测绘工程专业《数字图像处理》课程教学探索

0引言遥感测绘技术在中国广泛用于地利用动态监测、农业、林业、水利、环境、海洋、气象及信息服务等各个领域，遥感测绘技术的成功应用离不开数字图像处理技术。数字图像处理技术是当今信息处理技术中发展很快且应用非常广泛的新兴学科。目前，该学科已经渗透到测绘、计算机、通信、医学、生物学及军事等各个领域，甚至与人们的生活紧密相关。《数字图像处理》课程是理论性和实践性都很强的学科，其涉及到的知识面广，内容抽象、算法深奥、不容易理解，同时其内容也在不断的丰富之中。《数字图像处理》是测绘工程专业的一门必修技术基础课。该课程授课质量的好坏，直接影响学生处理和应用遥感图像的能力，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问题。授课教师必须采用新的教学手段和教学方法来改善该课程的具体教学,引导学生积极主动地学好该课程。为了探讨遥感图像在测绘领域英语的方法和途径，笔者通过开设《数字图像处理》这门课程，培养学生进行图像处理的能力及应用图像处理与分析技术进行遥感图像分析及应用的能力。1《数字图像处理》知识体系及教学内容完整的数字图像处理工程大体上可以分为如图像信息的获取、图像信息的存储、图像信息的传送、数字图像的处理和图像信息的输出与显示几个方面。其中数字图像的处理包括的内容主要有：几何处理、算数处理、图像增强、图像复原、图像重建、图像编码、图像识别和图像理解。本课程教学内容多，学时有限，在教学中不可能面面俱到，同时由于数字图像处理技术与遥感图像处理中侧重点不同，因此在教学中需要对讲授内容做必要的取舍，取舍的原则遵循数字图像处理的理论与遥感图像处理的应用相结合，数字图像处理测绘工程专业《数字图像处理》课程教学探索赵泉华,宋伟东（辽宁工程技术大学测绘学院,辽宁阜新123000）摘要：针对测绘工程专业对数字图像处理的需求问题，根据当前数字图像处理的现状，分析了《数字图像处理》课程的知识体系，提出了数字图像处理课程在测绘工程专业的主要教学内容框架及教学方法，研究结果对提高测绘工程专业图像处理水平有指导作用。关键词：数字图像处理；教学方法；教学框架中国分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1008-391X(2010)04-0435-03ExplorationofdigitalimageprocessingcourseofsurveyingengineeringspecialityZHAOQuanhua,SONGWeidong(CollegeofGeomatics,LiaoningTechnicalUniversity,Fuxin123000,China)Abstract:Knowledgesystemofdigitalimageprocessingcourseisanalysedbasedonthedemandofimagepro-cessingcourseofsurveyingengineeringspecialityandtheconditionofdigitalimageteaching.Theteachingcon-tentsandteachingmethodsofthecourseforstudentsofsurveyingengineeringspecialityareputforward.There-searchresulthasaguidingroleforraisingdigitalimageprocessinglevelofsurveyingengineeringspeciality.Keywords：digitalimageprocessing;teachingmethod;teachingframework第12卷第4期辽宁工程技术大学学报(社会科学版)Vol.12,No.42010年7月JournalofLiaoningTechnicalUniversity(SocialScienceEdition)Jul.2010收稿日期：2010-04-28基金项目：辽宁省教育厅基金资助项目（2009A335）作者简介：赵泉华（1978-），女，河北承德人，博士，讲师，主要从事空间数据质量检查与评价、数字图像处理等方面的研究。的基础知识与前沿技术相兼顾。教材是根据教学大纲和实际需要，为师生教学之用而选编的，它系统地阐述教学大纲规定的内容要点。不同的教材侧重点不同，因此选择合适的教材和处理好教材内容是至关重要的[1]。在实际教学过程中，一方面要让学生牢固掌握图像处理的基本工作原理与方法，另一方面更要让学生们灵活运用数字图像处理技术来解决遥感图像处理中的实际问题。因此在教学过程中，对教材内容做了适当的调整，摒弃了一些落后的技术方法和不相关的内容，向学生们传授当前数字图像处理领域先进技术、工作原理和方法，以及如何借助遥感图像来处理来解决测绘中的实际问题。根据以上宗旨，选用武汉大学出版社的《数字图像处理》和科学出版社的《遥感数字图像处理教程》两本教材。综合以上两本教材，测绘工程专业《数字图像处理》这门课程的教学内容主要包括：数字图像处理相关的基本概念及物理基础；图像数字化及遥感数据采集系统及数据特征；图像复原和图像增强（主要应用与遥感图像预处理）；图像分割；图像特征提取；模式识别（主要应用与遥感图像信息提取）。除了以上基本理论外，重点讲解数字图像处理技术在遥感中的具体应用，主要包括在植被、水体、环境灾害、土地利用等领域的应用。在讲解过程中进一步让学生理解相关数字图像处理技术及相关分析技术（主要包括地形分析方法、空间分析方法等）。通过对以上内容的讲解，使学生掌握数字图像处理的基本工作原理与方法，同时让学生具备灵活应用数字图像处理技术解决遥感图像在测绘领域应用中实际问题能力。