數(shù)字圖像處理論文匯總十篇

序論：好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過(guò)程，我們?yōu)槟扑]十篇數(shù)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(zhì)，帶來(lái)更深刻的閱讀感受。

篇（1）

作者簡(jiǎn)介：劉春國(guó)（1973-），男，河南上蔡人，河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，講師；盧曉峰（1981-），女，河南洛陽(yáng)人，河南理工大學(xué)測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，講師。（河南焦作454000）

基金項(xiàng)目：本文系河南理工大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2008JG035）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0     文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A     文章編號(hào)：1007-0079（2012）10-0081-02

當(dāng)前，遙感已經(jīng)或正在走向全面應(yīng)用階段。國(guó)際遙感應(yīng)用發(fā)展的實(shí)用化、業(yè)務(wù)化、產(chǎn)業(yè)化、精細(xì)化特征明顯，但我國(guó)遙感應(yīng)用水平還不高，根本原因是基礎(chǔ)研究薄弱，缺乏多學(xué)科人才共同努力。[1]培養(yǎng)一大批經(jīng)過(guò)系統(tǒng)知識(shí)培訓(xùn)、熟練掌握遙感科學(xué)理論和應(yīng)用技能的地理信息科學(xué)人才，滿足社會(huì)對(duì)地理遙感信息高技術(shù)人才的迫切需求，是高等教育的責(zé)任所在。

1998年教育部新增地理信息系統(tǒng)本科專業(yè)后，我國(guó)GIS教育發(fā)展形勢(shì)空前活躍。經(jīng)過(guò)10余年的教學(xué)實(shí)踐和探索，逐步形成了比較穩(wěn)定的GIS專業(yè)課程體系與課程設(shè)置方案。[2-5]遙感系列課程（遙感物理與技術(shù)、遙感數(shù)字圖像處理、遙感地學(xué)分析與應(yīng)用）成為GIS專業(yè)課程體系中的重要模塊，說(shuō)明GIS學(xué)科建設(shè)的負(fù)責(zé)人已認(rèn)識(shí)到培養(yǎng)掌握遙感技術(shù)的GIS人才的重要性。遙感數(shù)字圖像處理是遙感過(guò)程的重要一環(huán)。充分利用各種圖像處理算法從遙感數(shù)據(jù)中獲取各種生物物理參數(shù)和土地覆被/利用信息，可以為自然和人文生態(tài)系統(tǒng)的空間分布式模型提供輸入?yún)?shù)，在遙感技術(shù)應(yīng)用中占有十分重要的地位。近幾年河南理工大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）GIS專業(yè)開(kāi)設(shè)了“遙感數(shù)字圖像處理”課程。圍繞如何提高“遙感數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)質(zhì)量，筆者從革新課程體系、協(xié)同教學(xué)、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、豐富實(shí)踐教學(xué)手段等方面進(jìn)行了一系列探索。

一、革新遙感課程體系，突出“遙感數(shù)字圖像處理”課程地位

隨著遙感技術(shù)及其應(yīng)用的迅速發(fā)展，很多專業(yè)開(kāi)設(shè)了“遙感原理與應(yīng)用”課程，內(nèi)容分為三大模塊：遙感基礎(chǔ)、遙感圖像處理及分析方法和遙感專題應(yīng)用。這種課程設(shè)置模式比較適合早期GIS專業(yè)遙感課程教學(xué)或選修遙感科學(xué)技術(shù)的某些專業(yè)，對(duì)于當(dāng)前GIS專業(yè)遙感教學(xué)則存在明顯缺點(diǎn)。主要問(wèn)題是對(duì)“遙感數(shù)字圖像處理”教學(xué)重視程度不夠，對(duì)數(shù)字圖像處理在整個(gè)遙感過(guò)程中的重要性體現(xiàn)不足，與遙感地理信息系統(tǒng)融合集成的一體化趨勢(shì)不相適應(yīng)，與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)遙感業(yè)務(wù)日益普及的態(tài)勢(shì)不相適應(yīng)，與社會(huì)信息化深入發(fā)展的狀況不相適應(yīng)。人才培養(yǎng)滯后于社會(huì)需要，不能滿足對(duì)高素質(zhì)地理遙感科技人才的需求。

我校GIS專業(yè)總結(jié)多年遙感課程教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，革新了遙感課程體系，設(shè)置了“遙感概論”、“遙感數(shù)字圖像處理”、“遙感應(yīng)用分析”、“遙感數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)”等遙感相關(guān)課程，規(guī)劃了遙感系列課程的主體教學(xué)內(nèi)容。“遙感概論”要求學(xué)生掌握遙感及其應(yīng)用的基本科學(xué)工程背景知識(shí)，重點(diǎn)內(nèi)容是電磁波與地表物質(zhì)相互作用的基本原理、遙感數(shù)據(jù)采集、傳輸和成像機(jī)理，從可見(jiàn)光-近紅外、熱紅外、微波（主動(dòng)方式和被動(dòng)方式）波譜段介紹遙感信息的獲取特點(diǎn)和技術(shù)發(fā)展，適當(dāng)涉及大氣遙感、海洋遙感等應(yīng)用領(lǐng)域和典型案例。“遙感數(shù)字圖像處理”要求學(xué)生掌握基于數(shù)字圖像處理方法獲取地球資源有用信息的科學(xué)與技術(shù)。由于學(xué)科交叉融合，數(shù)字圖像處理方法眾多，新理論、新方法不斷推出，課程重點(diǎn)主要著眼于圖像處理基本知識(shí)和遙感圖像處理常用算法，對(duì)一些探索性、前沿性和跨學(xué)科的內(nèi)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?qū)ο髨D像處理等等。“遙感應(yīng)用分析”采用理論、方法和實(shí)例相結(jié)合，選擇不同遙感應(yīng)用領(lǐng)域的典型案例介紹，培養(yǎng)學(xué)生遙感專題分析技能，深化學(xué)生對(duì)于遙感科學(xué)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和廣闊前景的認(rèn)識(shí)。“遙感數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)”課程著眼于培養(yǎng)學(xué)生圖像處理技能，鞏固和深化理論課程教學(xué)內(nèi)容，提高動(dòng)手能力和理論聯(lián)系實(shí)際解決問(wèn)題的能力。

我校GIS遙感系列課程設(shè)置方案把“遙感數(shù)字圖像處理”與“遙感數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)”單獨(dú)設(shè)課，提升課程地位，加大課程學(xué)時(shí)，強(qiáng)化實(shí)踐技能訓(xùn)練，對(duì)提高“遙感數(shù)字圖像處理”課程的教學(xué)成效很有益處。這種課程設(shè)置模式有助于培養(yǎng)GIS專業(yè)學(xué)生采用圖像分析方法解決遙感應(yīng)用問(wèn)題的能力，比較契合我國(guó)GIS專業(yè)本科教育遙感課程設(shè)置的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

二、培育遙感系列課程教學(xué)群體，分工協(xié)作提高“遙感數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)質(zhì)量

