數字圖像處理論文匯總十篇

序論：好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程，我們為您推薦十篇數字圖像處理論文范例，希望它們能助您一臂之力，提升您的閱讀品質，帶來更深刻的閱讀感受。

篇（1）

作者簡介：劉春國（1973-），男，河南上蔡人，河南理工大學測繪與國土信息工程學院，講師；盧曉峰（1981-），女，河南洛陽人，河南理工大學測繪與國土信息工程學院，講師。（河南焦作454000）

基金項目：本文系河南理工大學教育教學改革研究項目（項目編號：2008JG035）的研究成果。

中圖分類號：G642.0     文獻標識碼：A     文章編號：1007-0079（2012）10-0081-02

當前，遙感已經或正在走向全面應用階段。國際遙感應用發展的實用化、業務化、產業化、精細化特征明顯，但我國遙感應用水平還不高，根本原因是基礎研究薄弱，缺乏多學科人才共同努力。[1]培養一大批經過系統知識培訓、熟練掌握遙感科學理論和應用技能的地理信息科學人才，滿足社會對地理遙感信息高技術人才的迫切需求，是高等教育的責任所在。

1998年教育部新增地理信息系統本科專業后，我國GIS教育發展形勢空前活躍。經過10余年的教學實踐和探索，逐步形成了比較穩定的GIS專業課程體系與課程設置方案。[2-5]遙感系列課程（遙感物理與技術、遙感數字圖像處理、遙感地學分析與應用）成為GIS專業課程體系中的重要模塊，說明GIS學科建設的負責人已認識到培養掌握遙感技術的GIS人才的重要性。遙感數字圖像處理是遙感過程的重要一環。充分利用各種圖像處理算法從遙感數據中獲取各種生物物理參數和土地覆被/利用信息，可以為自然和人文生態系統的空間分布式模型提供輸入參數，在遙感技術應用中占有十分重要的地位。近幾年河南理工大學（以下簡稱“我校”）GIS專業開設了“遙感數字圖像處理”課程。圍繞如何提高“遙感數字圖像處理”課程教學質量，筆者從革新課程體系、協同教學、優化教學內容、豐富實踐教學手段等方面進行了一系列探索。

一、革新遙感課程體系，突出“遙感數字圖像處理”課程地位

隨著遙感技術及其應用的迅速發展，很多專業開設了“遙感原理與應用”課程，內容分為三大模塊：遙感基礎、遙感圖像處理及分析方法和遙感專題應用。這種課程設置模式比較適合早期GIS專業遙感課程教學或選修遙感科學技術的某些專業，對于當前GIS專業遙感教學則存在明顯缺點。主要問題是對“遙感數字圖像處理”教學重視程度不夠，對數字圖像處理在整個遙感過程中的重要性體現不足，與遙感地理信息系統融合集成的一體化趨勢不相適應，與國民經濟各部門遙感業務日益普及的態勢不相適應，與社會信息化深入發展的狀況不相適應。人才培養滯后于社會需要，不能滿足對高素質地理遙感科技人才的需求。

我校GIS專業總結多年遙感課程教學實踐經驗，革新了遙感課程體系，設置了“遙感概論”、“遙感數字圖像處理”、“遙感應用分析”、“遙感數字圖像處理實驗”等遙感相關課程，規劃了遙感系列課程的主體教學內容。“遙感概論”要求學生掌握遙感及其應用的基本科學工程背景知識，重點內容是電磁波與地表物質相互作用的基本原理、遙感數據采集、傳輸和成像機理，從可見光-近紅外、熱紅外、微波（主動方式和被動方式）波譜段介紹遙感信息的獲取特點和技術發展，適當涉及大氣遙感、海洋遙感等應用領域和典型案例。“遙感數字圖像處理”要求學生掌握基于數字圖像處理方法獲取地球資源有用信息的科學與技術。由于學科交叉融合，數字圖像處理方法眾多，新理論、新方法不斷推出，課程重點主要著眼于圖像處理基本知識和遙感圖像處理常用算法，對一些探索性、前沿性和跨學科的內容從原理上予以概括介紹，如圖像亞像元分類、模糊分類和面向對象圖像處理等等。“遙感應用分析”采用理論、方法和實例相結合，選擇不同遙感應用領域的典型案例介紹，培養學生遙感專題分析技能，深化學生對于遙感科學技術應用現狀和廣闊前景的認識。“遙感數字圖像處理實驗”課程著眼于培養學生圖像處理技能，鞏固和深化理論課程教學內容，提高動手能力和理論聯系實際解決問題的能力。

我校GIS遙感系列課程設置方案把“遙感數字圖像處理”與“遙感數字圖像處理實驗”單獨設課，提升課程地位，加大課程學時，強化實踐技能訓練，對提高“遙感數字圖像處理”課程的教學成效很有益處。這種課程設置模式有助于培養GIS專業學生采用圖像分析方法解決遙感應用問題的能力，比較契合我國GIS專業本科教育遙感課程設置的發展態勢。

二、培育遙感系列課程教學群體，分工協作提高“遙感數字圖像處理”課程教學質量

GIS專業遙感系列課程設置要求具備一定規模的師資力量。遙感是多學科的綜合，交叉性強，研究方法不斷補充和更新，課程教學內容豐富。遙感系列課程的設置決定了課程之間存在密切的內部聯系。要提高“遙感數字圖像處理”課程教學質量，必須打破教師個人單兵作戰的慣常做法，加強與相關課程教師之間的協調和交流。培育組建了承擔遙感系列課程教學任務的教學群體。遙感課程教學組圍繞課程建設，整合優化課程體系，充實更新教學內容，保證了課程之間教學內容的連貫性和相關性。課程教學組成員互相學習、借鑒、交流，協同規劃各課程教學環節的教學要求和學時分布，課程內容更加先進，課程結構更加協調，教學方法更加有效，教學手段更加豐富，實踐教學得以充實，教學科研聯系更加密切。遙感課程教學組的建立和協作對提高“遙感數字圖像處理”課程教學質量起了明顯的作用。

三、匯聚國內外優秀教材成果，整合優化教學內容體系

教學內容和課程體系涉及高等教育人才培養的模式，決定了高等學校人才培養的規格，在很大程度決定了人才培養的質量和水平。[6]教學中適度引進世界著名高校的名牌課程教材和教學參考用書，是高等教育國際化的重要舉措。[7]遙感課程教學組重視遙感數字圖像處理課程教材和教學內容建設，收集了國內近些年出版的如戴昌達、章孝燦、湯國安、韋玉春、朱述龍等編寫的遙感數字圖像處理教材教參，注意引用吸收國外著名高校的遙感圖像處理相關教材教參，參考了John R. Jensen、John A. Richards、Robert A. Schowengerdt、Jay Gao、John R. Schott、Brandt Tso等人的遙感數字圖像處理著作，認真研討不同教材特點及其開課對象，針對遙感數字圖像處理理論性強、概念抽象、方法多樣、實踐性強的特點，根據教學對象和課程學時，按照系統性和前瞻性結合、理論與應用結合的要求，制訂了教學主體內容。課程內容分為11個部分：圖像基本知識、遙感圖像成像過程與數據特征、遙感圖像輻射校正、遙感圖像幾何變換與校正、遙感圖像增強、遙感圖像變換、遙感圖像分割、遙感圖像融合、遙感圖像分類、數字變化檢測、遙感圖像應用處理。優化后的課程教學內容注意了與“遙感概論”、“遙感應用分析”等課程內容的有機銜接。對于與“遙感概論”課程有重疊的內容只做簡單回顧，如遙感成像過程、機理與數據特征，以少數典型應用案例揭示遙感數字圖像處理方法在遙感應用分析中的作用和地位；避免與先開課程內容重復，為后續課程做適度鋪墊。數字圖像處理方法多樣，課程重點介紹常用算法，使學生能掌握數字圖像處理原理，夯實基礎。對一些發展中的、前沿性的算法著重介紹算法的思想和原理，教導學生注重算法但不應局限于具體算法，培養學生發散思維、學習能力和創新思維。教學中適當區分遙感數字圖像系統處理和應用處理的差別。

四、重視實踐教學，多手段豐富實踐教學內容

實踐教學是創新人才培養中的重要環節，對于培養學生專業技能和理論實踐結合能力、激發學生的創新思維和探索精神、提升科研能力，有著重要意義。GIS專業“遙感數字圖像處理”教學高度重視實踐教學環節，從課程體系設置、實驗課程內容設計、實驗室開放項目、畢業設計、大學生科研訓練計劃和教師科研課題等幾個方面為學生提供多樣化的實踐途徑，豐富了實踐教學體系。

從課程設置體系上，“遙感數字圖像處理”單獨設課，緊密聯系課程理論教學內容附設6個單元的基礎驗證性課堂實驗（見表1），增強學生對各種遙感圖像處理算法及其效果的感性認識。“遙感數字圖像處理”實驗課程單獨設課，結合“遙感數字圖像處理”課程和“遙感應用分析”課程知識，設置綜合設計型實驗6個模塊，培養和提高學生對知識與技能的綜合運用、自主學習的能力。

積極利用各種平臺，提供實踐課題，培養學生創新能力。我校為了培養大學生的創新能力和實踐能力，促進實驗室開放，設置了實驗室開放基金。在實驗室開放基金平臺支持下，設計了一些探索研究型實驗課題，鼓勵學生組團選擇實驗課題、查閱文獻、擬定實驗方案、實施實驗過程、撰寫實驗論文。大學生科研訓練計劃和本科畢業設計（論文）也是培養本科生創新能力的平臺。在實施學校大學生科研訓練計劃的年度，遙感課程組每年設計幾個遙感應用分析研究小課題，供學生參與大學生科研訓練，并從科研課題中提煉一些問題作為大學生畢業設計選題，引導學生參與到教師科研課題中。學生通過參與實驗室開放基金課題、大學生科研訓練計劃項目和教師科研課題，檢驗了專業知識，培養了探索精神、創造思維和合作能力。

五、結束語

本文總結了我校遙感課程教學組圍繞GIS專業“遙感數字圖像處理”課程教學實施的一系列教學改革措施。這些措施已經取得較好的成效，有不少GIS學生積極參與校實驗室開放基金項目、大學生科研訓練計劃項目和教師科研項目，每年GIS專業有近1/3的學生選擇與遙感圖像處理及遙感應用分析有關的畢業設計題目。人才培養是項長期復雜的系統工程，需要從師資、設備、教學等一系列軟硬件教學條件上予以保障。

參考文獻：

[1]李小文.定量遙感的發展與創新[J].河南大學學報(自然科學版),2005,(4):49-56.