2授课方法与方式2.1采用多媒体教学走素质教育之路，应当用现代教学技术武装课堂教学[2]。多媒体技术具有信息容量大、表现式多种多样、图文并茂、声像并举、动静结合、直观明了的优势[3]。而《数字图像处理》这门课程主要以图像为信息载体，它具有色彩丰富、信息量大、直观可视、立体感强和动态性等特点，因此多媒体技术非常适合于《数字图像处理》这门课程的教学。但授课过程中需要注意不要过多依赖多媒体，应该将多媒体和板书相结合进行教学，尤其是数字图像处理设计到大串的枯燥繁冗的公式推导及多种算法，因此教师在授课过程中应该结合黑板板书进行简单实例计算演示，这样能加深学生对理论及算法的理解。2.2采用启发式互动教学在授课的过程中，注重互动教学。通过提问启发学生思考，引导学生深层次、多角度地思考问题，培养思维能力，通过讨论交流培养协作学习能力，请同学进行整体与单元的总结，这样做不仅可以创造良好的教学情境，而且使学生在对比、类比的过程中,接受、消化知识，始终保持概念思路的清晰。2.3注重实践教学环节《数字图像处理》是一门实践性比较强的课程，尤其是在授课过程中注重培养学生应用数字图像处理技术解决遥感图像处理过程中的问题，因此应充分重视实践教学环节。通过实践教学环节,使学生们真正掌握图像处理的技术流程以及图像处理软件应用、遥感图像处理的工作原理和方式和数字图像处理在遥感图像处理及测绘中的应用。为了培养学生的上述能力，在《数字图像处理》的实践教学环节中将实践教学分为两种方式：即分别开设数字图像处理理论验证性试验和综合性、设计性试验。（1）理论验证性试验理论验证性试验开设的目的是使学生加深对数字图像基础理论的理解。理论验证性试验主要包括遥感图像基本处理；遥感数据的辐射校正、几何校正与正射校正；遥感图像的增强处理,包括遥感图像灰度级变换增强、直方图增强、空间增强、频域增强、彩色增强（包括假彩色、伪彩色及HIS变换增强）、图像运算、遥感图像的融合等；遥感图像特征提取（主要包括灰度及纹理特征提取）；遥感图像分类。（2）综合性、设计性试验学生掌握一定的数字图像处理基础知识,具有一定的动手能力和思维能力之后,如何才能使学生的能力再上一个台阶呢?开设综合性、设计性试验可达以上效果[5]。综合性、设计性试验的开设，可以发挥他们各自的思维与想象力，可以培养和检验学生综合应用理论知识解决实际问题的能力。综合性、设计性试验的开设可以先由任课教师拟题，然后由学生自由选题的方式完成。学生对于综合性、设计性试辽宁工程技术大学学报(社会科学版)第12卷436验的完成应从选题的目的、意义、解决问题的总体技术路线设计、具体实现及试验结果分析方面进行研究。2.4适当引入编程实例在课堂教学中引入适当的图例分析和编程处理实例，可以使原本很抽象的内容变得生动具体，将复杂的算法以最直观的方式展现在同学面前。同时便于引导学生进行算法分析和算法设计,提高学生分析问题、解决问题的能力，激发学生在学习的过程中积极创新。在教学过程中，除了演示算法结果，还要求学生能够自己实现一些简单的算法。而针对应用型本科，在编程能力相对较弱的情况下，主要以Matlab为实验平台进行算法的设计与验证。2.5紧密结合遥感图像处理进行授课测绘工程专业学习《数字图像处理》这门课程主要是为了对遥感图像进行处理和应用，因此在授课过程中紧密结合遥感图像处理及应用进行教学。根据“数字图像处理”课程的知识层次和内容体系，结合所承担的科研项目，设计了项目“面向对象的遥感影像分类”来组织教学，如图1[4-7】。第4期赵泉华,等:测绘工程专业《数字图像处理》课程教学探索从图1可以看出，《数字图像处理》的大部分教学内容都可以通过“面向对象的遥感影像分类”这一具体应用组织在一起。以具体应用的方式引入有关概念和主题，展开教学内容，从而将学生的“被动学习”转换为“兴趣驱动”，提高教学质量。3教学效果分析采用本文提及的授课方式与方法，不但使学生掌握了数字图像处理的基本概念和方法，也培养了学生综合运用数字图像处理知识进行遥感图像处理的能力，使学生具有灵活应用这些方法进行遥感图像在植被、水体、环境灾害、土地等方面的专题应用的能力，为他们走上社会工作岗位打下坚实的技术基础。从最近几届学生展开的教学效果来看,学生在整个数字图像处理教学当中，学习目的明确，表现出了很大的积极性和学习热情。4结语本文总结了《数字图像处理》课程的知识体系，并针对测绘工程专业的特点，对教学内容的选择进行了探讨，同时针对《数字图像处理》课程理论性和实践性强的特点，并结合测绘工程专业对于数字图像处理知识的应用情况，提出了适合于测绘工程专业的授课方式与方法，并且在我院该门课程的教学中得得到应用，取得了良好的教学效果。参考文献：[1]秦文俊.《遥感图像处理》课程教学在地理学专业中的探索与实践[J].现代测绘,2007，30(6):45-48.[2]唐红梅,王霞,李琦,张志伟.数字图像处理课程教学改革与实践[J].河北工业大学学报,2006,21(4):8-10.[3]王立华.教育学院地理专业遥感课程教学及改革初探[J].福建教育学院学报,2003,4(4):20-22.[4]汤国安,张友顺,刘咏梅等.遥感数字图像处理[M].北京:科学出版社,2004:20-36.[5]姜珊,双凯.“数字图像处理”课程的实验教学改革[J].实验室研究与探索,2006,25(5):644-646.[6]金炜,周亚训.“数字图像处理”课程项目驱动教学模式的实践[J].中国电力教育,2010,3(7):82-83.[7]赵国忱，米志强，纪学忠.测绘行业应用创新型人才的基本内涵及特征[J].辽宁工程技术大学学报：社会科学版,2008，10(6):654-655.[责任编辑：韩晓晨]图1面向对象的遥感影像分类项目任务及相关教学知识点Fig.1projecttaskandcorrelativeteachingcontentsofRSimageclassification437