究具有十分重要的意义。
受限于教材版本和区域应用层面的需求,采购商业化的题库并不能完全满足教育教学的实际要求。手握大量纸质试卷的老师们,迫切需要一个录入神器,方便快捷地将其录入到题库系统里。
利用基于移动终端的图像文字识别技术将文字和图片迅速录入题库是我们在移动端系统开发的应用亮点。它能够大幅提高对质量不高图像的识别率,其关键算法对图像的噪声、亮度明暗不一致和规格凌乱的问题进行了很好的处理。它能够将图像上传到服务器进行在线识别,在识别过程中先对图像进行消噪,然后对亮度进行均衡处理及对图像阈值分割,提高了图像识别的成功率。
●题库采集系统工作流程
题库采集主要分为图像采集、图像识别和标注三个过程。整体的工作流程包括:①系统启动,进入主界面,可选择开始拍摄阅卷或读取设备中已有的图像,如选择拍摄题目,进入图像采集模块,调用移动设备的摄像头进行拍摄,拍摄成功后,跳转至识别界面,如选择读取相册已有图像也跳转至识别界面。②在识别界面上显示出拍摄或者读取的相册图像,首先调用图像预处理模块对图像进行预处理,输出预处理后的图像,然后调用图像校正模块对预处理图像进行校正,输出校正图像,最后调用图像识别模块对校正图像进行识别,输出识别结果。③调用标注模块对识别结果进行分类管理,为题目添加系统属性,如学科、章节、知识点类目、题型、难度系数等标签。图1为题库采集系统工作流程示意图。
●OCR智能模型设计思路
在人工智能领域,模拟人类图像识别活动的计算机程序,人们提出了不同的图像识别模型——模板匹配模型。这种模型认为,识别某个图像,必须在过去的经验中有这个图像的记忆模式,又叫特征模型。当前的刺激如果能与大脑中的模型相匹配,这个图像也就被识别了。例如,有一个字母A,如果在脑中有个A模板,字母A的大小、方位、形状都与这个A模板完全一致,字母A就被识别了。图像识别中的模型识别(Pattern Recognition)利用计算机和数学推理的方法对形状、模式、曲线、数字、字符格式和图形自动完成识别、评价的过程。
那么如何通过模型的学习提高OCR的智能判断水平呢?我们主要从以下三个方面做了实践研究。
1.采集识别优化
(1)二值化处理
二值图像在数字图像处理中占重要地位,其在处理实际图像过程中地位更加突出。要应用二值图像,扫描文档之后的第一步就是对灰度图像根据所选阈值进行二值化处理。二值图像是像素值为0或255的像素点集合,如此一来,图像的数据量大大减少,但图像的基本轮廓信息得以保留。此项的关键是所选取的阈值是否得当,不当则会减弱二值图像的处理效果。常用的阈值选取方法有固定阈值法、平均阈值法、直方图法、Means法四种。
谷歌公司在HP公司Tesseract光学字符识别引擎的基础上做了深度加工,其中对阈值的自适应分类器和两步矫正法的应用大大提高了文本的识别效率。近几年来,百度针对商业运用开发了自然场景OCR API服务,依托百度的OCR算法,提供了整图文字检测、识别、整图文字识别、整图文字行定位和单字图像识别等功能。目前火热的作业帮APP就是基于百度识别API做的延伸产品(如图2)。
(2)图像去噪与矫正
任何一幅原始图像,在其获取和传输的过程中,都会受到各种噪声的干扰,使图像质量下降,淹没其特征,对图像分析非常不利。为抑制噪声、改善图像质量所进行的处理被称为图像平滑或去噪。
图像平滑是用于突出图像的宽大区域和主干部分(低频部分)或抑制图像噪声和干扰(高频部分),使图像平缓渐变,减小突变梯度,改善图像质量的图像处理方法。它属于图像增强的一部分,主要的图像平滑方法有均值滤波、中值滤波、灰度形态学滤波、小波滤波、高斯低通滤波以及统计方法滤波。
已获得的文本图像有些不可避免地会发生倾斜,这样会给后面文字的行切分和列切分以及文字的识别带来困难,所以需要对获取的图像进行倾斜校正。图像的倾斜校正最关键的是倾斜角的检测,我们主要采用平行四边形法进行文本图像的校正(如图3)。根据拍摄者给出的一系列文件位置点,用位置点的坐标结合模型拟合出文本线,根据文本线与水平线之间的差距进行精确恢复,以得到水平分布的文本行。
2.特征提取与建模
