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【摘 要】《数字图像处理》是一门理论性和应用性很强的课程，不仅要求学生能够理解相关的理论知识，还要在此基础上灵活应用。在长期的教学过程中发现，仅仅通过几个基于单一知识点的实验内容，难以实现有效地实践能力训练的目的。因此，教研组结合多年的科研成果，将开放性实验环节引入《数字图像处理》的课程教学中，设计了“视觉特征提取”和“城市路况信息提取”等开放性实验内容，对提高学生学习兴趣、提高实践能力、开阔视野、了解学科前沿等方面都起到了重要作用，取得了良好的效果。
【关键词】数字图像处理 开放性实验 视觉测量 路况信息
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682（2012）11-0017-02
一、引 言
《数字图像处理》是高等院校信息与通信类专业重要的专业课程之一，主要内容为数字图像处理技术的基本概念、基本原理、基本分析方法和图像处理的新技术。该课程基于信号分析与处理理论，概念抽象、原理复杂、理论性较强，给学生带来一定的难度。[1]
《数字图像处理》课程的理论教学很抽象，仅通过理论教学学生很难掌握数字图像处理的基本原理。因此，在教学过程中，通过实验使学生加深对理论的理解，提高实践动手能力。但数字图像处理课程所设计的实验一般是针对某一局部理论知识点或关键技术，如“利用直方图技术进行图像增强”、“边缘检测算法”等，这些实验内容带有一定的局限性，难以使学生较综合地掌握整个课程的知识体系。
为了解决上述问题，有效利用和挖掘实验室资源条件，创造良好的育人环境，充分发挥实验室在实施素质教育、创新精神和实践技能培养中的作用，进一步深化提高实践教学水平，我们将开放性实验形式引入《数字图像处理》课程中，为学生提供开放式的实验内容和平台，在教师的指导下，有组织、有计划、有步骤地完成相关内容。
二、实验开放性要求
1.以学生为主体
开放性实验教学强调以学生为中心，在实验项目、实验设备、实验方式方法、实验时间和实验难度等方面给予学生充分的自主权，使学生能够根据个人的实验基础、专业特点和兴趣爱好选择相应的实验内容，这就使学生处于教学的中心地位，有利于调动他们的学习兴趣，从而激发其解决问题的积极性。
开放性实验以学生为主体，要求学生以团队形式进行分工与合作，共同完成某一具体任务目标。从任务目标的制定、整个任务的完成。
2.教师的指导
开放性实验以学生为主体，离不开专业教师的启发与引导。无论是课内扩展性或延伸性的实验、课程设计提出的实验、毕业设计题目、学生自选题目、科研、竞赛等开放性实验都应配有指导教师，指导教师对学生选题的科学性及难易程度进行审核，并认真审阅学生独立拟定的实验实施方案、设计实验步骤，经指导教师审阅同意后，方可进入实施阶段。指导教师对实验过程中可能存在的若干问题要有预案、论证，并提前向学生提出警示防范。[2～3]指导教师需要定期到开放实验室进行指导，注重对学生实验过程中的启发，引导学生的创新意识、刻苦钻研、勇于探索精神，同时善于发现学生潜在的天赋和才能，尊重学生的个性和差异，引导他们走上适合自身发展的道路。苏霍姆林斯基曾说：“世界上没有才能的人是没有的。问题在于教育者要去发现每一位学生的禀赋、兴趣、爱好和特长，为他们的表现和发展提供充分的条件和正确引导”。教师要不断激发学生学习的主动性和积极性。学生在开放实验项目完成后，首先向指导教师提交实验结题报告、论文或实物等实验结果，作为学生成绩和科技成果学分的评定依据，指导教师对实验结果和报告进行正确评价。
3.内容灵活
开放性实验的内容设计灵活，可以由教师设计相对自由度较大的实验项目，并通过多种方案实现实验目标，学生则通过查阅资料，结合课堂教学内容，对具体方案进行分析，教师则可以对其进行指导，选择合理方案实现。在这种方式中，学生可以充分发挥自身的主观能动性，按照自己的想法完成实验项目。
另外，也可以由学生自己制订相关内容的实验项目来完成，从题目选择、方案设计等方面都由学生完成，教师进行审核和指导。这种方式对学生提出了更高的要求，可以结合学生具体情况有选择地实施。
此外，开放性实验还要求实验室开放设备、开放管理、人性化考核、建立健全开放性实验激励机制等方面的辅助措施，[4～5]形成意识、知识、能力于一体的工程实践能力模式。
三、开放性实验设计
由于是首次在《数字图像处理》课程中进行开放性实验的尝试，结合本校学生的具体情况，采用教师设计开放性实验项目、由学生选择具体方案来完成的方式。主要提供了“视觉特征提取实验”和“城市路况信息提取实验”，都是结合本专业学科多年科研经验和成果设计的。
1.视觉特征提取实验
本实验针对机器视觉领域中对数字图像上目标特征的提取和定位要求提出的，要求学生能够提取机器视觉中常见的椭圆形特征和角点，见图1。