[2]秦其明.中國高校GIS專業核心課程設置問題的探討[J].地理信息世界,2003,(4):1-7.

[3]錢樂祥.GIS專業課程體系改革思路與實踐[J].高等理科教育,2006,(6):95-98.

[4]談樹成,劉恒,夏既勝,等.關于地理信息系統(GIS)本科專業課程設置的思考[J].高等理科教育,2008,(4):47-50.

篇（2）

中圖分類號：G642

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2013）05-216-02

一、引言

隨著電子和信息技術的迅速發展，數字圖像處理已成為當今信息處理技術中發展很快且應用面很廣的新興學科之一。“數字圖像處理”課程也成為了高校本科計算機與信息類專業的一門專業核心課程。但由于數字圖像處理學科所涉及的知識面廣，理論復雜，對數學基礎的要求高，實踐環節動手能力要求強，其課程內容也在不斷更新豐富。在以往傳統教學過程中呈現出了以下弊端：（1）教材中大量理論和算法推導給學生的學習帶來困難；（2）單一的單機版多媒體教學，無法滿足學生對新知識、新技術、新應用的了解和深入學習；（3）沒有完善系統的實驗指導書，促使學生學習的積極性下降，導致實驗效果不佳；（4）沒有實際項目作為應用鍛煉，造成理論與實踐脫鉤，無法激發學生的學習動力和興趣等。

針對數字圖像處理教學過程中出現的上述問題，國內很多教學專家和學者，結合自己的實際教學過程，各抒己見，陸續提出了很多寶貴的改革建議和方案，取得了相應的教學改革成果。如山東工商學院的魏廣芬和王永強等于2009年針對“數字圖像處理”課程和學生特點，介紹了教學過程中實施的一些改革措施，包括采用現代化教學手段，“設問-思考-引導-嘗試-總結”的教學模式和學生分組的學習方式，加強實驗和課程設計教學環節以及完善評分機制等方面。并對教學過程中發現的相關問題進行探討。西北民族大學的李向群和王書文于2010年從教學內容建設、教學手段改革、實驗環境建立、考核方式改革等方面入手進行了深入細致的探討，并將這些方法應用到實際教學過程中，收到了較好的效果。中國傳媒大學的呂朝輝也于2010年根據數字圖像處理課程的特點，探討了本門課程的教學改革和實踐，經過五年來的教學實施，取得了良好的教學效果。南通大學的趙敏于2011年，針對該課程的特點，論述了在教學中引入案例教學法的可行性和具體實施方案。

通過對上述數字教學改革的學習和研究，結合我校“大德育，大工程，大實踐”的辦學理念和信息與計算科學專業“3+1”教育模式（本專業“3+1”教育模式是指3年在學校完成理論課學習，1年在軟件實習公司等完成工程實訓、生產實習、畢業實習和畢業設計等實踐環節，以培養應用型人才為培養目標）及本科生的特點。對本專業數字圖像處理課程的教學進行了改革研究和實踐。建立了一個以學生為主體，以現代網絡多媒體教學為平臺，以大學生科研立項為載體，以大學生就業或考研深造為目標的一套較為完善的數字圖像處理課程教學體系結構。

二、課程改革內容

結合傳統教學中存在的問題，和現代網絡多媒體教學建設的需要。本課題研究內容主要將通過教學內容、教學方法、教學手段和考核機制來探索和實施。

1.優化教學內容。數字圖像處理課程的基本內容包括圖像處理的基礎知識、圖像增強、圖像變換、圖像分割、圖像復原、圖像特征提取與選取以及圖像壓縮編碼等知識。但隨著信息化時代知識的加快更新、技術快速革新，數字圖像處理課程已成為模式識別和計算機視覺等新學科的基礎，并根據學生就業需求的主線要求。通過對教學內容的深入研究，在本專業新版教學大綱中，對授課內容中要求以基礎理論知識為基礎，把相關的科研項目和實際項目滲透到授課中。例如在介紹圖像處理的基礎知識的時候，我們可以結合案例驅動來講述圖像處理的過程；將車牌識別、人臉識別、筆記識別等實際項目穿插到圖像增強、圖像分割、頻域處理以及特征提取與選取中。同時，我們把信息熵、模糊數學和小波分析等概念滲透到部分章節中，并給出該理論解決問題的結果，以提高學生學習新理論的興趣，促使部分同學自學新的理論，培養學生的自學能力。在講述專業基礎知識的過程中，我們將適時地增強相關的軟件的學習和資源庫的介紹，例如通過實驗和實訓的教學加強學生對Matlab和VC++等語言的學習和實踐。通過CNKI和IEEE Tran文章的介紹，提高學生對最新科研成果的了解，激發學生學習的興趣，培養學生對新事物的學習能力。鼓勵學生進行大學生參加校內科研立項，引導學生分析問題和解決實際問題的能力，進一步提高學生的綜合素質能力。

2.豐富教學方法。在以往的教學過程中，數字圖像處理課程的教學主要以“填鴨式”教學方法為主，只注重對學生的教，而忽視了學生的學和做，沒能產生良好的教學效果。通過對當前主要教學方法的研究與探索，我們豐富了數字圖像處理課程的教學方法，以“啟發式”教學方法為主，以綜合運用講授法、研究法、討論法、實驗法等教學法，把“教、學和做”很好地穿插起來，發揮各種方法的優勢，引導學生積極參與教學，實現教與學深層次互動。促進學生對數字圖像處理基本知識和方法的掌握及動手能力的培養。

3.提升教學手段。針對該門課程理論性強、乏味單調的特點，應用現代網絡多媒體教學手段，借鑒當前較為流行的CDIO教學模式，進行教學手段的提升。結合教學內容的組合的優化和教學方法的豐富，在教學中以現代網絡多媒體為教學媒體，通過制作多媒體課件，以“少而精”和“圖文并茂”為原則，并結合Matlab和VC++等軟件編程實例的案例教學，在課堂教學中適時引入前沿熱點圖例分析和編程處理實例，引導學生進行理論知識的學習，使學生體會到易學、樂學和會做。

4.改善考核機制。摒棄了以往“一考定乾坤”的考核方式，將平時出勤與課堂表現情況、作業和實驗成績等進行量化，納入最終成績的綜合評核。并結合“3+1”創新教育模式對學生實踐能力和CDIO培養大綱對學生素質進行全面考核的要求。側重學生對基礎知識的把握、個體實踐能力、團隊協作能力的考核。

三、實踐效果

通過數字圖像處理教學內容、教學方法、教學手段和考核機制等四方面的改革研究與實踐，近幾年本專業每年都有10%左右的學生選擇數字圖像處理的相關研究內容作為本科畢業論文選題，并取得了較好的成績。通過對畢業生的跟蹤調查發現，考研深造的部分學生也把圖像處理及新興相關學科前沿方向作為自己的學術研究方向，工作就業的部分學生也從事了與數字圖像處理相關的研究工作領域。

四、結束語

本文對以往數字圖像處理課程教學過程中存在的主要問題進行了簡要的介紹，并對主要相關學者的教學改革內容進行了闡述。結合我校的教學理念以及本專業的“3+1”教學改革模式，針對本專業本科生的特點，進行了數字圖像處理教學的改革研究和實踐。實踐表明，此次教學改革提高了教學效果，得到了學生的認可和好評。完成了對本專業學生在知識、能力與素質等方面要求的綜合培養。

[基金項目：黑龍江省教育科學“十二五”規劃研究課題（GBC1212076）；黑龍江科技學院教學研究項目]

參考文獻：

1.魏廣芬，王永強，丁昕苗，何愛香.“數字圖像處理”課程教學改革的嘗試.電氣電子教學學報，2009（6）

2.李向群，王書文.《數字圖像處理》課程的教學改革初探.微計算機信息，2010（3-2）

3.呂朝輝.數字圖像處理課程教學改革與實踐.高教論壇，2010（11）

4.趙敏.MATLAB用于數字圖像處理的教學實踐研究.電腦知識與技術，2012（31）

篇（3）

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-2117（2014）08-0012-02

1 前言

數字圖像處理技術的應用非常廣泛，已經滲透到計算機、通信、交通、物理、醫學、化學、生物學、軍事、經濟等各個領域，與人們的生活密切相關。《數字圖像處理》是信息技術領域中發展較快的一個熱門領域，是模式識別、計算機視覺、多媒體技術、數據挖掘等學科的基礎，也是一門涉及多領域的交叉學科。

該課程的理論性和實踐性都很強，要求學生在掌握圖像處理的基本概念、基礎理論、典型算法的基礎上，掌握一定的編程實踐能力，能夠利用計算機編程實現數字圖像的各種處理，如圖像變換、圖像增強、圖像恢復、圖像重建、圖像分割、圖像編碼和圖像識別等，在學習圖像專業知識的過程中增強學生的創新意識，培養學生獨立獲取知識和綜合運用所學知識分析和解決實際問題的能力，提高學生的實際動手能力，為其今后深入地進行科學研究和獨立工作奠定良好的基礎。

2 創新教學理念

在《數字圖像處理》課程的教學中，努力貫徹素質教育的先進理念，注重教與學的有機結合，堅持以學生為主體，教師為主導，最大限度地發揮學生的主觀能動性，將培養學生的主動思維，鼓勵學生的創新意識作為教學的重要目標之一。

對于教學內容的設計，以圖像處理算法的理論作為授課的重點，以算法的產生、應用、改進為主線，突出知識的內在聯系，揭示數字圖像處理發展的內在規律（要求學生重點理解）。

掌握數字圖像的基本概念和基本算法，關注圖像應用的前沿動態，培養學生的創新思維能力，并根據課程需要，適當將數字圖像處理領域中最新的技術手段，研究進展以及發展趨勢納入教學，并鼓勵學生對新知識、新領域進行積極地探索。

