图像处理类学年毕业论文范文 和基于MATLAB仿真的数字图像处理课程实验教学综述相关论文范例

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基于MATLAB仿真的数字图像处理课程实验教学综述

曹风云,胡玉娟,杨雪洁

（合肥师范学院公共计算机教学部,安徽合肥230601）

摘 要：

实验教学是“数字图像处理”课程的重要组成部分,对于学生的实践和科研能力的培养具有十分重要的作用.以MATLAB仿真案例对“数字图像处理”课程实验教学展开探讨,分析当前实验教学过程中普遍存在的问题,提出改进措施.

关键词：实验教学；MATLAB仿真；数字图像处理；图像复原

中图分类号：G434

文献标识码：A文章编号：16727800（2017）09006803

收稿日期：20170512

基金项目：安徽省高校自然科学研究重点项目（KJ2017A926）；合肥师范学院企业横向项目（HX2016005,HX2016003）

作者简介：曹风云(1986),男,安徽合肥人,合肥师范学院助教,研究方向为数字图像处理与模式识别、人工智能；胡玉娟（1962）,女,安徽安庆人,合肥师范学院教授,研究方向为教育信息技术、微波通信；杨雪洁（1982）,女,安徽巢湖人,合肥师范学院讲师,研究方向为机器学习.

“数字图像处理”课程是高校计算机及信息类本科生的重要专业课程,在数字信号处理课程群中具有重要地位,具备很强的理论性和实践性.课程主要讲授图像基本概念、采集及常用的数字图像处理技术方法,目的是提供系统和先进的数字图像处理技术理论,培养学生解决实际问题的能力及为继续学习打下坚实的基础.“数字图像处理”实验教学贯穿整个教学过程,不仅可以帮助学生及时巩固课堂理论知识,还可以使学生掌握基于MATLAB仿真的图像技术.

1MATLAB和图像处理技术简介

MATLAB是由美国的MathWorks公司开发用于科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境.MATLAB是matrix & laboratory两个词组合而来,解释为矩阵工厂,它为用户提供良好的交互界面和强大的矩阵计算功能.其丰富的图像处理工具箱为用户提供了全面的图像处理解决方案,用户只需要根据需求调用相关的图像处理函数完成,而不必为常用的图像处理技术去编写底层代码,大大提高了效率.MATLAB对诸多专门研究领域都集成了功能强大的工具箱和模块集,能够高效率地应用于图像处理、信号检测、数学建模等领域.

数字图像［1］可表示为一个二维的连续函数,利用计算机对其数字化处理,首先必须对其在空间和亮度上进行数字化,即图像的采样和量化.图像采样即为空间坐标（x,y）的数字化过程,而幅值数字化称为灰度级量化.对一幅图像采样时,若每行采样数为M,每列采样数为N,则图像大小可表示为M×N个像素,则F(x,y)构成一个M×N实数矩阵.

数字图像技术在广义上是各种与图像相关的技术的总称［2］.笔者主要讨论计算机图像技术,主要包括图像采集、编码、显示和输出、变换、增强、分割、复原等方面.主要通过调用MATLAB提供的图像处理工具箱的相关函数来完成,学生通过具体的实践案例可以掌握图像处理的理论原理和应用领域.

2“数字图像处理”实验课程体系结构

2.1实验课程目标

“数字图像处理”课程是高校计算机科学与技术系列、信息与通信工程系列、自动化系列以及微电子系列的专业课程,主要讲授数字图像的基本知识和基本的图像处理方法.实验教学是实现课程目标的重要环节,实验教学质量关系到课程整体教学质量、学生实践和解决具体工程问题的能力培养等方面.

数字图像处理的实验教学可以加深学生对图像各种基本概念和图像处理技术方法的理解,熟悉MATLAB仿真设计实验的步骤及各阶段之间的关系,掌握运用MATLAB提供的各种图像处理函数的使用方法,建立分析问题、算法设计、代码实现及调试的具体思路,养成良好的编程习惯,从而提高学生应用MATLAB进行分析、解决和处理实际图像工程问题的思维方法和基本能力.

2.2实验内容组成

数字图像处理课程具有理论和实践性均很强的特点,因利用计算机处理数字图像的过程实际为矩阵的相关操作,借助于高级矩阵语言MATLAB最为方便和实用,所以数字图像处理的相关算法和技术实现需要借助MATLAB程序设计完成,结合图像处理原有的基础性实验内容,引入具体应用实例,提高学生的实践能力,具体架构如图1所示.

图1数字图像处理实验内容架构图

“数字图像处理”的实验教学以具体的基础性实验和应用实例实验组织教学,培养学生实践和灵活运用所学解决实际问题的能力.在实验教学组织过程中,通过选择学生感兴趣的应用实例由浅入深的激发学生对这门课程的兴趣,引导学生逐步学会实验内容完成的流程和认识实践教学的重要性.初学时可以通过基础性简单实验,包括图像显示、变换、边缘检测、去噪、复原及重建,通过调用MATLAB相关的函数,简短的代码完成仿真实验,营造轻松的实验学习氛围.在学生独立完成基础性实验的基础上,随着知识的掌握和兴趣的提升,逐步引导学生去解决应用实例实验,进一步巩固基础知识和提高学生的实践能力.

2.3实验教学评价体系设计

“数字图像处理”实践性强的特点要求对课程考核时更加注重实验教学环节的考核,着重考察学生的动手操作能力,合理的评价课程教学效果.实验教学环节要考察学生的实验参与度、实验完成情况和综合能力,关注学生解决问题方法和创新性的培养,完善实验教学评价体系.