GIS專業(yè)遙感系列課程設(shè)置要求具備一定規(guī)模的師資力量。遙感是多學(xué)科的綜合，交叉性強(qiáng)，研究方法不斷補(bǔ)充和更新，課程教學(xué)內(nèi)容豐富。遙感系列課程的設(shè)置決定了課程之間存在密切的內(nèi)部聯(lián)系。要提高“遙感數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)質(zhì)量，必須打破教師個(gè)人單兵作戰(zhàn)的慣常做法，加強(qiáng)與相關(guān)課程教師之間的協(xié)調(diào)和交流。培育組建了承擔(dān)遙感系列課程教學(xué)任務(wù)的教學(xué)群體。遙感課程教學(xué)組圍繞課程建設(shè)，整合優(yōu)化課程體系，充實(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，保證了課程之間教學(xué)內(nèi)容的連貫性和相關(guān)性。課程教學(xué)組成員互相學(xué)習(xí)、借鑒、交流，協(xié)同規(guī)劃各課程教學(xué)環(huán)節(jié)的教學(xué)要求和學(xué)時(shí)分布，課程內(nèi)容更加先進(jìn)，課程結(jié)構(gòu)更加協(xié)調(diào)，教學(xué)方法更加有效，教學(xué)手段更加豐富，實(shí)踐教學(xué)得以充實(shí)，教學(xué)科研聯(lián)系更加密切。遙感課程教學(xué)組的建立和協(xié)作對(duì)提高“遙感數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)質(zhì)量起了明顯的作用。

三、匯聚國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀教材成果，整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容體系

教學(xué)內(nèi)容和課程體系涉及高等教育人才培養(yǎng)的模式，決定了高等學(xué)校人才培養(yǎng)的規(guī)格，在很大程度決定了人才培養(yǎng)的質(zhì)量和水平。[6]教學(xué)中適度引進(jìn)世界著名高校的名牌課程教材和教學(xué)參考用書(shū)，是高等教育國(guó)際化的重要舉措。[7]遙感課程教學(xué)組重視遙感數(shù)字圖像處理課程教材和教學(xué)內(nèi)容建設(shè)，收集了國(guó)內(nèi)近些年出版的如戴昌達(dá)、章孝燦、湯國(guó)安、韋玉春、朱述龍等編寫(xiě)的遙感數(shù)字圖像處理教材教參，注意引用吸收國(guó)外著名高校的遙感圖像處理相關(guān)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(shù)字圖像處理著作，認(rèn)真研討不同教材特點(diǎn)及其開(kāi)課對(duì)象，針對(duì)遙感數(shù)字圖像處理理論性強(qiáng)、概念抽象、方法多樣、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，根據(jù)教學(xué)對(duì)象和課程學(xué)時(shí)，按照系統(tǒng)性和前瞻性結(jié)合、理論與應(yīng)用結(jié)合的要求，制訂了教學(xué)主體內(nèi)容。課程內(nèi)容分為11個(gè)部分：圖像基本知識(shí)、遙感圖像成像過(guò)程與數(shù)據(jù)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(qiáng)、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(shù)字變化檢測(cè)、遙感圖像應(yīng)用處理。優(yōu)化后的課程教學(xué)內(nèi)容注意了與“遙感概論”、“遙感應(yīng)用分析”等課程內(nèi)容的有機(jī)銜接。對(duì)于與“遙感概論”課程有重疊的內(nèi)容只做簡(jiǎn)單回顧，如遙感成像過(guò)程、機(jī)理與數(shù)據(jù)特征，以少數(shù)典型應(yīng)用案例揭示遙感數(shù)字圖像處理方法在遙感應(yīng)用分析中的作用和地位；避免與先開(kāi)課程內(nèi)容重復(fù)，為后續(xù)課程做適度鋪墊。數(shù)字圖像處理方法多樣，課程重點(diǎn)介紹常用算法，使學(xué)生能掌握數(shù)字圖像處理原理，夯實(shí)基礎(chǔ)。對(duì)一些發(fā)展中的、前沿性的算法著重介紹算法的思想和原理，教導(dǎo)學(xué)生注重算法但不應(yīng)局限于具體算法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維、學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維。教學(xué)中適當(dāng)區(qū)分遙感數(shù)字圖像系統(tǒng)處理和應(yīng)用處理的差別。

四、重視實(shí)踐教學(xué)，多手段豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

實(shí)踐教學(xué)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技能和理論實(shí)踐結(jié)合能力、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和探索精神、提升科研能力，有著重要意義。GIS專業(yè)“遙感數(shù)字圖像處理”教學(xué)高度重視實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，從課程體系設(shè)置、實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目、畢業(yè)設(shè)計(jì)、大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃和教師科研課題等幾個(gè)方面為學(xué)生提供多樣化的實(shí)踐途徑，豐富了實(shí)踐教學(xué)體系。

從課程設(shè)置體系上，“遙感數(shù)字圖像處理”單獨(dú)設(shè)課，緊密聯(lián)系課程理論教學(xué)內(nèi)容附設(shè)6個(gè)單元的基礎(chǔ)驗(yàn)證性課堂實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表1），增強(qiáng)學(xué)生對(duì)各種遙感圖像處理算法及其效果的感性認(rèn)識(shí)。“遙感數(shù)字圖像處理”實(shí)驗(yàn)課程單獨(dú)設(shè)課，結(jié)合“遙感數(shù)字圖像處理”課程和“遙感應(yīng)用分析”課程知識(shí)，設(shè)置綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)6個(gè)模塊，培養(yǎng)和提高學(xué)生對(duì)知識(shí)與技能的綜合運(yùn)用、自主學(xué)習(xí)的能力。

積極利用各種平臺(tái)，提供實(shí)踐課題，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。我校為了培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放，設(shè)置了實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金。在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金平臺(tái)支持下，設(shè)計(jì)了一些探索研究型實(shí)驗(yàn)課題，鼓勵(lì)學(xué)生組團(tuán)選擇實(shí)驗(yàn)課題、查閱文獻(xiàn)、擬定實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)過(guò)程、撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)論文。大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃和本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）也是培養(yǎng)本科生創(chuàng)新能力的平臺(tái)。在實(shí)施學(xué)校大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃的年度，遙感課程組每年設(shè)計(jì)幾個(gè)遙感應(yīng)用分析研究小課題，供學(xué)生參與大學(xué)生科研訓(xùn)練，并從科研課題中提煉一些問(wèn)題作為大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)選題，引導(dǎo)學(xué)生參與到教師科研課題中。學(xué)生通過(guò)參與實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金課題、大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目和教師科研課題，檢驗(yàn)了專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)了探索精神、創(chuàng)造思維和合作能力。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文總結(jié)了我校遙感課程教學(xué)組圍繞GIS專業(yè)“遙感數(shù)字圖像處理”課程教學(xué)實(shí)施的一系列教學(xué)改革措施。這些措施已經(jīng)取得較好的成效，有不少GIS學(xué)生積極參與校實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目、大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目和教師科研項(xiàng)目，每年GIS專業(yè)有近1/3的學(xué)生選擇與遙感圖像處理及遙感應(yīng)用分析有關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。人才培養(yǎng)是項(xiàng)長(zhǎng)期復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要從師資、設(shè)備、教學(xué)等一系列軟硬件教學(xué)條件上予以保障。

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篇（2）

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4914（2013）05-216-02

一、引言

隨著電子和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像處理已成為當(dāng)今信息處理技術(shù)中發(fā)展很快且應(yīng)用面很廣的新興學(xué)科之一。“數(shù)字圖像處理”課程也成為了高校本科計(jì)算機(jī)與信息類專業(yè)的一門(mén)專業(yè)核心課程。但由于數(shù)字圖像處理學(xué)科所涉及的知識(shí)面廣，理論復(fù)雜，對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的要求高，實(shí)踐環(huán)節(jié)動(dòng)手能力要求強(qiáng)，其課程內(nèi)容也在不斷更新豐富。在以往傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中呈現(xiàn)出了以下弊端：（1）教材中大量理論和算法推導(dǎo)給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來(lái)困難；（2）單一的單機(jī)版多媒體教學(xué)，無(wú)法滿足學(xué)生對(duì)新知識(shí)、新技術(shù)、新應(yīng)用的了解和深入學(xué)習(xí)；（3）沒(méi)有完善系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，促使學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性下降，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不佳；（4）沒(méi)有實(shí)際項(xiàng)目作為應(yīng)用鍛煉，造成理論與實(shí)踐脫鉤，無(wú)法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和興趣等。