在教學過程中，努力將復雜抽象的理論融入到形象直觀的應用實例當中，將算法實現過程中的重難點問題分解細化為可展現的圖像處理效果，在理論中滲透實踐，在實踐中穿插理論，注重理論聯系實際，培養學生的工程實踐能力，真正使學生樂學、易學并會學。

3 改革教學內容

數字圖像處理技術在科學研究、工農業生產、軍事技術和醫療衛生等許多領域中發揮著越來越重要的作用。圖像技術的快速發展決定了《數字圖像處理》課程的教學內容也需要不斷更新，教材原則上選用專業內容全面新穎的教材，即圖像專業基礎知識相對穩定，并能夠緊跟數字圖像處理技術發展趨勢。對于輔教材，可以根據圖像課程的系統性和實用性，并考慮到擴充學生的視野，可以選一些國際上經典書籍如外文經典專著。目前我們以2012年清華大學出版社出版的，章毓晉編寫的《圖像工程（上冊）――圖像處理（第三版）》教材為主線，以美國Rafael C.Gonzalez 等編著的Digital Image Processing，阮秋琦編著的《數字圖像處理學》等教材和中外科技期刊發表的最新圖像技術為參考資料，并適當補充本領域中的一些新技術、新方法及新成果。

對圖像處理教材內容進行整合，課內圖像處理基礎知識分為九大模塊：圖像與視覺基礎、圖像運算與變換、圖像增強、圖像恢復、圖像重建、圖像編碼、圖像分割、圖像目標表達與描述、圖像識別等內容。

在授課過程中，一般知識點進行自學，系統講解重點難點內容，如直方圖均衡等，而對于教材中未寫進或無系統介紹的前沿性、創新性或跨學科的內容，則滲透到各個章節中。例如，將水果識別系統、車牌圖像的自動識別、基于內容的圖像檢索等新技術滲透到圖像增強、圖像分割、圖像目標表達與描述和圖像識別等各個章節中，授課內容完成，那么自動識別系統模型建立，學生就完成了水果、車牌等圖像的自動識別。通過這種方法強調基礎，跟蹤前沿，將基礎理論與實踐有機地結合起來，使學生不僅能夠學到課程的基礎知識，了解科學前沿的最新成果，加強學生的實踐動手能力，而且與時俱進，增強了學生的好奇心，促進學生創新能力的培養。

4 改進教學方法

在數字圖像處理教學中，綜合運用課堂講授法、研究法、討論法和實驗法等教學方法，發揮各種教學方法的優勢，引導學生積極參與教學。

對于一般的重點難點內容，例如，圖像增強中的直方圖增強等模塊，同時以課堂講授和實驗法為主，在講解圖像增強理論的同時進行圖像直方圖增強實驗，在圖像增強原理講完之后直接出現直方圖增強的前后對比圖，可以激發學生的興趣和動手能力。

對于圖像邊緣檢測等一些難度相對較小的內容，首先以講授法系統地講解其中一種邊緣檢測算法，其他與之原理相似的算法則運用討論法，以學生討論、交流為主，教師引導、點評為輔進行。

對于課堂難度較大的內容如圖像恢復與重建，則采取研究法為主，其他方法為輔。促使學生主動思維，成為真正的學習主體，教師根據學生反饋的信息及時把握學生思維過程，成為真正的主導。

另外，對于圖像某一知識模塊的引入，可以適當設置一些懸念或疑問，再引出講授的主要內容，即將教學過程設計成一個“產生疑問―尋求解決方法―解決疑問―再產生疑問―再尋求解決方法一再解決疑問……”的過程。這樣不僅有利于增強授課內容的邏輯性，還有利于啟發學生的思維，激發學生的興趣及創新能力。

5 豐富教學手段

鑒于數字圖像理論知識比較豐富，實踐性比較強，應用領域比較廣的特點，以及現有教學設備、教學網絡環境的改善，《數字圖像處理》課程采用板書、多媒體課件、輔助教學軟件以及教學網絡平臺等多元化的教學手段。充分活躍課堂氣氛，提高教學效果，促進教學改革，提高學生的學習興趣及實踐動手能力，增強學生的信息素養，獲得了良好的教學效果。

對于數字圖像處理中典型算法的原理與推導等難度較大的內容，以板書為主，通過對公式的推理計算，體現出知識的邏輯性和嚴謹性。同時適當輔以多媒體課件對圖像處理的結果進行演示，以加速學生對授課內容的理解，增強了學習的直觀性、生動性和趣味性。

針對本課程的特點，開發了輔助教學軟件，利用該軟件在課堂教學中將圖像處理算法的實際效果進行隨堂演示，從而將枯燥的理論推導轉化為立竿見影的實際操作。讓學生充分感受到數字圖像處理技術的巨大魅力，從而降低了理論知識學習的難度，增加了課堂的信息量、激發了學生的學習興趣，實現了化靜態為動態，化抽象為直觀，化復雜為簡潔，使課堂教學的效率大大提高。此外，又鍛煉了學生的研究性學習能力，培養了學生的創造性思維。

根據課程教學標準，進一步改革教學實踐，安排了實驗教學，并將實驗內容劃分為驗證性實驗和設計型實驗。驗證型實驗的設計，要求學生掌握數字圖像處理、基本操作處理和簡單的典型算法編程，從而實現對課堂上理論知識的學習鞏固，增強了學生的編程能力和基本的項目開發能力。設計型實驗需要學生對源代碼進行分析研究、修改或補充，動手設計一些綜合性或創新性的算法，分析實驗結果，寫出實驗報告或論文。既培養了學生發現問題，分析問題和解決問題的能力，又提高了學生的動手能力和創新能力。

利用大學提供的教學網絡平臺，把圖像處理課程的教學標準、授課教案、教學課件、習題、實驗指導以及相關參考資料都上傳到此教學網絡平臺。同時引導學生在網絡上積極討論關于圖像處理方面的一些最新研究等話題，激發學生討論及思考。另外，學生對于未消化的難點，也可以在網絡平臺上提出，教師及時通過教學平臺進行回復，實現課后數字圖像處理教學的互動，從而作為課堂學習的補充。教學網絡平臺實現了教學資源的共享，課后教學的互動，豐富了教學手段，為開展多種形式的教學奠定基礎。

6 改革考核方法

課程考核對于加強學生對學習內容的掌握、實驗技能的提高、創新能力的培養具有很大的促進作用。然而，傳統的閉卷考試，主要考核學生對課堂教學內容的理解和掌握，容易使得學生將注意力放在背記考點及研究考試技巧上。《數字圖像處理》課程是一門實踐性很強的課程，僅采用這種評價方式將難以調動學生實踐學習的積極性，達不到良好的效果。

在考核方法的改革上，對《數字圖像處理》課程采用了綜合性的考核方法。期末考試采用筆試開卷方式，主要強調學生對數字圖像處理技術基礎理論的宏觀掌握。在考試題目設計上，重點強調學生知道如何去尋找解決問題的方案，考核學生發現問題，分析問題和解決問題的能力；同時增強實驗成績的比重，根據學生對實驗內容的完成情況，以及創造性解決圖像處理問題的能力，對實驗成績進行評分。另外，還將平時的聽講，回答問題，作業的情況列入平時成績。因此《數字圖像處理》課程最終的考核成績包括三個部分：期末考試成績（占50%），實驗成績（占30%）和平時成績（占20%）。

通過課程考核方法的改革，不僅有效地檢驗了學生對《數字圖像處理》課程的綜合掌握程度，而且還能激發學生學習的積極主動性，提高了實踐創新能力。

7 結語

隨著信息技術不斷發展和完善，數字圖像處理技術也在不斷發展，并且越來越多地應用于各個領域，相應地，數字圖像處理課程的教學改革和實踐也應與時俱進，結合國內外科研和教學成果，不斷吸收新知識，豐富教學內容；根據教學內容靈活運用各種教學方法，使學生在掌握數字圖像處理基本理論和方法的基礎上，培養學生的實踐動手能力，創新意識與綜合設計能力，使學生的信息綜合設計能力和科學研究能力有明顯地提高。激發學生主動學習的興趣，提高學生進行研究性學習的能力，同時進一步提高教學質量和教學水平，真正培養出具有開拓精神和創新意識的現代化新人。

參考文獻：

[1]章毓晉.圖像工程（上冊）――圖像處理（第三版）[M].北京：清華大學出版社，2012.

[2]岡薩雷斯.數字圖像處理（第三版）[M].北京：電子工業出版社，2010.

篇（4）

中圖分類號：TN911.7；TU311文獻標識碼：A 文章編號：

Abstract: The video image vibration testing technique, based on common USB digital camera and PC, is introduced in the paper. The first order modal parameters of the simple beam model is identified adopting the video image vibration testing technique, and comparing the result with the DASP and traditional vibration test Method. Based on Matlab software, the program is developed to obtain structural vibration displacement curves. And the simple beam model of the natural frequencies, damping ratios and mode shapes is determined using modal analysis. The test results show that the vibration testing technique is feasible for low frequency vibration system.