图1 视觉常用特征
为学生提供了此类图像处理的基本流程和关键环节，如图像预处理、目标特征的粗定位、目标特征的约束判断、目标特征的
高精度定位等。[6]学生根据每个环节的要求查阅资料，设计具体的实现方法。
本实验的主要目标是让学生了解图像常用预处理方法、不同图像增强效果的比较、图像具体目标特征的识别等。同时，结合本实验，可使学生接触机器视觉研究领域，也加深了对数字图像处理的理解。
2.城市路况信息提取实验
本实验针对目前城市道路拥堵现状，利用道路视频监控设施和数字图像处理方法，自动对路况信息提取，见图2。
图2 交通路况视频截屏图
该实验要求学生对监控视频流进行获取，截取每帧图像，经过图像预处理、车辆目标识别、车辆目标跟踪等过程，实现视频中车辆的识别和跟踪，并最终对路况信息进行综合判断。
本实验紧贴生活实际问题，具有很强的实用性，学生也便于理解。通过本实验项目，让学生了解图像常见预处理方法、边缘检测算法的比较、图像区域分割方法、运动目标跟踪等。结合本实验，也可以使学生直观地了解到数字图像处理的实际应用价值，加深对数字图像处理的理解。
四、结束语
通过在《数字图像处理》课程中开设开放性实验，较好地解决了该课程实践能力锻炼环节不足的问题，为学生提供了更多锻炼的机会。利用数字图像处理在科研和生活等方面的实际应用，不仅使学生更多地了解了《数字图像处理》课程的实用性，而且亲自接触和实践了相关方案，在提高能力的同时，也为学生带来了较大的成就感。
目前的开放性实验仅开设了两个实验项目，在今后的教学过程中要进一步发掘和整理新的项目。另外，还需要在实验室开放管理、开放性实验成绩评价和考核等方面加深探索和研究。
参考文献
1 贾永红.“数字图像处理”课程的建设与教学改革[J].高等理科教育，2007（1）：96～98
2 张波、贯会明.开放性实验在实验教学体系构建中的作用[J].实验室研究与探索，2010（9）：135～137
3 周玲艳、秦华明、梁红.开放性实验教学探讨[J].中山大学学报论丛，2006（26）：225～227
4 李金萍、陆玲、刘自强、徐玮.数字图像处理课程实验教学改革探索[J].科技视界，2012（7）：23～24
5 陈静、李文鑫.项目驱动教学在数字图像处理课程教学中的应用[J].教学园地，2011（3）：38～39
6 Wang Jun、Dong Mingli、Liang Bo. A fast target location method for the photogrammetry system[C]. Proc. of SPIE-ISMCM， Beijing，2011
7 隋晔、马钺.交通监控系统中运动目标分类和跟踪研究[J].信息与控制，2003（1）
【关键词】数字图像处理 开放性实验 视觉测量 路况信息
【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682（2012）11-0017-02
一、引 言
《数字图像处理》是高等院校信息与通信类专业重要的专业课程之一，主要内容为数字图像处理技术的基本概念、基本原理、基本分析方法和图像处理的新技术。该课程基于信号分析与处理理论，概念抽象、原理复杂、理论性较强，给学生带来一定的难度。[1]
《数字图像处理》课程的理论教学很抽象，仅通过理论教学学生很难掌握数字图像处理的基本原理。因此，在教学过程中，通过实验使学生加深对理论的理解，提高实践动手能力。但数字图像处理课程所设计的实验一般是针对某一局部理论知识点或关键技术，如“利用直方图技术进行图像增强”、“边缘检测算法”等，这些实验内容带有一定的局限性，难以使学生较综合地掌握整个课程的知识体系。
为了解决上述问题，有效利用和挖掘实验室资源条件，创造良好的育人环境，充分发挥实验室在实施素质教育、创新精神和实践技能培养中的作用，进一步深化提高实践教学水平，我们将开放性实验形式引入《数字图像处理》课程中，为学生提供开放式的实验内容和平台，在教师的指导下，有组织、有计划、有步骤地完成相关内容。
二、实验开放性要求
1.以学生为主体
开放性实验教学强调以学生为中心，在实验项目、实验设备、实验方式方法、实验时间和实验难度等方面给予学生充分的自主权，使学生能够根据个人的实验基础、专业特点和兴趣爱好选择相应的实验内容，这就使学生处于教学的中心地位，有利于调动他们的学习兴趣，从而激发其解决问题的积极性。
开放性实验以学生为主体，要求学生以团队形式进行分工与合作，共同完成某一具体任务目标。从任务目标的制定、整个任务的完成。
2.教师的指导