針對(duì)數(shù)字圖像處理教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)很多教學(xué)專家和學(xué)者，結(jié)合自己的實(shí)際教學(xué)過(guò)程，各抒己見(jiàn)，陸續(xù)提出了很多寶貴的改革建議和方案，取得了相應(yīng)的教學(xué)改革成果。如山東工商學(xué)院的魏廣芬和王永強(qiáng)等于2009年針對(duì)“數(shù)字圖像處理”課程和學(xué)生特點(diǎn)，介紹了教學(xué)過(guò)程中實(shí)施的一些改革措施，包括采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，“設(shè)問(wèn)-思考-引導(dǎo)-嘗試-總結(jié)”的教學(xué)模式和學(xué)生分組的學(xué)習(xí)方式，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)以及完善評(píng)分機(jī)制等方面。并對(duì)教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討。西北民族大學(xué)的李向群和王書(shū)文于2010年從教學(xué)內(nèi)容建設(shè)、教學(xué)手段改革、實(shí)驗(yàn)環(huán)境建立、考核方式改革等方面入手進(jìn)行了深入細(xì)致的探討，并將這些方法應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，收到了較好的效果。中國(guó)傳媒大學(xué)的呂朝輝也于2010年根據(jù)數(shù)字圖像處理課程的特點(diǎn)，探討了本門(mén)課程的教學(xué)改革和實(shí)踐，經(jīng)過(guò)五年來(lái)的教學(xué)實(shí)施，取得了良好的教學(xué)效果。南通大學(xué)的趙敏于2011年，針對(duì)該課程的特點(diǎn)，論述了在教學(xué)中引入案例教學(xué)法的可行性和具體實(shí)施方案。

通過(guò)對(duì)上述數(shù)字教學(xué)改革的學(xué)習(xí)和研究，結(jié)合我校“大德育，大工程，大實(shí)踐”的辦學(xué)理念和信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)“3+1”教育模式（本專業(yè)“3+1”教育模式是指3年在學(xué)校完成理論課學(xué)習(xí)，1年在軟件實(shí)習(xí)公司等完成工程實(shí)訓(xùn)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)，以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)）及本科生的特點(diǎn)。對(duì)本專業(yè)數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)進(jìn)行了改革研究和實(shí)踐。建立了一個(gè)以學(xué)生為主體，以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)為平臺(tái)，以大學(xué)生科研立項(xiàng)為載體，以大學(xué)生就業(yè)或考研深造為目標(biāo)的一套較為完善的數(shù)字圖像處理課程教學(xué)體系結(jié)構(gòu)。

二、課程改革內(nèi)容

結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)中存在的問(wèn)題，和現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)建設(shè)的需要。本課題研究?jī)?nèi)容主要將通過(guò)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核機(jī)制來(lái)探索和實(shí)施。

1.優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。數(shù)字圖像處理課程的基本內(nèi)容包括圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)、圖像增強(qiáng)、圖像變換、圖像分割、圖像復(fù)原、圖像特征提取與選取以及圖像壓縮編碼等知識(shí)。但隨著信息化時(shí)代知識(shí)的加快更新、技術(shù)快速革新，數(shù)字圖像處理課程已成為模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等新學(xué)科的基礎(chǔ)，并根據(jù)學(xué)生就業(yè)需求的主線要求。通過(guò)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的深入研究，在本專業(yè)新版教學(xué)大綱中，對(duì)授課內(nèi)容中要求以基礎(chǔ)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，把相關(guān)的科研項(xiàng)目和實(shí)際項(xiàng)目滲透到授課中。例如在介紹圖像處理的基礎(chǔ)知識(shí)的時(shí)候，我們可以結(jié)合案例驅(qū)動(dòng)來(lái)講述圖像處理的過(guò)程；將車牌識(shí)別、人臉識(shí)別、筆記識(shí)別等實(shí)際項(xiàng)目穿插到圖像增強(qiáng)、圖像分割、頻域處理以及特征提取與選取中。同時(shí)，我們把信息熵、模糊數(shù)學(xué)和小波分析等概念滲透到部分章節(jié)中，并給出該理論解決問(wèn)題的結(jié)果，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)新理論的興趣，促使部分同學(xué)自學(xué)新的理論，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。在講述專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的過(guò)程中，我們將適時(shí)地增強(qiáng)相關(guān)的軟件的學(xué)習(xí)和資源庫(kù)的介紹，例如通過(guò)實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)的教學(xué)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)Matlab和VC++等語(yǔ)言的學(xué)習(xí)和實(shí)踐。通過(guò)CNKI和IEEE Tran文章的介紹，提高學(xué)生對(duì)最新科研成果的了解，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)新事物的學(xué)習(xí)能力。鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行大學(xué)生參加校內(nèi)科研立項(xiàng)，引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)能力。

2.豐富教學(xué)方法。在以往的教學(xué)過(guò)程中，數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)主要以“填鴨式”教學(xué)方法為主，只注重對(duì)學(xué)生的教，而忽視了學(xué)生的學(xué)和做，沒(méi)能產(chǎn)生良好的教學(xué)效果。通過(guò)對(duì)當(dāng)前主要教學(xué)方法的研究與探索，我們豐富了數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)方法，以“啟發(fā)式”教學(xué)方法為主，以綜合運(yùn)用講授法、研究法、討論法、實(shí)驗(yàn)法等教學(xué)法，把“教、學(xué)和做”很好地穿插起來(lái)，發(fā)揮各種方法的優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)深層次互動(dòng)。促進(jìn)學(xué)生對(duì)數(shù)字圖像處理基本知識(shí)和方法的掌握及動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

3.提升教學(xué)手段。針對(duì)該門(mén)課程理論性強(qiáng)、乏味單調(diào)的特點(diǎn)，應(yīng)用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)手段，借鑒當(dāng)前較為流行的CDIO教學(xué)模式，進(jìn)行教學(xué)手段的提升。結(jié)合教學(xué)內(nèi)容的組合的優(yōu)化和教學(xué)方法的豐富，在教學(xué)中以現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)多媒體為教學(xué)媒體，通過(guò)制作多媒體課件，以“少而精”和“圖文并茂”為原則，并結(jié)合Matlab和VC++等軟件編程實(shí)例的案例教學(xué)，在課堂教學(xué)中適時(shí)引入前沿?zé)狳c(diǎn)圖例分析和編程處理實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生體會(huì)到易學(xué)、樂(lè)學(xué)和會(huì)做。

4.改善考核機(jī)制。摒棄了以往“一考定乾坤”的考核方式，將平時(shí)出勤與課堂表現(xiàn)情況、作業(yè)和實(shí)驗(yàn)成績(jī)等進(jìn)行量化，納入最終成績(jī)的綜合評(píng)核。并結(jié)合“3+1”創(chuàng)新教育模式對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和CDIO培養(yǎng)大綱對(duì)學(xué)生素質(zhì)進(jìn)行全面考核的要求。側(cè)重學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的把握、個(gè)體實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的考核。