朗讀

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Key words: digital video; polynomial fitting; simply supported beam model; modal parameter;vibration testing

圖像測量技術[1]表現出其非接觸式、無設備損耗、表面全尺度、重復可比性好、環境適應性強、無負載效應等優點，不僅適合靜態測量，也可滿足動態測量要求，對結構可實現全域高密度檢測。數字圖像測量技術近年來發展迅速，其對結構邊緣識別精度可達到0.05像素，如劉敏提出識別結構一維大變形的數字圖像邊緣檢測法[2]，袁向榮提出的一維DIC法檢測結構邊緣變形[3]，胡朝輝提出結構振動測試的視頻圖像技術測試方法 [4]。

本文以數字圖像測量技術為理論依據，采用普通數碼攝像頭和PC機作為硬件設備與matlab軟件相結合而成的視頻圖像振動測試的系統[5]，使用該測試系統在實驗室進行簡支梁模型的振動測量試驗，結果表明對低頻結構的振動測量采用該測振系統是可行和可信的。

視頻圖像振動測試系統簡介

視頻圖像進行振動測量的原理是：使用普通USB攝像頭實時拍攝并記錄被測對象振動狀態下的時間序列圖像，對圖像用數字圖像處理技術處理，得到測試對象準靜態的變形序列，進而獲得被測對象的振動軌跡。具體測試流程如圖1所示：

圖1測試流程圖

模型試驗及結果分析

2.1 試驗Ⅰ

采用梁長L=2.1m等截面勻質材料，兩端鉸支，單位長質量為160g/ m，抗彎剛度EI=21.5N.m2；梁體表面光滑平整，顏色為純黑色，背景顏色取為白色，拍攝時光照條件良好，以有利于邊緣識別。試驗簡圖如圖2所示。

圖2試驗Ⅰ簡圖

振動試驗開始后，對梁進行激勵，采集振動穩定后振動狀態，采樣時間為5s，利用matlab程序處理圖像序列[5]，獲取各像素點的振動信號，部分結果列于表1中。

表1 實測振動頻率與阻尼比

簡支梁模型的理論固有頻率： ，用數字圖像測量所得到的梁的一階頻率為4.1016，誤差為0.7%，故數字圖像法在橋梁測試中的數據是真實可信的。

2.2 試驗Ⅱ

梁長L=2.1m等截面勻質材料，兩端鉸支，單位長質量為160g/ m，抗彎剛度EI=21.5N.m2；同時采用DASP動力測試系統進行數據采集和處理，試驗簡圖如圖3所示。測試結果比較如表2及圖4―圖7所示。

圖3試驗Ⅱ簡圖

表2 視頻圖像和傳統測試實測頻率對比表（Hz）

圖4視頻圖像測試擬合不同像素點的一階圖5傳統測試前三階的振型圖

本次試驗通過用采用DASP動力測試系統來驗證數字圖像法，二者結果很相近，梁的一階頻率結果比值僅為1.038，具體如表2所示。

結論與建議

簡支梁模型動載試驗結果表明：

（1）對于動態位移的測量，試驗數據均較合理，簡支梁模型的二次試驗均測出了結構的一階模態參數，通過驗證，測量結果也真實可信，因此認為數字圖像振動技術可用于低頻振動結構的測試；

（2）但是二次試驗均未測出二階模態參數，經分析認為可能的原因有：響應譜對應二階頻率處的幅值太小以及激勵點選取位置不適當以致未能激勵出其二階模態，普通攝像頭信噪比低而無法識別也是原因之一。

（3）通過與傳統的DASP動力測試系統試驗對比，說明相對于傳統測試方法，數字圖像振動測試技術精度較好；但是傳統方法可測得前三階模態，說明該方法測試分辨率與傳統方法有一定的差距；故對于高頻、高階的結構振動測試，能通過高速、高清的圖像采集設備，提高其測試分辨率 。

參考文獻：

[1] 張紅娜,王祁.圖像測量技術及其應用[J].電測與儀表，2003，451(40):19-22.

篇（5）

中圖分類號：G421 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（b）-0185-02

遙感作為一種高效的探測、獲取、分析和處理空間信息的先進技術手段，已廣泛應用于各個領域。高等院校是我國遙感專業人才培養的主戰場，它提供了一個綜合性高、專業性強的平臺[1]。在該平臺上，可以針對社會的應用需求，塑造學生不同的個體特征，培養出適于不同崗位的研究型、應用型人才。因而，構建旨在培養學生綜合素養，并突出其個體特征的課程體系具有舉足輕重的作用。特色鮮明的體系可以在提升學生的綜合素養的同時，也能夠突出學生個體，因而可以更好地滿足我國遙感專業人才培養的需求。

現階段我國為遙感專業人才培養設置的本科專業主要有攝影測量與遙感、遙感科學與技術、地理信息科學等，在這些專業的培養方案中，《遙感導論》和《遙感圖像處理》在多數高等院校中都有開設，并為專業核心課程之一，有的高等院校還開設了《數字圖像處理》。《遙感導論》和《數字圖像處理》兩門課程可以視為《遙感圖像處理》的前期基礎課，因而在課程學期安排上應該提前。

《遙感圖像處理》以地理學、測繪學、數理統計、計算機技術等為背景，在學習了遙感技術、圖像處理技術的原理和理論基礎上，著重介紹遙感信息處理的原理、過程與方法，并掌握遙感圖像處理技術的發展動態與實際應用。由于《遙感圖像處理》是多學科的交叉，與很多專業都有很密切的聯系，而且發展速度較快，在遙感圖像處理的教學中，一方面要求不同對象的學生掌握、理解或了解圖像處理技術的基本原理；另一方面，還要求不同對象的學生理解或了解遙感圖像的成像機理、處理技術和流程等。同時，圖像處理技術和遙感技術具有技術更新快的特點，因而還需要學生掌握現階段的狀態以及最新發展情況。除了教學內容和教學方法外，實驗教學也是《遙感圖像處理》課程的重要的環節，傳統的課程教學大都偏重于理論，一些已有的實驗也主要是針對特定圖像處理的一些應用，缺乏圖像處理技術應用與遙感圖像特征無縫結合和系統組織。

總的來說，目前的《遙感圖像處理》課程體系主要存在以下幾個方面的問題[2]：（1）傳統的課程體系多注重經典理論，輕實驗和實踐[3]。除了應該重視理論教學外，有效地利用實踐教學環節，有利于學生理解和掌握該課程內容，取得事半功倍的教學效果；（2）傳統課程體系脫胎于數字圖像處理，和遙感處理關鍵技術之間存在斷裂面，遙感處理知識體系不夠完善。

本文以我國高等師范院校開設的遙感科學與技術、地理信息科學專業為例，針對《遙感圖像處理》課程的教學目標，提出了適合高等師范院校本專業領域學生的課程體系的構建方案，并就其實踐教學的效果和課程體系特色進行介紹。

1 課程體系的建立

內容的模塊化設計是目前課程體系建設的主要方案，在很多高等院校的專業教學中得到了較好地應用[4]。為適于高等師范院校開設的遙感科學與技術、地理信息科學專業教學需求，通過近10年左右的實踐教學，我們將《遙感圖像處理》的課程體系結構分為7個模塊，如圖1所示。

（1）圖像基礎模塊：這一部分主要介紹遙感數字圖像的基礎知識，主要包括遙感數字圖像、遙感數字圖像的計算機存儲、遙感數字圖像的計算機視圖與表達等內容，讓學生了解遙感數字圖像的基本概念和特點，并從計算機存儲和顯示的角度，定性了解數字遙感圖像，引導學生建立遙感圖像處理研究和實踐的興趣。

（2）定量遙感處理模塊：遙感定量化是當前技術發展的重要方向之一，其分析和處理過程涉及到物理、大氣等學科；本科生由于前期所開課程較少，感覺定量遙感處理的難度較大，因而我們主張在本科階段掌握定量遙感的基礎理論和圖像處理，深層次處理設置在后續的研究生課程開設。

該模塊的主要內容涵蓋輻射定標、大氣校正、熱紅外地面溫度反演等，以Landsat TM圖像為例，了解遙感圖像的輻射校正和定量反演的技術方法：輻射定標結合Landsat TM的0級、1級產品，介紹遙感圖像數字值（digital number，DN）轉換為光譜輻射亮度的方法；大氣校正主要講述基于輻射傳輸方程的校正方法，結合6S和MOTRAN輻射傳輸軟件包，完成遙感圖像的大氣校正；熱紅外圖像地表溫度反演以Landsat TM6為例，介紹單波段熱紅外圖像的地表溫度反演方法和技術流程。

（3）幾何遙感處理模塊：該模塊針對遙感成像的純中心投影、多中心投影、側視雷達等不同構像方式，解釋它們的幾何糾正方法和技術流程；對于多項式糾正方法重點介紹，強度多項式的構建、地面控制點的選擇、最小二乘法擬合等相關內容。

（4）數字圖像增強模塊：數字圖像增強模塊按照彩色增強、輻射增強、空間域增強、頻率域增強、多光譜增強等順序進行講解。在這一部分，我們遵循系統深入的原則，基于遙感數字圖像處理的實例，幫助學生系統復結并領會各種理論方法之間的邏輯順序與本質。由于圖像處理具有理論性和可視化強的特點，在這個部分教學中，我們希望加強學生對前置基礎課程（如《遙感導論》和《數字圖像處理》）所學基本理論和方法的深入理解，使其充分認識遙感機理理論知識在遙感圖像增強應用中的指導意義，并體會理論本身的魅力。

（5）遙感圖像融合模塊：該模塊從遙感圖像融合的目的出發，介紹圖像融合的主要方法和技術流程、圖像融合結果的性能評估等；聯系數字圖像增強模塊的多光譜增強子模塊，以HIS變換、主成份分析、傅里葉變換和小波變換等為基礎，闡述遙感圖像融合的主要技術方法，并對其方法的缺點進行分析，提出改進的遙感圖像融合方案。

（6）遙感圖像分類模塊：該模塊主要包括計算機分類的基本原理、非監督分類、監督分類、計算機分類的新方法、分類結果后處理、精度評估等內容。在這一部分教學中，我們充分發揮圖像處理應用性強的特點，選擇最小距離法、ISODATA、最大似然分類法等，重點講述其基礎理論和技術方法，激發學生學習興趣。

（7）變化檢測模塊：該模塊是對前面所學模塊的綜合運用，向學生展示《遙感圖像處理》立體而豐富的專業內容。在介紹遙感圖像變化檢測意義和技術流程的基礎上，重點論述變化檢測的分類后比較法和直接比較法；將變化向量分析法（CVA）作為典型算法進行講述，通過土地覆被變化檢測的應用實例，綜合遙感圖像輻射校正、幾何糾正等知識，重點論述變化強度和變化方向的確定方法，并利用圖像處理實踐提升學生的研究性思維，初步培養學生的創新能力。