特征提取是图像识别的重要步骤,为了保证后续处理的质量,生成的特征要具备描述物体的典型特性,如独特性、完整性、几何变换下的不变性、灵敏性以及抽象性。我们设计的系统的特征模型包括文字特征、图片特征、公式特征等。
提取图像特征关系可以有两种方法:一是对图像进行合理地分割,划分出图像中所包含的对象或区域,然后根据这些区域提取图像特征,并建立索引;二是简单地将图像均匀地划分为若干规则子块,然后对每个图像子块提取特征,并建立索引。
图像特征建模的基本原则是根据图像的视觉内容和可获得的指导信息来确定对应的文本语义描述。在图像标注任务中会涉及两种不同的媒体:一是图像,二是文本。这两种媒体具有良好的互补性,可以协作传递信息,正所谓“图文并茂”。由这两种媒体可以产生4种关系,即图像间关系(IIR)、词间关系(WWR)、由图像到词的关系(IWR)和由词到图像的关系(IR)。
3.基于标注模型的学习与训练
我们通常采用两两图像之间的视觉相似性(pairwise similarity)来建立以图像为节点的相似图,但这种方式由于没有考虑到数据集或某个数据子集内的结构分布信息,效果不能令人满意。因此我们引入了第二个以词为节点的图学习过程,用来实现对图像标注的改善。
最常见的是属性相关性,如“李白”是“古诗文”的关系。除此之外,词汇之间还存在多种相关性,如“凸透镜”与“光”之间有着很强的联系,这种相关性不依赖于特定数据集,它是人们在生活中大量知识的积累和反映。当一幅图像已被标为“凸透镜”“光”等词汇后,初中物理作为该图像标注词汇的概率就会相应提升。为了获取这种相关信息,一种方法是从训练数据集中利用已标注词汇间的共生概率来计算词汇间的关系。该方法基于已标注信息,相对准确,但它不能反映更广义的人的知识。于是,我们可以采用另一种方法,利用具有大量词汇的、包含了人的知识的结构化电子词典来计算词汇间的关系。与统计方法相比,词典包括了更加完整的大数据关联信息。由此我们设计了基于标注的模型学习体系(如下页图4),通过提取题目图像的特征点绑定其隐形属性,再与拍摄者提供的显性属性做比对,进行数据建模,并引导系统修正其三大特征库(文字、图片、公式),实现自我学习。
需要注意的是,基于标注信息描述由图到标签的关系,更适合按照多标记分类(multilabel classification)问题来解决。具体而言,假设标注词汇服从多项式分布,由此将图像标注归为多类别分类问题,而题库的分类方式恰恰符合这样的多标记模型(相对固定是显性标签:学科、学段、知识点、章节、难度等)。
●注意事项
1.基于API方式的接入能使产品得到快速开发
例如,当前百度通过专业服务分发平台APIStore开放百度文字识别技术,让开发者可以零成本使用基于移动应用的OCR技术,为开发者创新应用提供了更多的选择。
2.题库特征建模要考虑学科特征
实践证明,文科和理科的题目有着截然不同的特征属性,如语文更注重词汇与语法方面的训练,而数学包含了大量的公式和二维化的图像。往往数学在小学和中学阶段的题目也会表现出不同的特征属性,在建模的同时要注意抽取。
3.未来的方向是要构建基于题库图像模型的题库推送规则
当题库的建构达到一定数量之后,我们要将图像和翻译成的题目都保存下来,再根据拍摄者的需求做相关的推送,根据其使用的情况(如点击率、评价等)再对模型进行修正。
从目前的技术发展角度看,突破性来自于机器语言翻译方面的研究成果:通过一种递归神经网络(RNN)将一种语言的语句转换成向量表达,并采用第二个RNN将向量表达转换成目标语言的语句。而谷歌将以上过程中的第一种RNN用深度卷积神经网络CNN取代,这种网络可以用来识别图像中的物体。此种方法可以实现将图像中的对象转换成语句,对图像场景进行描述。概念虽然简单,但实现起来十分复杂,科学家表示,目前实验产生的语句合理性不错,但还远谈不上“完美”,这项研究目前还处于起步阶段。相信在不久的将来此项发明将应用于教学领域,那么基于云模式下的图像识别系统将得到一个质的飞跃,它也将使图像识别与深度学习更加紧密地联系在一起,最终实现系统对互联网上教育资源摘取和自学习的强大功能。
参考文献
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