三、實(shí)踐效果

通過(guò)數(shù)字圖像處理教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核機(jī)制等四方面的改革研究與實(shí)踐，近幾年本專業(yè)每年都有10%左右的學(xué)生選擇數(shù)字圖像處理的相關(guān)研究?jī)?nèi)容作為本科畢業(yè)論文選題，并取得了較好的成績(jī)。通過(guò)對(duì)畢業(yè)生的跟蹤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，考研深造的部分學(xué)生也把圖像處理及新興相關(guān)學(xué)科前沿方向作為自己的學(xué)術(shù)研究方向，工作就業(yè)的部分學(xué)生也從事了與數(shù)字圖像處理相關(guān)的研究工作領(lǐng)域。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)以往數(shù)字圖像處理課程教學(xué)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，并對(duì)主要相關(guān)學(xué)者的教學(xué)改革內(nèi)容進(jìn)行了闡述。結(jié)合我校的教學(xué)理念以及本專業(yè)的“3+1”教學(xué)改革模式，針對(duì)本專業(yè)本科生的特點(diǎn)，進(jìn)行了數(shù)字圖像處理教學(xué)的改革研究和實(shí)踐。實(shí)踐表明，此次教學(xué)改革提高了教學(xué)效果，得到了學(xué)生的認(rèn)可和好評(píng)。完成了對(duì)本專業(yè)學(xué)生在知識(shí)、能力與素質(zhì)等方面要求的綜合培養(yǎng)。

[基金項(xiàng)目：黑龍江省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃研究課題（GBC1212076）；黑龍江科技學(xué)院教學(xué)研究項(xiàng)目]

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篇（3）

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-2117（2014）08-0012-02

1 前言

數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，已經(jīng)滲透到計(jì)算機(jī)、通信、交通、物理、醫(yī)學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、軍事、經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域，與人們的生活密切相關(guān)。《數(shù)字圖像處理》是信息技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展較快的一個(gè)熱門(mén)領(lǐng)域，是模式識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、多媒體技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘等學(xué)科的基礎(chǔ)，也是一門(mén)涉及多領(lǐng)域的交叉學(xué)科。

該課程的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，要求學(xué)生在掌握?qǐng)D像處理的基本概念、基礎(chǔ)理論、典型算法的基礎(chǔ)上，掌握一定的編程實(shí)踐能力，能夠利用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的各種處理，如圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、圖像重建、圖像分割、圖像編碼和圖像識(shí)別等，在學(xué)習(xí)圖像專業(yè)知識(shí)的過(guò)程中增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立獲取知識(shí)和綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，為其今后深入地進(jìn)行科學(xué)研究和獨(dú)立工作奠定良好的基礎(chǔ)。

2 創(chuàng)新教學(xué)理念

在《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)中，努力貫徹素質(zhì)教育的先進(jìn)理念，注重教與學(xué)的有機(jī)結(jié)合，堅(jiān)持以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，將培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)思維，鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)作為教學(xué)的重要目標(biāo)之一。

對(duì)于教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，以圖像處理算法的理論作為授課的重點(diǎn)，以算法的產(chǎn)生、應(yīng)用、改進(jìn)為主線，突出知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系，揭示數(shù)字圖像處理發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律（要求學(xué)生重點(diǎn)理解）。

掌握數(shù)字圖像的基本概念和基本算法，關(guān)注圖像應(yīng)用的前沿動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，并根據(jù)課程需要，適當(dāng)將數(shù)字圖像處理領(lǐng)域中最新的技術(shù)手段，研究進(jìn)展以及發(fā)展趨勢(shì)納入教學(xué)，并鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)新知識(shí)、新領(lǐng)域進(jìn)行積極地探索。

在教學(xué)過(guò)程中，努力將復(fù)雜抽象的理論融入到形象直觀的應(yīng)用實(shí)例當(dāng)中，將算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的重難點(diǎn)問(wèn)題分解細(xì)化為可展現(xiàn)的圖像處理效果，在理論中滲透實(shí)踐，在實(shí)踐中穿插理論，注重理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，真正使學(xué)生樂(lè)學(xué)、易學(xué)并會(huì)學(xué)。

3 改革教學(xué)內(nèi)容

數(shù)字圖像處理技術(shù)在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事技術(shù)和醫(yī)療衛(wèi)生等許多領(lǐng)域中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。圖像技術(shù)的快速發(fā)展決定了《數(shù)字圖像處理》課程的教學(xué)內(nèi)容也需要不斷更新，教材原則上選用專業(yè)內(nèi)容全面新穎的教材，即圖像專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)相對(duì)穩(wěn)定，并能夠緊跟數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于輔教材，可以根據(jù)圖像課程的系統(tǒng)性和實(shí)用性，并考慮到擴(kuò)充學(xué)生的視野，可以選一些國(guó)際上經(jīng)典書(shū)籍如外文經(jīng)典專著。目前我們以2012年清華大學(xué)出版社出版的，章毓晉編寫(xiě)的《圖像工程（上冊(cè)）――圖像處理（第三版）》教材為主線，以美國(guó)Rafael C.Gonzalez 等編著的Digital Image Processing，阮秋琦編著的《數(shù)字圖像處理學(xué)》等教材和中外科技期刊發(fā)表的最新圖像技術(shù)為參考資料，并適當(dāng)補(bǔ)充本領(lǐng)域中的一些新技術(shù)、新方法及新成果。

對(duì)圖像處理教材內(nèi)容進(jìn)行整合，課內(nèi)圖像處理基礎(chǔ)知識(shí)分為九大模塊：圖像與視覺(jué)基礎(chǔ)、圖像運(yùn)算與變換、圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、圖像重建、圖像編碼、圖像分割、圖像目標(biāo)表達(dá)與描述、圖像識(shí)別等內(nèi)容。

在授課過(guò)程中，一般知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行自學(xué)，系統(tǒng)講解重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，如直方圖均衡等，而對(duì)于教材中未寫(xiě)進(jìn)或無(wú)系統(tǒng)介紹的前沿性、創(chuàng)新性或跨學(xué)科的內(nèi)容，則滲透到各個(gè)章節(jié)中。例如，將水果識(shí)別系統(tǒng)、車牌圖像的自動(dòng)識(shí)別、基于內(nèi)容的圖像檢索等新技術(shù)滲透到圖像增強(qiáng)、圖像分割、圖像目標(biāo)表達(dá)與描述和圖像識(shí)別等各個(gè)章節(jié)中，授課內(nèi)容完成，那么自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)模型建立，學(xué)生就完成了水果、車牌等圖像的自動(dòng)識(shí)別。通過(guò)這種方法強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)，跟蹤前沿，將基礎(chǔ)理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生不僅能夠?qū)W到課程的基礎(chǔ)知識(shí)，了解科學(xué)前沿的最新成果，加強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，而且與時(shí)俱進(jìn)，增強(qiáng)了學(xué)生的好奇心，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4 改進(jìn)教學(xué)方法

在數(shù)字圖像處理教學(xué)中，綜合運(yùn)用課堂講授法、研究法、討論法和實(shí)驗(yàn)法等教學(xué)方法，發(fā)揮各種教學(xué)方法的優(yōu)勢(shì)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與教學(xué)。

對(duì)于一般的重點(diǎn)難點(diǎn)內(nèi)容，例如，圖像增強(qiáng)中的直方圖增強(qiáng)等模塊，同時(shí)以課堂講授和實(shí)驗(yàn)法為主，在講解圖像增強(qiáng)理論的同時(shí)進(jìn)行圖像直方圖增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，在圖像增強(qiáng)原理講完之后直接出現(xiàn)直方圖增強(qiáng)的前后對(duì)比圖，可以激發(fā)學(xué)生的興趣和動(dòng)手能力。