2 課程教學實踐及其特色

2.1 加強實踐教學環節，注重動手能力的培養

本課程主要教學目的是使學生了解和掌握遙感信息處理的基本知識、方法、基本技能和發展動態，初步掌握應用遙感信息處理技術分析和解決實際問題的能力。因而，實踐教學能力培養是我們課程建設的核心部分。我們在每個模塊中設置了多個實踐環節，多角度、多目標的提升學生動手操作能力。

通過理論學習、實踐處理等環節，增強學生對本課程的理解，并在此基礎上使學生進一步掌握遙感圖像成像的基本原理、基本理論和這些理論在遙感圖像處理中的應用。近10年的教學實踐證明，該課程的實踐教學環節較好地調動了學生專業學習的積極性，取得了較好的學習效果。

2.2 內容延伸模塊化，形成分層次課程體系

我們依據課程教學內容，構建了授課內容的基本框架，按照教學內容分塊設置，根據學生學習階段、課時安排、專業特色延伸等可以靈活變化，因而給授課內容帶來了較大的機動性。

在每個教學模塊中首先確定知識體系和拓展專題內容，將這些拓展專題分為偏應用型和偏理論型。每個專題中設置基本內容和擴展內容，形成模塊化分層次的課程體系。

例如：在數字圖像增強模塊中，目前的大多數教材中存在直方圖均衡化的內容，然而隨著圖像處理技術的發展和應用的拓展，人們發現在絕大多數遙感圖像增強處理中不適合直方圖均衡化處理，因此這部分內容可以不講或讓學生自學。圖像增強部分的內容非常多，使學生清楚掌握第一節內容介紹的關鍵詞，課程的延伸內容就會更易理解。根據學科特色和學習層次，可以有意識地引入偏應用專題或偏理論專題，更好地滿足不同目標、不同層次的學生的需求。

通過遙感圖像處理課程教學內容的分塊劃分，形成了層次化、模塊化課程體系，在確保授課內容體系完整情況下，使內容選擇更具條理和可操作性，便于培養不同目標導向的學生，更適于我國高等師范院校相關專業的教學設計。

2.3 多目標人才及其創新能力培養

社會對人才可以從不同的角度加以分類，從生產或工作活動的目的來分析，現代社會的人才可分為學術型（理論型）、技術型、工程型和技能型等。多目標人才就是多功能人才，其特點是多才多藝，能夠在很多領域大顯身手。當今社會的重大特征是學科交叉，知識融合，技術集成。因而，《遙感圖像處理》多目標人才培養是培養學生在各個方面都有一定能力，同時在某一個具體的方面要能出類拔萃。

在高等師范院校地理學背景創辦遙感科學與技術、地理信息科學等本科專業的情況下，不同層次、不同培養目標導向，可以讓學生針對自己的發展方向選擇應用型還是研究型，因而該課程體系更加具有靈活度。我們課程體系中設置的定量遙感模塊，可以滿足學生在應用型《遙感圖像處理》課程中學習到研究型知識，豐富和完善學生的有關遙感處理的知識結構，提升學生的創新能力。實踐教學證明，我們的本科生經過該模塊的學習，也能夠獨立完成研究方案構思和具體研究路線設計，并在老師的指導下撰寫科學論文。

3 結語

衛星遙感、圖像處理技術的迅猛發展，其應用領域愈來愈廣泛，該領域受到很多學生的垂青，激發了他們的學習熱情。目前很多高等院校都開設了《遙感圖像處理》這門課程。如何根據各個高等院校的學科特色、學生特點構建適合自己的課程教學體系、安排好授課內容、提高教學方法和教學手段的有效性是很多高等院校主講教師最關注的，同時對于提高學生學習興趣、加強實踐應用能力以及培養信息技術時代的創新型人才具有重要意義。

筆者結合多年《遙感圖像處理》課程的教學經驗，設計了一個課程內容模塊化、專題內容可延伸、分層次的課程體系，它采用專題框架，在保證授課體系完整性的前提下，授課教師可以依據人才培養目標、專業特色、學時要求引入模塊化延伸內容，有機地將課程教學內容聯合在一起，形成多層次、多目標的授課內容。實踐證明，該課程體系設置達到了我們高等師范院校相關專業的課程教學預期效果，可以為我國其他高等師范院校的相關專業的《遙感圖像處理》課程教學提供參考。

參考文獻

[1] 鄧磊，趙文吉，胡德勇.遙感課程實踐教學模式探索與教改實踐[J].科技創新導報，2012（7）：136-137.

篇（6）

摘要：大學研究型教學思想已成為重要的教學理念之一。本文針對課程特點和學生特征，以研究型教學思想為指導，在遙感數字圖像處理課程中，強調開放意識、問題意識、探究意識和能力培養意識，建構了研究型教學模式，在實踐中取得了較好的教學效果，能夠激發學生學習和研究的興趣，提高學生的動手、動腦能力。

關鍵詞 ：研究型教學；遙感數字圖像處理；教學模式；建構

DOI：10.16083/j.cnki.22-1296/g4.2015.04.024

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A文章編號：1671—1580（2015）04—0052—02

基金項目：甘肅省自然基金（編號145RJZA163）；甘肅農業大學重點課程建設項目（遙感數字圖像處理）；甘肅農業大學教學研究項目“地理信息科學專業實踐教學模式的改革與實踐”資助。

收稿日期：2014—10—19

作者簡介：吳靜（1973— ），女，四川道孚人。甘肅農業大學資源與環境學院，副教授，博士，研究方向：遙感教學。

李純斌（1972— ），男，湖北長陽人。甘肅農業大學資源與環境學院，副教授，博士，研究方向：3S技術與應用。

付彩菊（1981— ），女，甘肅定西人。甘肅農業大學資源與環境學院，講師，碩士，研究方向：遙感教學。

閆培潔（1985— ），女，甘肅白銀人。甘肅農業大學資源與環境學院，講師，碩士，研究方向：遙感教學。

大學研究型教學以主體教育思想、素質教育思想、創新教育思想為理論指導，注重培養學生可持續發展的能力，如自主能力、創新能力、交往合作能力等，能夠很好地體現現代大學教學的本質，［1］因此，研究型教學思想自美國在20世紀80年代提出以來，得到了包括中國在內的各國教育界的積極響應和發展，取得了矚目的成就，成為高校推崇的教育理念之一。［2］

目前，我國高校的在校學生一般都是“90后”，他們在開放的網絡環境中成長，通過網絡獲取信息的能力較強，更希望在學習中掌握主動權，［3］［4］［5］適合“以學生為主體、以教師為主導”的研究型教學模式。［6］

甘肅農業大學遙感數字圖像處理重點課程建設項目以研究型教學思想為指導，進行了研究型教學模式建構的探索和實踐，并取得了較好的效果。

大學研究型教學的基本特點包括：教學時空的開放性；教學主體的互促性；教學方法、手段的多樣性、靈活性；教學過程的探索性；教學氛圍的民主性；教學評價的綜合性。基于上述理念，筆者結合學生的特點和課程特征，貫穿開放意識、問題意識、探究意識和能力培養意識，［7］在遙感數字圖像處理課程教學實踐中建構研究型教學模式。

一、開放意識

（一）教學時空開放

遙感圖像資料是遙感處理的對象，如何根據需求獲取合適的遙感圖像是本課程的最基本技能，也是對學生首要的素質要求。然而，下載遙感圖像耗時較長，而且必須通過網絡下載，鑒于課堂學時不足，同時學院實驗室機房沒有開通互聯網，所以，我們設計了一個課外實驗：要求學生利用課余時間和網絡資源，下載一景遙感圖像（不限平臺、傳感器、時間、地點等）；說明下載的過程，包括網站信息、數據查詢條件設置、數據下載的方式等。通過這個實驗，達到讓學生掌握下載遙感圖像的流程、了解相關網站的目的。由于該實驗具有一定的挑戰性，而且最后結果明確（是否下載到圖像），學生克服各種阻力完成之后，會有一種成就感。此外，由于實驗中沒有限制平臺、傳感器、時間、地點，結果也不是全班統一的，有的學生下載了學校所在城市的影像，有的下載了家鄉的影像，有的下載了自己向往地點的影像，等等，體現了自己的獨特性。通過教學時空的開放，達到了對實驗條件揚長避短、充分調動學生積極性的效果。

（二）資源開放

1.網絡資源。收集整理各種獲取遙感圖像資料的途徑，讓學生親自去體驗獲取影像資料的過程，使其對不同平臺、不同處理級別、不同價位、不同格式、不同內容的資料有直觀認識，并熟悉網站資源和數據申請流程，及時跟進網站的更新進度，了解業界的最新動態。

2.文獻資源。遙感圖像處理具有一定的不確定性，而且處理方法多樣，因此，在教學過程中，應為學生提供各種相關的期刊文獻供其參考，讓他們不僅自己會操作、與同學探討處理過程和結果，還能看到相關專業領域的學者如何進行遙感圖像處理研究。

（三）課程開放

遙感數字圖像處理與遙感概論、遙感概論教學實習兩門課程內容相關，但各有側重。遙感概論側重介紹遙感相關理論以及遙感圖像處理方法及原理；遙感數字圖像處理課程側重處理的基本操作；遙感概論教學實習則是在具體給定項目中，在所學理論方法指導下，貫穿各種基本操作，實現項目目標。遙感數字圖像處理每一次實驗所培養的技能就像一顆顆打磨好的、散落的珍珠，遙感概論教學實習就像一條線，將每顆珍珠貫穿到一起，形成一條美麗的項鏈。三門課程相互銜接，前后呼應，學習、鞏固、提高，不斷提升學生對遙感學科的理解。

二、問題意識

以問題為導向，在實驗設計中強調利用所學知識和技能解決實際問題，通過每個實驗的設計以及不同實驗之間的相互呼應體現問題意識。

（一）單個實驗要求分兩個層次

每一次實驗對學生提出兩個層次的要求，首先是要求其完成基本操作；在此基礎上，提出任務要求，要求用基本操作解決具體問題，加深對操作的熟悉程度，同時要對此操作的目的和意義有進一步的思考和理解。