3“数字图像处理”实验教学实验举例

3.1“图像去噪”基础性实验举例

图像去噪算法是数字图像处理的重要组成部分,主要用以改善图像质量,属于图像增强技术的一种.经典的图像去噪算法［3］主要有中值滤波、均值滤波、高斯滤波和双边滤波算法,学生可利用不同的滤波函数处理图像,对比实验结果,逐步掌握图像处理函数的使用,掌握MATLAB语言的环境.

(1)中值滤波［4］

中值滤波实际为在滤波窗口里取中值,来代替要去噪的像素点.二维中值滤波输出为：

g(x,y)等于Med{f(x-m,y-n)},m,n∈w（1）

其中f(x,y)和g(x,y)分别为原始图像和滤波图像,w为二维模板,通常为3×3或者5×5的正方形区域.中值滤波比较适合于去除椒盐噪声,图2为中值滤波实验结果.

图2中值滤波去噪结果

(2)均值滤波［5］

均值滤波是一种线性滤波,其主要思想是邻域平均.均值滤波的基本原理是用均值代替原图像中的各个像素值,即对待处理的当前像素点,选择一个模板,求模板中所有像素值的均值,再把该值赋给当前像素点,即

主要代码为：

clc;close all;clear all;

img等于double(imread(´1.jpg´))/255;

figure;imshow(img);title(´原图´);

img等于img+0.05*randn(size(img));

figure;imshow(img);title(´加噪´);

a等于medfilt2(img,［3,3］);

figure;imshow(a);title(´中值滤波´);

A等于fspecial(´erage´);%生成系统预定义的3×3滤波器

b等于filter2(A,img); %用生成的滤波器进行滤波,并归一化

figure,imshow(b),title(´均值滤波图像´); %显示滤波后的图象

B等于fspecial(´gaussian´);

c等于filter2(B,img);

figure,imshow(c),title(´高斯滤波图像´); %显示滤波后的图象

3.2应用实例举例

本文以“雾天图像复原”的应用实例设计为例,综合前期所学的基础性实验内容,阐述知识重要性,将所学MATLAB的图像读取、表示、转换、分割、滤波等知识应用到具体实际问题解决中,编程实现采集的雾天图像复原.通过MATLAB软件逐步讲解,结合具体应用问题,使学生更直观的接受和掌握数字图像技术和课程实验教学内容.

具体实验过程可通过调节实验参数等方式,促进学生掌握数字图像公式原理知识,对比实验结果,调动学生积极性,完成各类改进算法和实验,应用实例实验结果如图5所示.

图5雾天图像复原应用实例结果图

在这个实验项目中,学生要完成源图像的采集、图像读取、转换、分割、滤波等程序的编写,并最终完成雾天图像复原.通过恶劣天气下图像降质这一典型的应用实例问题的设计,使学生学会分析问题、建立算法、上机编程、调试解决、实验结果分析到最终实验完成,在这过程中,逐步培养学生的代码编写能力,程序纠错能力和学生利用计算机解决具体的图像工程实践问题的实践能力.

4“数字图像处理”实验教学总结

4.1存在的问题

第一,学生兴趣培养至关重要.MATLAB虽然具有良好的可视化界面且提供了大量的底层函数可供调用,应用十分方便,但是该课程理论性和实践性均很强,学生的能力参差不齐,在实验初期部分学生出现未能及时完成的情况,随便课程深入,无法跟上教学进度,兴趣和积极性大打折扣,进而严重影响实验教学效果.

第二,实验内容的选择对教学的影响.高校中大都存在按照备课组统一制定的实验开课计划、实验大纲开展实验教学,未能根据从学生能力水平差异性和专业性质出发,进行个性化的实验内容设计.

第三,沟通渠道的限制.实验教学过程中,学生对遇到的问题未能及时与授课教师沟通解决以及教师对学生实验完成情况了解不足,严重影响了实验教学的质量.

4.2改进措施

“数字图像处理”课程实验教学是对其理论教学内容的补充,实验教学内容中要充分关注学生的完成情况、了解学生兴趣点和对知识的掌握程度,注重学生实践操作能力的提高,建立合理完善的沟通渠道和评价体系,使学生更深入了解数字图像处理的基本方法和利用MATLAB进行仿真实验的技能.

充分利用MATLAB方便的数据可视化功能,更多的引入生活实例促进学生积极主动的去解决,在具体实例解决的过程中贯彻理论和实践技能的教学内容,在充分掌握了数字图像处理的理论知识和应用MATLAB语言解决实际问题的基础上,不断完善实验实践教学内容,并为后续的知识更新和继续学习打下坚实的基础.

参考文献：

［1］RafaelC.Gonzalez, RichardE.Woods,StevenL.Eddins,等.数字图像处理(MATLAB版)［M］.北京：电子工业出版社,2013.

［2］肖志勇,刘建军,宋晓宁,等.《数字图像处理》课程教学改革探索研究［J］.教育教学论坛,2017(3):8687.

［3］梁志贞,江海峰,杨小冬.基于“卓越计划”的《数字图像处理》课程教学改革实践［J］.高教学刊,2016(3):146147.

［4］吴全玉,刘晓杰,潘玲佼,等.“数字图像处理”课程实验教学研究与探索［J］.电气电子教学学报,2016,38(1):121124.

［5］李金萍,陆玲,刘自强,等.数字图像处理课程实验教学改革探索——在实验教学中培养学生创新实践能力［J］.科技视界,2012(7):2324.

［6］朱娟花,吴昂.MATLAB在数字图像处理课程教学中的应用［J］.实验室科学,2011,14(1):6667.

（编辑：张珍）

图像处理论文范文结:

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