對(duì)于圖像邊緣檢測(cè)等一些難度相對(duì)較小的內(nèi)容，首先以講授法系統(tǒng)地講解其中一種邊緣檢測(cè)算法，其他與之原理相似的算法則運(yùn)用討論法，以學(xué)生討論、交流為主，教師引導(dǎo)、點(diǎn)評(píng)為輔進(jìn)行。

對(duì)于課堂難度較大的內(nèi)容如圖像恢復(fù)與重建，則采取研究法為主，其他方法為輔。促使學(xué)生主動(dòng)思維，成為真正的學(xué)習(xí)主體，教師根據(jù)學(xué)生反饋的信息及時(shí)把握學(xué)生思維過(guò)程，成為真正的主導(dǎo)。

另外，對(duì)于圖像某一知識(shí)模塊的引入，可以適當(dāng)設(shè)置一些懸念或疑問(wèn)，再引出講授的主要內(nèi)容，即將教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)成一個(gè)“產(chǎn)生疑問(wèn)―尋求解決方法―解決疑問(wèn)―再產(chǎn)生疑問(wèn)―再尋求解決方法一再解決疑問(wèn)……”的過(guò)程。這樣不僅有利于增強(qiáng)授課內(nèi)容的邏輯性，還有利于啟發(fā)學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的興趣及創(chuàng)新能力。

5 豐富教學(xué)手段

鑒于數(shù)字圖像理論知識(shí)比較豐富，實(shí)踐性比較強(qiáng)，應(yīng)用領(lǐng)域比較廣的特點(diǎn)，以及現(xiàn)有教學(xué)設(shè)備、教學(xué)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的改善，《數(shù)字圖像處理》課程采用板書(shū)、多媒體課件、輔助教學(xué)軟件以及教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等多元化的教學(xué)手段。充分活躍課堂氣氛，提高教學(xué)效果，促進(jìn)教學(xué)改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣及實(shí)踐動(dòng)手能力，增強(qiáng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，獲得了良好的教學(xué)效果。

對(duì)于數(shù)字圖像處理中典型算法的原理與推導(dǎo)等難度較大的內(nèi)容，以板書(shū)為主，通過(guò)對(duì)公式的推理計(jì)算，體現(xiàn)出知識(shí)的邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性。同時(shí)適當(dāng)輔以多媒體課件對(duì)圖像處理的結(jié)果進(jìn)行演示，以加速學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容的理解，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的直觀性、生動(dòng)性和趣味性。

針對(duì)本課程的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了輔助教學(xué)軟件，利用該軟件在課堂教學(xué)中將圖像處理算法的實(shí)際效果進(jìn)行隨堂演示，從而將枯燥的理論推導(dǎo)轉(zhuǎn)化為立竿見(jiàn)影的實(shí)際操作。讓學(xué)生充分感受到數(shù)字圖像處理技術(shù)的巨大魅力，從而降低了理論知識(shí)學(xué)習(xí)的難度，增加了課堂的信息量、激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)了化靜態(tài)為動(dòng)態(tài)，化抽象為直觀，化復(fù)雜為簡(jiǎn)潔，使課堂教學(xué)的效率大大提高。此外，又鍛煉了學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

根據(jù)課程教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步改革教學(xué)實(shí)踐，安排了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容劃分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生掌握數(shù)字圖像處理、基本操作處理和簡(jiǎn)單的典型算法編程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)課堂上理論知識(shí)的學(xué)習(xí)鞏固，增強(qiáng)了學(xué)生的編程能力和基本的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)能力。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生對(duì)源代碼進(jìn)行分析研究、修改或補(bǔ)充，動(dòng)手設(shè)計(jì)一些綜合性或創(chuàng)新性的算法，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告或論文。既培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，又提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

利用大學(xué)提供的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，把圖像處理課程的教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)、授課教案、教學(xué)課件、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)以及相關(guān)參考資料都上傳到此教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上積極討論關(guān)于圖像處理方面的一些最新研究等話題，激發(fā)學(xué)生討論及思考。另外，學(xué)生對(duì)于未消化的難點(diǎn)，也可以在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上提出，教師及時(shí)通過(guò)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行回復(fù)，實(shí)現(xiàn)課后數(shù)字圖像處理教學(xué)的互動(dòng)，從而作為課堂學(xué)習(xí)的補(bǔ)充。教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的共享，課后教學(xué)的互動(dòng)，豐富了教學(xué)手段，為開(kāi)展多種形式的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。

6 改革考核方法

課程考核對(duì)于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握、實(shí)驗(yàn)技能的提高、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有很大的促進(jìn)作用。然而，傳統(tǒng)的閉卷考試，主要考核學(xué)生對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，容易使得學(xué)生將注意力放在背記考點(diǎn)及研究考試技巧上。《數(shù)字圖像處理》課程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，僅采用這種評(píng)價(jià)方式將難以調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)的積極性，達(dá)不到良好的效果。

在考核方法的改革上，對(duì)《數(shù)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(kāi)卷方式，主要強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)數(shù)字圖像處理技術(shù)基礎(chǔ)理論的宏觀掌握。在考試題目設(shè)計(jì)上，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生知道如何去尋找解決問(wèn)題的方案，考核學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；同時(shí)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的比重，根據(jù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完成情況，以及創(chuàng)造性解決圖像處理問(wèn)題的能力，對(duì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)進(jìn)行評(píng)分。另外，還將平時(shí)的聽(tīng)講，回答問(wèn)題，作業(yè)的情況列入平時(shí)成績(jī)。因此《數(shù)字圖像處理》課程最終的考核成績(jī)包括三個(gè)部分：期末考試成績(jī)（占50%），實(shí)驗(yàn)成績(jī)（占30%）和平時(shí)成績(jī)（占20%）。

通過(guò)課程考核方法的改革，不僅有效地檢驗(yàn)了學(xué)生對(duì)《數(shù)字圖像處理》課程的綜合掌握程度，而且還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，提高了實(shí)踐創(chuàng)新能力。

7 結(jié)語(yǔ)

隨著信息技術(shù)不斷發(fā)展和完善，數(shù)字圖像處理技術(shù)也在不斷發(fā)展，并且越來(lái)越多地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，相應(yīng)地，數(shù)字圖像處理課程的教學(xué)改革和實(shí)踐也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外科研和教學(xué)成果，不斷吸收新知識(shí)，豐富教學(xué)內(nèi)容；根據(jù)教學(xué)內(nèi)容靈活運(yùn)用各種教學(xué)方法，使學(xué)生在掌握數(shù)字圖像處理基本理論和方法的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力，創(chuàng)新意識(shí)與綜合設(shè)計(jì)能力，使學(xué)生的信息綜合設(shè)計(jì)能力和科學(xué)研究能力有明顯地提高。激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的能力，同時(shí)進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平，真正培養(yǎng)出具有開(kāi)拓精神和創(chuàng)新意識(shí)的現(xiàn)代化新人。

參考文獻(xiàn)：

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

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

篇（4）

中圖分類號(hào)：TN911.7；TU311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

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(cè)量技術(shù)[1]表現(xiàn)出其非接觸式、無(wú)設(shè)備損耗、表面全尺度、重復(fù)可比性好、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、無(wú)負(fù)載效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，不僅適合靜態(tài)測(cè)量，也可滿足動(dòng)態(tài)測(cè)量要求，對(duì)結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)全域高密度檢測(cè)。數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速，其對(duì)結(jié)構(gòu)邊緣識(shí)別精度可達(dá)到0.05像素，如劉敏提出識(shí)別結(jié)構(gòu)一維大變形的數(shù)字圖像邊緣檢測(cè)法[2]，袁向榮提出的一維DIC法檢測(cè)結(jié)構(gòu)邊緣變形[3]，胡朝輝提出結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試的視頻圖像技術(shù)測(cè)試方法 [4]。