綜合兩個層次的練習，不僅能讓學生學會操作，而且能夠明白操作的目的和意義。

（二）各個實驗互動呼應

如綜合“實習一ERDAS視窗操作”和“實習六空間建模”設計一個習題，要求學生利用實習一的作業二的結果作為輸入，運用實習六的操作完成對圖像的分類。這樣一方面可以加深學生對實習一的內容的理解，用更積極、深入的方式激活學生對前面所學實驗的回憶；另一方面還能增強學習的趣味性，激發學生思考的積極性，達到了由實驗六激活實驗一的效果。

期中開設習題課，綜合所學，提出思考題，引導學生想辦法利用所掌握的操作技能，完成思考題，解決問題。

三、探究意識和能力培養意識

將課程與其他相關的專業學習活動聯系起來，學研結合，培養學生的探究意識。指導學生參加學生科研訓練項目（SRTP）、進行畢業設計與畢業論文研究，利用本課程中學到的技能和方法解決一些實際問題，完成圖像的獲取、預處理、增強處理、運算、得出結果和結論的全過程，并用論文的方式進行總結。鼓勵學生參加國際、國內相關內容的比賽，按一定要求和規則完成相應任務。

一般來說，在SRTP、畢業設計和各種比賽中，學生們需要解決的問題比課堂上要多，包括數據的下載、數據的格式、數據的運算、各種不同來源數據之間的協同等，或者是海量數據的處理等各種問題。在解決問題的過程中，往往要求學生查閱大量文獻或者需要在課程教學所用到的平臺或相關軟件平臺的基礎上進行二次開發，達到按需處理數據的目的。這個過程非常鍛煉學生，能使學生在心理素質的培養、學識的積累、處理問題的能力培養等方面獲益良多。

綜上所述，只要根據課程特點采用研究型教學模式，將雙主體意識、開放意識、問題意識、能力培養意識和探究意識貫穿于教學之中，挖掘學生學習的積極性，就能夠使他們學得輕松、快樂。

［

參考文獻］

［1］羅秋明，梁美華，易斌.大學研究型教學理論、方法與模式［M］.徐州：中國礦業大學出版社，2005.

［2］何云峰.大學“研究性教學”的發展路向及模式建構［J］.中國大學教學，2009（10）.

［3］王曉雪.針對“90后”學生特點的大學英語個性化教學研究［J］.科技信息，2013（10）.

［4］薛晶心.認識90后大學生特征，尋求有效的教學對策［J］.大學（學術版），2011（1）.

篇（7）

一、背景情況

當今的大中型雨污水泵站內一般均安裝有移動式格柵除污機，其利用單個可移動除污機頭進行移動除污的效果深受好評。其傳統的自動控制方式[1]是在格柵井前后各設超聲波液位計，測量格柵前后的液位值，控制系統通過判斷液位差值觸發其除污動作，但自動除污過程為：不管各倉位的柵片上污物的多少，移動機架均要逐倉進行除污一次（或幾次），直至最后一個倉位除污完畢后自動回復至初始倉位，一般整個除污過程的周期時間會達半小時以上。這樣既費時、費電，又增加了設備的使用率，加快了設備的損壞與維修，加速了設備的折舊與報廢。而且，超聲波液位計應用于污水行業中有其自身的缺陷，其不適用于測量有氣泡及懸浮物的介質等不利因素，而在泵站內的污水成份復雜，夾雜著大量的污物、油脂等漂浮物，并且水流流速快，對于超聲波信號的擾動很大，常會引起數據的跳躍或偏差，所以一般不利用超聲波信號直接去自動控制設備，而僅用作水位情況的監視。如在中國自動化網上的一文中指出，為保證控制可靠運行，需定期對超聲波液位計進行維護和校正[2]。

在此種狀況之下，有必要去研究一種方法、裝置或系統，以解決上述問題。

二、模擬實驗

針對上述中的除污過程，試制了一套模擬實驗系統，首先在實驗室里進行小試，以解決圖像處理技術在此類污物圖片處理中的應用問題，待試驗數據結果證明可行之后，再進一步進行實驗室類比或實地試驗。

（1）組成器件

攝像頭：Kacon color ccd camera Model：VC-423A

視頻采集卡：Hikvision Model：DS-4004HC（R）

水槽：1150cm×30cm×28cm（長*寬*高）

柵片組：柵條尺寸30mm×4mm×320mm 柵條間隙20mm

小潛水泵：交流220V魚缸用小型潛水泵

污染物：塑料馬夾袋、抹布及一些其它雜物

待開啟潛水泵，水流迎向柵片正向流動，帶動污物靠近甚至貼在柵片之上，同時，攝像頭每間隔一定周期地拍下圖像，通過模擬系統拍攝了7幅圖像，有無水調整圖像（攝像頭調整固定位置）1幅，加水后的無污物初始圖像2幅、有污物污染程度（輕、中、高、重度）不同的圖像4幅。

（2）圖像處理方法[3]

本文所采用的MATLAB[4]的版本為R2007a。圖像處理工具箱是以數字圖像處理理論為基礎，用MATLAB語言構造得到的一系列用于圖像數據顯示與處理的M文件，并且可以查看或改進這些M文件的代碼。

針對上述7幅圖像應用數字圖像處理的相關技術進行處理，將污物從有污物的圖像中分離出，并且計算出面積，用以后序判斷。首先對于采集的圖像進行預處理工作以便減少對后序處理過程的影響。之后，再進行目標物（污物）的提取、統計。設想方案有2個，方法一：先分割后差分。先對于各幅圖像進行目標提取（分割處理），提取出感興趣部分，之后進行差分（減背景）處理，再計算污物面積，超過預設值即發出除污信號；方法二：先差分后分割。直接將有污物圖像與背景圖像進行差分（減背景）操作，再對于得到的差分后圖像進行分割處理（二值化等方法），計算其污物面積。通過實驗后得出，應用方法一中的Otsu算法選取的閾值對圖像分割后再進行差分操作效果較好，基本可以將重度污染物提取出來；而應用方法二直接先與背景圖像進行差分處理[5]，似乎二種算效果均較好，都基本可將重度污染物提取出來。

（3）面積計算

通過bwarea（）函數的運用，得出表1：

從得出的污物面積數據分析，不管是先分后差還是先差后分，利用直方圖法選取的閾值分割方法優于Otsu算法選取的閾值，Otsu算法在高度與重度污染圖像判斷時，產生了數據倒大的現象（表格中灰色顯示的數據），說明此方法不適用于此類圖像的操作。再看先分后差方法中，對2幅圖像分別進行分割處理后再進行差分處理，此過程中有2次分割和1次差分；而先差后分方法中，對2幅圖像先進行差分，然后再分割，此過程中有1次差分和1次分割，雖然從實驗得出的數據來看，似乎兩種方法均較適合，但是，先差后分過程中對于圖像處理次數少，理論上來說所引入的干擾或誤差也應該較少，所以，還是認為先差后分效果更好（表格中加粗的數據）。

三、實驗結果

本文研究了圖像處理技術在移動式除污機智能控制中的模擬應用，主要內容涉及到圖像的預處理，圖像的差分，圖像的分割（二值化），將污物從背景圖像中提取出來，再計算面積，最后將得到的面積與預設值比較，判斷出在柵片上污物的大致污染程度是否需要進行除污工作。通過對于圖像基礎知識的了解與學習并且利用模擬系統較簡單的實驗工作，得到如下結論：

（1）通過一系列的圖像處理技術或方法，可以將不同污物程度較明顯的提取出來，并且對于此類圖像進行先差分后分割要略優于先分割后差分的方法，在下一步的實驗中有指導運用的可行性。

（2）此實驗效果僅代表實驗室中的小試結果，與泵站實地情況差別較大，有其局限性，如集水井內的光照度白天與黑夜差別較大，運行水位高低對于固定攝像機拍到的像片中感興趣部分（污物）面積的影響等因素。這在進一步的類比性實驗或實地試驗中均應考慮周全。

對于圖像處理技術的研究，在醫療器械、航空航天、多媒體技術等很多領域的發展過程中啟到了舉足輕重的作用。而在市政工程的雨污水處理行業之內，研究與應用極少，希望在不久的將來，能將圖像處理技術應用于移動式除污機的控制系統中。

參考文獻

[1] 梁博寧，黃巧亮，劉劍平.PLC在污水泵站控制系統中的應用.工業控制計算機，2006，第19卷（第10期）：80～81

[2] 基于S7-400 PLC的控制系統在污水處理中的應用.中國自動化網，2010.11

篇（8）

中圖分類號：TN91934文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2012)06013103

Method of curved surface area calculation based on the idea of CT tomography

CAO Jun, CHEN Puchun, XU Ying, ZHANG Ying

(Electric and Information Institute, Southwest Petroleum University, Chengdu 610500, China)

Abstract： According to the requirement of practical engineering application on the curved surface area information, inspired by the idea of CT tomography, a new method to calculate the curved surface area by utilizing the boundary information of every cross section is proposed. For the area of ellipsoid surface, conical surface and spherical surface, the numerical calculation results coincident with the theoretical results are presented. And then for the curved surface area of an egg, the boundary shape of every cross section was obtained with thin copper wires around the egg and was imaged. The boundary′s data of every cross section was extracted with the edge detection technique. The curved surface area of egg is calculated with Helen formula. Experiment results show that the method is practical, simple and precise, and can satisfy the needs of practical engineering application.