开放性实验以学生为主体，离不开专业教师的启发与引导。无论是课内扩展性或延伸性的实验、课程设计提出的实验、毕业设计题目、学生自选题目、科研、竞赛等开放性实验都应配有指导教师，指导教师对学生选题的科学性及难易程度进行审核，并认真审阅学生独立拟定的实验实施方案、设计实验步骤，经指导教师审阅同意后，方可进入实施阶段。指导教师对实验过程中可能存在的若干问题要有预案、论证，并提前向学生提出警示防范。[2～3]指导教师需要定期到开放实验室进行指导，注重对学生实验过程中的启发，引导学生的创新意识、刻苦钻研、勇于探索精神，同时善于发现学生潜在的天赋和才能，尊重学生的个性和差异，引导他们走上适合自身发展的道路。苏霍姆林斯基曾说：“世界上没有才能的人是没有的。问题在于教育者要去发现每一位学生的禀赋、兴趣、爱好和特长，为他们的表现和发展提供充分的条件和正确引导”。教师要不断激发学生学习的主动性和积极性。学生在开放实验项目完成后，首先向指导教师提交实验结题报告、论文或实物等实验结果，作为学生成绩和科技成果学分的评定依据，指导教师对实验结果和报告进行正确评价。
3.内容灵活
开放性实验的内容设计灵活，可以由教师设计相对自由度较大的实验项目，并通过多种方案实现实验目标，学生则通过查阅资料，结合课堂教学内容，对具体方案进行分析，教师则可以对其进行指导，选择合理方案实现。在这种方式中，学生可以充分发挥自身的主观能动性，按照自己的想法完成实验项目。
另外，也可以由学生自己制订相关内容的实验项目来完成，从题目选择、方案设计等方面都由学生完成，教师进行审核和指导。这种方式对学生提出了更高的要求，可以结合学生具体情况有选择地实施。
此外，开放性实验还要求实验室开放设备、开放管理、人性化考核、建立健全开放性实验激励机制等方面的辅助措施，[4～5]形成意识、知识、能力于一体的工程实践能力模式。
三、开放性实验设计
由于是首次在《数字图像处理》课程中进行开放性实验的尝试，结合本校学生的具体情况，采用教师设计开放性实验项目、由学生选择具体方案来完成的方式。主要提供了“视觉特征提取实验”和“城市路况信息提取实验”，都是结合本专业学科多年科研经验和成果设计的。
1.视觉特征提取实验
本实验针对机器视觉领域中对数字图像上目标特征的提取和定位要求提出的，要求学生能够提取机器视觉中常见的椭圆形特征和角点，见图1。
图1 视觉常用特征
为学生提供了此类图像处理的基本流程和关键环节，如图像预处理、目标特征的粗定位、目标特征的约束判断、目标特征的
高精度定位等。[6]学生根据每个环节的要求查阅资料，设计具体的实现方法。
本实验的主要目标是让学生了解图像常用预处理方法、不同图像增强效果的比较、图像具体目标特征的识别等。同时，结合本实验，可使学生接触机器视觉研究领域，也加深了对数字图像处理的理解。
2.城市路况信息提取实验
本实验针对目前城市道路拥堵现状，利用道路视频监控设施和数字图像处理方法，自动对路况信息提取，见图2。
图2 交通路况视频截屏图
该实验要求学生对监控视频流进行获取，截取每帧图像，经过图像预处理、车辆目标识别、车辆目标跟踪等过程，实现视频中车辆的识别和跟踪，并最终对路况信息进行综合判断。
本实验紧贴生活实际问题，具有很强的实用性，学生也便于理解。通过本实验项目，让学生了解图像常见预处理方法、边缘检测算法的比较、图像区域分割方法、运动目标跟踪等。结合本实验，也可以使学生直观地了解到数字图像处理的实际应用价值，加深对数字图像处理的理解。
四、结束语
通过在《数字图像处理》课程中开设开放性实验，较好地解决了该课程实践能力锻炼环节不足的问题，为学生提供了更多锻炼的机会。利用数字图像处理在科研和生活等方面的实际应用，不仅使学生更多地了解了《数字图像处理》课程的实用性，而且亲自接触和实践了相关方案，在提高能力的同时，也为学生带来了较大的成就感。
目前的开放性实验仅开设了两个实验项目，在今后的教学过程中要进一步发掘和整理新的项目。另外，还需要在实验室开放管理、开放性实验成绩评价和考核等方面加深探索和研究。
参考文献
1 贾永红.“数字图像处理”课程的建设与教学改革[J].高等理科教育，2007（1）：96～98
2 张波、贯会明.开放性实验在实验教学体系构建中的作用[J].实验室研究与探索，2010（9）：135～137
3 周玲艳、秦华明、梁红.开放性实验教学探讨[J].中山大学学报论丛，2006（26）：225～227
4 李金萍、陆玲、刘自强、徐玮.数字图像处理课程实验教学改革探索[J].科技视界，2012（7）：23～24
5 陈静、李文鑫.项目驱动教学在数字图像处理课程教学中的应用[J].教学园地，2011（3）：38～39
6 Wang Jun、Dong Mingli、Liang Bo. A fast target location method for the photogrammetry system[C]. Proc. of SPIE-ISMCM， Beijing，2011
7 隋晔、马钺.交通监控系统中运动目标分类和跟踪研究[J].信息与控制，2003（1）