本文以數(shù)字圖像測(cè)量技術(shù)為理論依據(jù)，采用普通數(shù)碼攝像頭和PC機(jī)作為硬件設(shè)備與matlab軟件相結(jié)合而成的視頻圖像振動(dòng)測(cè)試的系統(tǒng)[5]，使用該測(cè)試系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行簡(jiǎn)支梁模型的振動(dòng)測(cè)量試驗(yàn)，結(jié)果表明對(duì)低頻結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)量采用該測(cè)振系統(tǒng)是可行和可信的。

視頻圖像振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介

視頻圖像進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量的原理是：使用普通USB攝像頭實(shí)時(shí)拍攝并記錄被測(cè)對(duì)象振動(dòng)狀態(tài)下的時(shí)間序列圖像，對(duì)圖像用數(shù)字圖像處理技術(shù)處理，得到測(cè)試對(duì)象準(zhǔn)靜態(tài)的變形序列，進(jìn)而獲得被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)軌跡。具體測(cè)試流程如圖1所示：

圖1測(cè)試流程圖

模型試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 試驗(yàn)Ⅰ

采用梁長(zhǎng)L=2.1m等截面勻質(zhì)材料，兩端鉸支，單位長(zhǎng)質(zhì)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(shí)光照條件良好，以有利于邊緣識(shí)別。試驗(yàn)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2試驗(yàn)Ⅰ簡(jiǎn)圖

振動(dòng)試驗(yàn)開(kāi)始后，對(duì)梁進(jìn)行激勵(lì)，采集振動(dòng)穩(wěn)定后振動(dòng)狀態(tài)，采樣時(shí)間為5s，利用matlab程序處理圖像序列[5]，獲取各像素點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)，部分結(jié)果列于表1中。

表1 實(shí)測(cè)振動(dòng)頻率與阻尼比

簡(jiǎn)支梁模型的理論固有頻率： ，用數(shù)字圖像測(cè)量所得到的梁的一階頻率為4.1016，誤差為0.7%，故數(shù)字圖像法在橋梁測(cè)試中的數(shù)據(jù)是真實(shí)可信的。

2.2 試驗(yàn)Ⅱ

梁長(zhǎng)L=2.1m等截面勻質(zhì)材料，兩端鉸支，單位長(zhǎng)質(zhì)量為160g/ m，抗彎剛度EI=21.5N.m2；同時(shí)采用DASP動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，試驗(yàn)簡(jiǎn)圖如圖3所示。測(cè)試結(jié)果比較如表2及圖4―圖7所示。

圖3試驗(yàn)Ⅱ簡(jiǎn)圖

表2 視頻圖像和傳統(tǒng)測(cè)試實(shí)測(cè)頻率對(duì)比表（Hz）

圖4視頻圖像測(cè)試擬合不同像素點(diǎn)的一階圖5傳統(tǒng)測(cè)試前三階的振型圖

本次試驗(yàn)通過(guò)用采用DASP動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)來(lái)驗(yàn)證數(shù)字圖像法，二者結(jié)果很相近，梁的一階頻率結(jié)果比值僅為1.038，具體如表2所示。

結(jié)論與建議

簡(jiǎn)支梁模型動(dòng)載試驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）對(duì)于動(dòng)態(tài)位移的測(cè)量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均較合理，簡(jiǎn)支梁模型的二次試驗(yàn)均測(cè)出了結(jié)構(gòu)的一階模態(tài)參數(shù)，通過(guò)驗(yàn)證，測(cè)量結(jié)果也真實(shí)可信，因此認(rèn)為數(shù)字圖像振動(dòng)技術(shù)可用于低頻振動(dòng)結(jié)構(gòu)的測(cè)試；

（2）但是二次試驗(yàn)均未測(cè)出二階模態(tài)參數(shù)，經(jīng)分析認(rèn)為可能的原因有：響應(yīng)譜對(duì)應(yīng)二階頻率處的幅值太小以及激勵(lì)點(diǎn)選取位置不適當(dāng)以致未能激勵(lì)出其二階模態(tài)，普通攝像頭信噪比低而無(wú)法識(shí)別也是原因之一。

（3）通過(guò)與傳統(tǒng)的DASP動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)對(duì)比，說(shuō)明相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)試方法，數(shù)字圖像振動(dòng)測(cè)試技術(shù)精度較好；但是傳統(tǒng)方法可測(cè)得前三階模態(tài)，說(shuō)明該方法測(cè)試分辨率與傳統(tǒng)方法有一定的差距；故對(duì)于高頻、高階的結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試，能通過(guò)高速、高清的圖像采集設(shè)備，提高其測(cè)試分辨率 。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張紅娜,王祁.圖像測(cè)量技術(shù)及其應(yīng)用[J].電測(cè)與儀表，2003，451(40):19-22.

篇（5）

中圖分類號(hào)：G421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（b）-0185-02

遙感作為一種高效的探測(cè)、獲取、分析和處理空間信息的先進(jìn)技術(shù)手段，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。高等院校是我國(guó)遙感專業(yè)人才培養(yǎng)的主戰(zhàn)場(chǎng)，它提供了一個(gè)綜合性高、專業(yè)性強(qiáng)的平臺(tái)[1]。在該平臺(tái)上，可以針對(duì)社會(huì)的應(yīng)用需求，塑造學(xué)生不同的個(gè)體特征，培養(yǎng)出適于不同崗位的研究型、應(yīng)用型人才。因而，構(gòu)建旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)，并突出其個(gè)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(xué)生的綜合素養(yǎng)的同時(shí)，也能夠突出學(xué)生個(gè)體，因而可以更好地滿足我國(guó)遙感專業(yè)人才培養(yǎng)的需求。

現(xiàn)階段我國(guó)為遙感專業(yè)人才培養(yǎng)設(shè)置的本科專業(yè)主要有攝影測(cè)量與遙感、遙感科學(xué)與技術(shù)、地理信息科學(xué)等，在這些專業(yè)的培養(yǎng)方案中，《遙感導(dǎo)論》和《遙感圖像處理》在多數(shù)高等院校中都有開(kāi)設(shè)，并為專業(yè)核心課程之一，有的高等院校還開(kāi)設(shè)了《數(shù)字圖像處理》。《遙感導(dǎo)論》和《數(shù)字圖像處理》兩門(mén)課程可以視為《遙感圖像處理》的前期基礎(chǔ)課，因而在課程學(xué)期安排上應(yīng)該提前。

《遙感圖像處理》以地理學(xué)、測(cè)繪學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等為背景，在學(xué)習(xí)了遙感技術(shù)、圖像處理技術(shù)的原理和理論基礎(chǔ)上，著重介紹遙感信息處理的原理、過(guò)程與方法，并掌握遙感圖像處理技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)與實(shí)際應(yīng)用。由于《遙感圖像處理》是多學(xué)科的交叉，與很多專業(yè)都有很密切的聯(lián)系，而且發(fā)展速度較快，在遙感圖像處理的教學(xué)中，一方面要求不同對(duì)象的學(xué)生掌握、理解或了解圖像處理技術(shù)的基本原理；另一方面，還要求不同對(duì)象的學(xué)生理解或了解遙感圖像的成像機(jī)理、處理技術(shù)和流程等。同時(shí)，圖像處理技術(shù)和遙感技術(shù)具有技術(shù)更新快的特點(diǎn)，因而還需要學(xué)生掌握現(xiàn)階段的狀態(tài)以及最新發(fā)展情況。除了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法外，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是《遙感圖像處理》課程的重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的課程教學(xué)大都偏重于理論，一些已有的實(shí)驗(yàn)也主要是針對(duì)特定圖像處理的一些應(yīng)用，缺乏圖像處理技術(shù)應(yīng)用與遙感圖像特征無(wú)縫結(jié)合和系統(tǒng)組織。