Keywords：image processing; CT tomography; Helen formula; curved surface area calculation

收稿日期：20111011目前數字圖像處理已在醫學領域取得了廣泛的應用［1］，深入開展數字圖像處理研究，對提高機器的自動化和智能化水平有很大的促進作用。深層的數字圖像處理任務就是要獲取物體的三維描述，識別三維物體并計算出物體的尺寸、位置和方向［2］，計算結果將為下一步目標的分析設計、成本預算、精確加工以及自動識別打下基礎。本文基于CT斷層掃描的思想，用細銅絲定位斷層輪廓，通過圖像邊緣檢測技術，定位斷層輪廓數據，最后利用海倫公式計算出曲面面積。

1三維重建

有2種三維重建方法［2］：一種是通過幾何單元拼接擬合物體表面來描述物體的三維結構，稱為表面重建；另一種是直接將體像素以一定的顏色和透明度投影到顯示平面，稱為體重建。本文運用三維表面重建的方法，提取三維斷層掃描的邊界進行三維重建，使曲面面積計算更加接近真實。

1.1圖片的獲取

為了獲取雞蛋的輪廓，采用的方法是用細銅絲每隔一定距離圍出雞蛋的輪廓，然后將固形的銅絲粘貼在白紙上，為了使拍攝出的每層輪廓圖片相對大小一致，本文中對實驗的器材進行了一系列的處理，首先是將用于增強對比度的底襯白紙固定，不至于在拍攝圖片的時候移動，其次是在底襯白紙中間標記一個點，同樣在貼著銅絲的白紙上標記出銅絲的中心點，拍攝圖片時使得2個點重合，并且保證每次拍攝的距離相同，用銅絲定位斷層面的邊界如圖1所示，斷層邊緣檢測如圖2所示。

圖1用銅絲定位斷層面的邊界圖2斷層邊緣檢測

1.2層間目標的提取

目標提取的目的是將圖像中感興趣的部分從其背景中分離出來。本文利用閾值分割方法提取目標。閾值分割的首要問題是閾值的選取，根據Matlab中的函數pixval可以得到目標的灰度值。用閾值分割的方法不能完整分割出目標，所以本文還利用形態學中標記連接分量的相關知識來提取目標，選取8鄰接求出標記矩陣和連接分量的總數，每個不同連接分量中的像素被分配給一個惟一的整數，該整數的范圍是從1到連接分量的總數，根據慣有的經驗，標記矩陣是按照從上到下從左到右的規律排列的，觀察目標的位置，確定標記矩陣的數字，提取出需要對象的矩陣，最后將其轉換到原有圖像上［3］。

1.3層間目標圖像的邊緣提取

三維表面重建是指首先運用圖像技術從二維圖像中分割出興趣區的輪廓曲線，然后經圖像處理，得到其三維結構。因此，對于三維表面重建而言，邊界輪廓的提取尤為重要［4］。常用的邊緣檢測器有：Sobel邊緣檢測器, Roberts邊緣檢測器, Prewitt邊緣檢測器，Log邊緣檢測器［5］, 零交叉邊緣檢測器，Canny邊緣檢測器［3］等。本文運用的是Log邊緣檢測器,它把Gauss平滑濾波器和Laplacian銳化濾波器結合了起來，先平滑掉噪聲，再進行邊緣檢測，使邊緣提取的效果會更好。

1.4層間輪廓的三維結構

下面，用這些邊界輪廓曲線的數據進行三維表面重建。在本文中采用的方法是將邊界輪廓曲線存儲在三維數組里，用Matlab中的函數scatter3畫出邊界輪廓線的三維散布圖，使用hold on函數，畫完一組邊界后再畫另外一組，這樣所有的邊界輪廓線就形成三維圖像［6］。斷層面輪廓的三維表面重建如圖3所示。

圖3斷層面輪廓的三維表面重建2曲面面積計算方法

2.1數字圖像的表示

數字圖像可用矩陣或數組來表示。假如一幅圖像f(x,y)被均勻取樣，則產生的數字圖像有M行和N列，M和N值取整數。一幅圖像被分割成一個個小矩形（像元或像素pixel），形成一幅點陣式的數字圖像。

2.2表面積的計算

可采取面積分的思想求圖像的表面積，具體思路是：在第i層的輪廓邊緣線上取兩相鄰點，其坐標分別是（x1,y1）和（x3,y3）；在第i+1層上找到與(x1,y1)距離最近的點(x2,y2),以及與 (x3,y3)距離最近的點(x4,y4)，這4個點構成一個四邊形，把該四邊形轉化為2個三角形，利用海倫公式:S=p(p-a)(p-b)(p-c)式中：p=1/2(a+b+c)；a,b,c為三角形的邊長。可以求出三角形的面積，進而求出四邊形的面積。網格劃分越細，計算誤差就越小。

2.3曲面面積的計算精度評價

考慮到任意曲面的面積在數學上計算是困難的，為了評價所提出的方法的曲面面積計算精度，針對橢球面、圓錐面和半球面，論文給出了斷層法面積計算結果（見表1），并與公式法求得的實際曲面面積相比較，計算它們的相對誤差。計算結果如下表所示。

采用斷層邊緣點計算以上3種不同曲面的面積如圖4~圖6所示，均得到精度較高的計算結果，圓錐面和半球面的曲面面積的計算誤差較小，橢球面的計算誤差稍大些，但都小于0.6%，原因是在求橢球面的曲面面積時間隔要稍微大一些，由此可見利用斷層邊緣點計算曲面面積具有可行性。

圖4半球面圖5橢球面2.4雞蛋表面積的計算結果

在實際計算雞蛋表面積時，與前面的模擬計算主要有以下2個不同的地方：

(1) 相鄰斷層邊界的取樣點數不一致，所以在做循環的時候就會出現一個已經跳出循環，另一個還沒有運行完的局面，這樣就會產生誤差，為避免該困難，本文選取采樣點數少的邊界進行循環編程。

圖6圓錐面(2) 2個邊界圖像不規則，大小也不一樣，所以它不能像參考模型那樣，第一個邊界點移動時，第2個邊界上的點對應移動。本文的解決辦法是，第i層的輪廓邊緣線上面取一個點，其坐標是（x1，y1），在第i+1層上找到與(x1,y1)距離最近的點(x2,y2)；再在第i層的輪廓邊緣線上面取一個點，其坐標是（x3，y3），在第i+1層上找到與(x3,y3)距離最近的點(x4,y4)，其中點(x1,y1)和(x3,y3)為相鄰點。利用這4個點構成1個四邊形，再轉化為三角形，然后利用海倫公式，求三角形的面積，進而求四邊形的面積，當步長值很小的時候，由所有四邊形的面積和即可得到雞蛋的表面積。

為驗證斷層法計算曲面積的可靠性，本文利用排水法測出雞蛋殼的總體積，利用螺旋測微計分別測量10次雞蛋殼的厚度，求得雞蛋殼的平均厚度。在厚度很薄的情況下，根據體積等于底面積乘以厚度的近似關系，計算出雞蛋外表面和內表面的總表面積，然后除以2，得到雞蛋殼的外表面積的近似值。表2為實驗測得的雞蛋表面積與斷層法得到的表面積的比較。分析數據可以發現，盡管2種方法得到的雞蛋表面積都與真實結果存在誤差，但是二者的結果是基本吻合的，相對誤差均小于3%，這也說明了斷層法計算曲面面積的實用性。

3結語

根據實際工程應用對曲面面積測量的需求，本文提出了一種利用CT斷層的邊界信息求圖像曲面面積的方法，從理論上和實驗上驗證了該方法的可靠性和實用性。該算法簡單且計算精度高，能廣泛地應用于各領域，諸如果實損壞面積的計算、加工工件材料成本估算、皮膚燒傷面積的計算等，為更多定量研究提供了一種計算方法。

參考文獻

［1］吳立德.計算機視覺［M］.上海:復旦大學出版社,1993.

［2］岡薩雷斯.數字圖像處理(Matlab版)［M］.北京:電子工業出版社,2005.

［3］王成波,陳偉,謝兵,等.DICOM圖像與BMP圖像的轉換研究［J］.醫療衛生裝備,2004(1):1317.

［4］楊樹川.利用Matlab計算切割圖中三區域的面積值［J］.農機化研究,2005(5):6667.

［5］莊天戈.CT原理與算法［M］.上海:上海交通科技大學出版社,1993.

［6］樊軍,周濟,韓其睿.基于斷層CT圖像的三維重建［J］.天津紡織工學院學報,2000(19):2730.

［7］楊長青,胥澤銀.基于Matlab的面積計算方法［J］.物探化探計算技術,2004(6):177180.

［8］張汝楠.利用Matlab實現原木CT斷層圖像的三維重建［J］.木材加工機械,2008(4):2429.

篇（9）

 

“數字圖像處理”是為了適應現代裝甲車輛戰場信息獲取與信息處理的要求而開設的一門專業基礎性課程。數字圖像處理技術大量的研究、教學文獻、資料均是以英文形式出現的，直接以原文為信息源來理解相應理論和方法，可以減少因翻譯者的認知偏差而產生的誤解，從而更為準確地把握相關的前沿問題。從對外交流和知識更新的角度看，這門課非常適合雙語教學模式。 

學員成績是衡量雙語教學效果的重要方面之一，然而試卷的難易程度、考試方法、教員評卷的寬嚴程度均會影響學員的成績。教學活動是教學雙方參與的活動，學員是教學活動的最直接的感受者，因而最有資格評價教員的課堂教學效果與質量。筆者從2004年起一直承擔著“數字圖像處理”雙語教學課程建設和授課任務，授課對象是光學專業大三本科學員。在教學中，筆者感到授課對象的英語水平參差不齊，課堂參與程度并不理想。鑒于此，筆者以所授班級全體學員為調查對象，在學期末課程結束后做問卷調查，旨在通過學員對雙語教學的評價，考察雙語教學的實際教學效果，并探求保證教學效果的最佳途徑。 

 

一、對象與方法 

 

此次調查的對象是“數字圖像處理”雙語授課的全體學員，調查采用的問卷是選擇式問卷，主要包含以下6個方面內容：學員通過英語四、六級情況、對雙語教學主要目標的認知、對教材的看法、對課堂教學的適應情況和期望、雙語教學的收獲、影響學員學習效果的因素。為了準確反映學員的真實想法，調查采取不記名問卷方式，統一發放并回收。共發放問卷31份，收回31份，有效問卷31份。 

 

二、結果與分析 

 