總的來(lái)說(shuō)，目前的《遙感圖像處理》課程體系主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題[2]：（1）傳統(tǒng)的課程體系多注重經(jīng)典理論，輕實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐[3]。除了應(yīng)該重視理論教學(xué)外，有效地利用實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，有利于學(xué)生理解和掌握該課程內(nèi)容，取得事半功倍的教學(xué)效果；（2）傳統(tǒng)課程體系脫胎于數(shù)字圖像處理，和遙感處理關(guān)鍵技術(shù)之間存在斷裂面，遙感處理知識(shí)體系不夠完善。

本文以我國(guó)高等師范院校開(kāi)設(shè)的遙感科學(xué)與技術(shù)、地理信息科學(xué)專業(yè)為例，針對(duì)《遙感圖像處理》課程的教學(xué)目標(biāo)，提出了適合高等師范院校本專業(yè)領(lǐng)域?qū)W生的課程體系的構(gòu)建方案，并就其實(shí)踐教學(xué)的效果和課程體系特色進(jìn)行介紹。

1 課程體系的建立

內(nèi)容的模塊化設(shè)計(jì)是目前課程體系建設(shè)的主要方案，在很多高等院校的專業(yè)教學(xué)中得到了較好地應(yīng)用[4]。為適于高等師范院校開(kāi)設(shè)的遙感科學(xué)與技術(shù)、地理信息科學(xué)專業(yè)教學(xué)需求，通過(guò)近10年左右的實(shí)踐教學(xué)，我們將《遙感圖像處理》的課程體系結(jié)構(gòu)分為7個(gè)模塊，如圖1所示。

（1）圖像基礎(chǔ)模塊：這一部分主要介紹遙感數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識(shí)，主要包括遙感數(shù)字圖像、遙感數(shù)字圖像的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、遙感數(shù)字圖像的計(jì)算機(jī)視圖與表達(dá)等內(nèi)容，讓學(xué)生了解遙感數(shù)字圖像的基本概念和特點(diǎn)，并從計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和顯示的角度，定性了解數(shù)字遙感圖像，引導(dǎo)學(xué)生建立遙感圖像處理研究和實(shí)踐的興趣。

（2）定量遙感處理模塊：遙感定量化是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的重要方向之一，其分析和處理過(guò)程涉及到物理、大氣等學(xué)科；本科生由于前期所開(kāi)課程較少，感覺(jué)定量遙感處理的難度較大，因而我們主張?jiān)诒究齐A段掌握定量遙感的基礎(chǔ)理論和圖像處理，深層次處理設(shè)置在后續(xù)的研究生課程開(kāi)設(shè)。

該模塊的主要內(nèi)容涵蓋輻射定標(biāo)、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(shù)方法：輻射定標(biāo)結(jié)合Landsat TM的0級(jí)、1級(jí)產(chǎn)品，介紹遙感圖像數(shù)字值（digital number，DN）轉(zhuǎn)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(jié)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(shù)流程。

（3）幾何遙感處理模塊：該模塊針對(duì)遙感成像的純中心投影、多中心投影、側(cè)視雷達(dá)等不同構(gòu)像方式，解釋它們的幾何糾正方法和技術(shù)流程；對(duì)于多項(xiàng)式糾正方法重點(diǎn)介紹，強(qiáng)度多項(xiàng)式的構(gòu)建、地面控制點(diǎn)的選擇、最小二乘法擬合等相關(guān)內(nèi)容。

（4）數(shù)字圖像增強(qiáng)模塊：數(shù)字圖像增強(qiáng)模塊按照彩色增強(qiáng)、輻射增強(qiáng)、空間域增強(qiáng)、頻率域增強(qiáng)、多光譜增強(qiáng)等順序進(jìn)行講解。在這一部分，我們遵循系統(tǒng)深入的原則，基于遙感數(shù)字圖像處理的實(shí)例，幫助學(xué)生系統(tǒng)復(fù)結(jié)并領(lǐng)會(huì)各種理論方法之間的邏輯順序與本質(zhì)。由于圖像處理具有理論性和可視化強(qiáng)的特點(diǎn)，在這個(gè)部分教學(xué)中，我們希望加強(qiáng)學(xué)生對(duì)前置基礎(chǔ)課程（如《遙感導(dǎo)論》和《數(shù)字圖像處理》）所學(xué)基本理論和方法的深入理解，使其充分認(rèn)識(shí)遙感機(jī)理理論知識(shí)在遙感圖像增強(qiáng)應(yīng)用中的指導(dǎo)意義，并體會(huì)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(fā)，介紹圖像融合的主要方法和技術(shù)流程、圖像融合結(jié)果的性能評(píng)估等；聯(lián)系數(shù)字圖像增強(qiáng)模塊的多光譜增強(qiáng)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(chǔ)，闡述遙感圖像融合的主要技術(shù)方法，并對(duì)其方法的缺點(diǎn)進(jìn)行分析，提出改進(jìn)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(jì)算機(jī)分類的基本原理、非監(jiān)督分類、監(jiān)督分類、計(jì)算機(jī)分類的新方法、分類結(jié)果后處理、精度評(píng)估等內(nèi)容。在這一部分教學(xué)中，我們充分發(fā)揮圖像處理應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，選擇最小距離法、ISODATA、最大似然分類法等，重點(diǎn)講述其基礎(chǔ)理論和技術(shù)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

（7）變化檢測(cè)模塊：該模塊是對(duì)前面所學(xué)模塊的綜合運(yùn)用，向?qū)W生展示《遙感圖像處理》立體而豐富的專業(yè)內(nèi)容。在介紹遙感圖像變化檢測(cè)意義和技術(shù)流程的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)論述變化檢測(cè)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(jìn)行講述，通過(guò)土地覆被變化檢測(cè)的應(yīng)用實(shí)例，綜合遙感圖像輻射校正、幾何糾正等知識(shí)，重點(diǎn)論述變化強(qiáng)度和變化方向的確定方法，并利用圖像處理實(shí)踐提升學(xué)生的研究性思維，初步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2 課程教學(xué)實(shí)踐及其特色

2.1 加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，注重動(dòng)手能力的培養(yǎng)

本課程主要教學(xué)目的是使學(xué)生了解和掌握遙感信息處理的基本知識(shí)、方法、基本技能和發(fā)展動(dòng)態(tài)，初步掌握應(yīng)用遙感信息處理技術(shù)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。因而，實(shí)踐教學(xué)能力培養(yǎng)是我們課程建設(shè)的核心部分。我們?cè)诿總€(gè)模塊中設(shè)置了多個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，多角度、多目標(biāo)的提升學(xué)生動(dòng)手操作能力。

通過(guò)理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐處理等環(huán)節(jié)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課程的理解，并在此基礎(chǔ)上使學(xué)生進(jìn)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(yīng)用。近10年的教學(xué)實(shí)踐證明，該課程的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)較好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)的積極性，取得了較好的學(xué)習(xí)效果。

2.2 內(nèi)容延伸模塊化，形成分層次課程體系

我們依據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建了授課內(nèi)容的基本框架，按照教學(xué)內(nèi)容分塊設(shè)置，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)階段、課時(shí)安排、專業(yè)特色延伸等可以靈活變化，因而給授課內(nèi)容帶來(lái)了較大的機(jī)動(dòng)性。