1.學員通過英語四、六級情況 

通過四級27人，占87％；通過六級4人，占13％。從外語水平看，學員的外語基礎較好 

2.對雙語教學主要目標的認知 

學員對雙語教學主要目標的認知情況(多選項問題)調查結果顯示，認為“提升外語知識和能力”的占71％，排在首位；其次為“開拓國際視野和意識”的占61％；再次為“提升專業知識和能力”的占58％；最后是“學習外國先進教育理念”的占48％。但是，不同外語水平的學員對雙語教學主要目標的認知情況有所差別，通過四級的學員選“提升外語知識和能力”的人數最多，占74％；而通過六級的學員選“提升專業知識和能力”的人數最多，占75％。可見英語水平越高，對“提升專業知識和能力”的認同度越高。 

3.對教材的看法 

本課程選用的教材是岡薩雷斯的digital imageprocessing，但由于受到課時限制只選取了其中的部分章節作為教學內容。為了便于學員自學，還自編了一本與教學內容同步的詞匯手冊。從調查結果看，認為教材“很難”或“較難”的占58％；認為教材“一般”或“較容易”的占32％。而對于詞匯手冊，74％的學員持肯定態度，認為對學習有一定的幫助。調查中還發現，約10％的學員對教材的難易程度以及詞匯手冊的輔助作用認識比較模糊，選擇了“不好說”一項，這說明他們對本課程所選用的教材和詞匯手冊并不熟悉。造成這種情況的原因可能是：他們對課程本身并不感興趣，或是尚不知如何學習本課程。 

4.對課堂教學的適應情況和期望 

統計結果表明，84％的學員在一開始并不能適應雙語教學模式，然而經過一段時間后均能適應雙語模式。這說明雙語模式對學員來說并不是無法跨越的鴻溝，只要給予一定的鍛煉過程，絕大部分學員都能習慣這種教學模式。但是調查中也有約10％的學員選擇“一直不適應”，這主要集中在僅通過四級的學員中，在已通過六級的學員中并沒有人選此項，可見外語水平越高，雙語模式的適應情況越好。 

在“數字圖像處理”雙語課堂上，課件是必不可少的，它承載了很大信息量，比如重點詞匯、一些不易直觀接受的內容，用課件展示出來，非常有助于學員的理解和記憶。調查發現，94％的學員希望授課的課件為中英文混合形式，然而他們所期望課件的中英文比例差別較大，其中選“中英文各半”的占21％，選“英文為主中文為輔”的占41％，選“中文為主英文為輔”的占38％。這與學員所希望的課堂上的中英文授課語言的比例相類似。這說明在雙語教學中，一味追求全英文授課，很有可能導致學員對雙語教學的不認同，最終影響雙語教學效果。但是，需要注意的是，中英文混合授課時無論以哪種語言為主，都要避免“雙語混合疲勞”現象產生。所謂的“雙語混合疲勞”指的是，為了滿足學員對課堂語言的要求，在課堂上總是混合使用兩種語言，打破了學員的正常思路，導致學員對課程內容無法理解。這樣的授課方式筆者曾經嘗試過，比如在講授某一知識點時，先用英語講一遍之后再用漢語講一遍，發現學員根本無法跟上教學節奏，這主要是由于他們的注意力完全被中英文之間的對應關系牽扯住，從而忽視了對教學內容的理解。同樣，在課件的制作中也要避免“雙語混合疲勞”現象。 

5.雙語教學的收獲 

雙語教學的收獲的調查分兩個方面，專業知識和外語水平。71％的學員認為雙語教學對專業知識有一定的促進作用，而81％的學員認為雙語教學對外語水平有一定的提高作用。可見學員對外語方面收獲的認同程度大于專業知識方面。這恰與學員對雙語教學主要目標的認知相吻合。但是，筆者認為雙語教學的主要目標絕不是語言教學，也不是為了擴展學員在專業領域的外語詞匯量，而應該是以講授專業知識為主線，以系統地掌握一門專業知識為主要目的。為了避免本末倒置，在教學過程中，要重視對學員教學目的的教育；同時，教員在備課授課中，要注重課程前延和后續相關學科知識的銜接，不要讓雙語課程孤立，讓學員能夠將這門課程的專業知識納入自己的專業知識體系。 

6.影響學員學習效果的因素 

調查發現，74％的學員表示“不認識專業英文詞匯”是他們學習本門課程的主要困難。約65％的學員認為“教材參考詞匯表”是學習本門課程有效的輔助措施。這說明在授課中，同步詞匯手冊對學習本門課程非常重要。87％的學員認為“中英文參考資料”對學習本門課程很有效。關于這一點筆者認為，如何給學員提供適當的中英文參考資料需要慎重考慮，資料不宜太多，否則會與教學內容偏離，適得其反。 

 

三、對保證雙語教學效果的建議 

 

對雙語教學效果的評價有多種，如領導評價、專家評價、同行評價、學員評價等。此次調查從學員角度出發，符合以學員為中心的教學模式。針對調查中發現的問題，為保證教學效果，在今后的教學中需要把握以下兩點： 

(1)加強學員雙語教學目的的認知教育，避免學員學習中過分強調語言而忽略專業知識。 

(2)教學內容要深入淺出。教員在授課中，除了對講授內容要了如指掌，做到放得開、收得攏以外，還應洞察學生心理，了解學員對知識的掌握情況。不要只站在教的角度考慮問題，還應從學的立場出發，將要講的內容轉化成學員渴求的知識傳授給學員。 

雙語教學是一項實施成本較高的課程教學，如果沒有好的教學效果，不僅造成人力、物力、財力等資源的浪費，還會對下一步的推進造成不利影響，因此每門雙語教學課程都要重視教學質量。 

 

篇（10）

引言

集料棱角性對瀝青混合料性能的影響十分重要的，許多外國學者都對集料棱角性的評價方法展開系統研究。為此，本文采用數字圖像處理技術（DIP）技術，對不同集料形狀特征量化研究。

1 集料的圖像識別與處理分析

本文通過使用高倍數碼相機進行集料圖像的獲取，采用白色背景，中間使用一角硬幣參照，以此選取標尺能較準確的獲得集料的實際平面尺寸。利用IPP軟件進行形態分析。

圖像識別的目的是對圖像中感興趣的對象進行測量，以獲得它們的客觀信息，從而對對象的進行分類、評價。而圖像處理的目的則是使這一識別過程更方便、更準確。

對采集到的圖像通過PS進行圖像增強等預處理，通過MATLAB平滑分析及灰度門限法進行閥值分割。選取玄武巖9.5mm為例，進行PS預處理后的圖像如下圖1，然后利用IPP軟件進行處理，圖2為IPP處理后的輪廓圖像。

圖1玄武巖9.5mm集料采集圖像

圖2 IPP對玄武巖9.5mm輪廓選取圖

2 集料幾何形態特征指標

集料的形狀特征會影響瀝青混合料的力學特性和使用性能，針片狀顆粒集料對瀝青混合料的性能不利是我們所不希望出現的。提出基于集料幾何形態特征可分為二維指標。

集料的棱角性所反映的是集料表面輪廓上角度的變化，角度變化越鋒利則表現為更凸或則更凹。這里引用等效橢圓的概念，是由于等效橢圓較好的保持了顆粒形狀，橢圓的棱角性為0，因此，基于周長的棱角性可表征為

（1）

式中：Perimeter為集料輪廓周長；Perimeterconvex為凸面的周長；P為凸度。

依據等效橢圓可以保留集料輪廓形狀特征，最小化了輪廓形狀對棱角性量化的影響，集料形態特征量化指標可以從等效橢圓的關系來引出。

（2）

用圓度來表示集料顆粒接近與圓的程度，可表征為

（3）

3 集料形態特征量化指標分析研究

測量結果中，長度、寬度單位是以像素為單位的，因此要進行單位的轉化，已知圖中一角硬幣直徑19mm。選中硬幣的外輪廓進行標尺設定，然后就可以進行測量分析。首先進行誤差分析驗證，如圖3所示，硬幣對象編號51測得的平均直徑結果為18.963mm。誤差僅為0.95%，表示可以滿足誤差的要求。然后進行集料顆粒的軟件識別計算。

圖3 硬幣對象51號輪廓的獲取圖

量化集料形態的二維、三維量化指標，以玄武巖9.5mm中的40個顆粒為例，分析其七個關鍵指標來評價各指標的相互關系，具體形態特征量化指標計算結果如圖4所示。

圖4 玄武巖9.5mm的形態特征量化指標

圖4中玄武巖9.5mm的形態特征量化指標可以看出，圓度和凸度都接近于1，說明玄武巖9.5mm輪廓形狀的變化不大，凸度P基本等于1，集料的凸面周長與集料周長基本一致，表面玄武巖顆粒的棱角性和紋理較小，集料相應之間的空隙率也較小，球度DS和形狀因子SF都在1的下方呈現出相似的變化規律，差異性變化不大，其針度介于1.07-2.31之間，扁度介于1.55-2.85之間，而軸度AS（等效橢圓的長短軸比）介于1.09-2.08之間，表明細長比較小，扁平狀和針片狀含量較小，顯然可以得到玄武巖9.5mm集料顆粒的破壞或者在重復荷載下集料顆粒的定向排列發生的可能性較小，可以獲得很好的車轍性能。

4 結語

（1）對采集到的圖像進行PS軟件預處理，包括圖像增強、灰度變化等，然后通過MATLAB平滑分析及灰度門限法進行閥值分割。使用IPP進行輪廓提取和對象轉化便于軟件的計算。

（2）假設同一料場骨料的來源相同，厚度應該或多或少與寬度有一定關聯。通過此種體積模型的假

設進行集料的形態研究，采用形狀參數的加權平均值來計算分析。

（4）以玄武巖9.5mm中的40個顆粒為例，IPP研究得出：玄武巖顆粒的棱角性和紋理較小，集料相應之間的空隙率也較小。扁平狀和針片狀含量較小，因此玄武巖9.5mm集料顆粒的破壞或者在重復荷載下集料顆粒的定向排列發生的可能性較小，可以獲得很好的抗車轍性能。

參考文獻：

[1]曹平.表面形貌與污染物對瀝青路面抗滑性能影響的研究[D].武漢理工大學博士論文，2009.

[2]肖源杰，倪富健，蒯海東，等.基于圖像的粗集料形態對瀝青面層抗剪性能的影響[J].鄭州大學學報（工學版），2006，27（4）：44-48.