在每個(gè)教學(xué)模塊中首先確定知識(shí)體系和拓展專題內(nèi)容，將這些拓展專題分為偏應(yīng)用型和偏理論型。每個(gè)專題中設(shè)置基本內(nèi)容和擴(kuò)展內(nèi)容，形成模塊化分層次的課程體系。

例如：在數(shù)字圖像增強(qiáng)模塊中，目前的大多數(shù)教材中存在直方圖均衡化的內(nèi)容，然而隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的拓展，人們發(fā)現(xiàn)在絕大多數(shù)遙感圖像增強(qiáng)處理中不適合直方圖均衡化處理，因此這部分內(nèi)容可以不講或讓學(xué)生自學(xué)。圖像增強(qiáng)部分的內(nèi)容非常多，使學(xué)生清楚掌握第一節(jié)內(nèi)容介紹的關(guān)鍵詞，課程的延伸內(nèi)容就會(huì)更易理解。根據(jù)學(xué)科特色和學(xué)習(xí)層次，可以有意識(shí)地引入偏應(yīng)用專題或偏理論專題，更好地滿足不同目標(biāo)、不同層次的學(xué)生的需求。

通過(guò)遙感圖像處理課程教學(xué)內(nèi)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(nèi)容體系完整情況下，使內(nèi)容選擇更具條理和可操作性，便于培養(yǎng)不同目標(biāo)導(dǎo)向的學(xué)生，更適于我國(guó)高等師范院校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

2.3 多目標(biāo)人才及其創(chuàng)新能力培養(yǎng)

社會(huì)對(duì)人才可以從不同的角度加以分類，從生產(chǎn)或工作活動(dòng)的目的來(lái)分析，現(xiàn)代社會(huì)的人才可分為學(xué)術(shù)型（理論型）、技術(shù)型、工程型和技能型等。多目標(biāo)人才就是多功能人才，其特點(diǎn)是多才多藝，能夠在很多領(lǐng)域大顯身手。當(dāng)今社會(huì)的重大特征是學(xué)科交叉，知識(shí)融合，技術(shù)集成。因而，《遙感圖像處理》多目標(biāo)人才培養(yǎng)是培養(yǎng)學(xué)生在各個(gè)方面都有一定能力，同時(shí)在某一個(gè)具體的方面要能出類拔萃。

在高等師范院校地理學(xué)背景創(chuàng)辦遙感科學(xué)與技術(shù)、地理信息科學(xué)等本科專業(yè)的情況下，不同層次、不同培養(yǎng)目標(biāo)導(dǎo)向，可以讓學(xué)生針對(duì)自己的發(fā)展方向選擇應(yīng)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(shè)置的定量遙感模塊，可以滿足學(xué)生在應(yīng)用型《遙感圖像處理》課程中學(xué)習(xí)到研究型知識(shí)，豐富和完善學(xué)生的有關(guān)遙感處理的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。實(shí)踐教學(xué)證明，我們的本科生經(jīng)過(guò)該模塊的學(xué)習(xí)，也能夠獨(dú)立完成研究方案構(gòu)思和具體研究路線設(shè)計(jì)，并在老師的指導(dǎo)下撰寫(xiě)科學(xué)論文。

3 結(jié)語(yǔ)

衛(wèi)星遙感、圖像處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域愈來(lái)愈廣泛，該領(lǐng)域受到很多學(xué)生的垂青，激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)熱情。目前很多高等院校都開(kāi)設(shè)了《遙感圖像處理》這門(mén)課程。如何根據(jù)各個(gè)高等院校的學(xué)科特色、學(xué)生特點(diǎn)構(gòu)建適合自己的課程教學(xué)體系、安排好授課內(nèi)容、提高教學(xué)方法和教學(xué)手段的有效性是很多高等院校主講教師最關(guān)注的，同時(shí)對(duì)于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、加強(qiáng)實(shí)踐應(yīng)用能力以及培養(yǎng)信息技術(shù)時(shí)代的創(chuàng)新型人才具有重要意義。

筆者結(jié)合多年《遙感圖像處理》課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)課程內(nèi)容模塊化、專題內(nèi)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(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)特色、學(xué)時(shí)要求引入模塊化延伸內(nèi)容，有機(jī)地將課程教學(xué)內(nèi)容聯(lián)合在一起，形成多層次、多目標(biāo)的授課內(nèi)容。實(shí)踐證明，該課程體系設(shè)置達(dá)到了我們高等師范院校相關(guān)專業(yè)的課程教學(xué)預(yù)期效果，可以為我國(guó)其他高等師范院校的相關(guān)專業(yè)的《遙感圖像處理》課程教學(xué)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧?yán)冢w文吉，胡德勇.遙感課程實(shí)踐教學(xué)模式探索與教改實(shí)踐[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（7）：136-137.

篇（6）

摘要：大學(xué)研究型教學(xué)思想已成為重要的教學(xué)理念之一。本文針對(duì)課程特點(diǎn)和學(xué)生特征，以研究型教學(xué)思想為指導(dǎo)，在遙感數(shù)字圖像處理課程中，強(qiáng)調(diào)開(kāi)放意識(shí)、問(wèn)題意識(shí)、探究意識(shí)和能力培養(yǎng)意識(shí)，建構(gòu)了研究型教學(xué)模式，在實(shí)踐中取得了較好的教學(xué)效果，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和研究的興趣，提高學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦能力。

關(guān)鍵詞 ：研究型教學(xué)；遙感數(shù)字圖像處理；教學(xué)模式；建構(gòu)

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

中圖分類號(hào)：G642.0文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671—1580（2015）04—0052—02

基金項(xiàng)目：甘肅省自然基金（編號(hào)145RJZA163）；甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目（遙感數(shù)字圖像處理）；甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“地理信息科學(xué)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式的改革與實(shí)踐”資助。

收稿日期：2014—10—19

作者簡(jiǎn)介：吳靜（1973— ），女，四川道孚人。甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，副教授，博士，研究方向：遙感教學(xué)。

李純斌（1972— ），男，湖北長(zhǎng)陽(yáng)人。甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，副教授，博士，研究方向：3S技術(shù)與應(yīng)用。

付彩菊（1981— ），女，甘肅定西人。甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，講師，碩士，研究方向：遙感教學(xué)。

閆培潔（1985— ），女，甘肅白銀人。甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，講師，碩士，研究方向：遙感教學(xué)。

大學(xué)研究型教學(xué)以主體教育思想、素質(zhì)教育思想、創(chuàng)新教育思想為理論指導(dǎo)，注重培養(yǎng)學(xué)生可持續(xù)發(fā)展的能力，如自主能力、創(chuàng)新能力、交往合作能力等，能夠很好地體現(xiàn)現(xiàn)代大學(xué)教學(xué)的本質(zhì)，［1］因此，研究型教學(xué)思想自美國(guó)在20世紀(jì)80年代提出以來(lái)，得到了包括中國(guó)在內(nèi)的各國(guó)教育界的積極響應(yīng)和發(fā)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(guó)高校的在校學(xué)生一般都是“90后”，他們?cè)陂_(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中成長(zhǎng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取信息的能力較強(qiáng)，更希望在學(xué)習(xí)中掌握主動(dòng)權(quán)，［3］［4］［5］適合“以學(xué)生為主體、以教師為主導(dǎo)”的研究型教學(xué)模式。［6］

甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)遙感數(shù)字圖像處理重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目以研究型教學(xué)思想為指導(dǎo)，進(jìn)行了研究型教學(xué)模式建構(gòu)的探索和實(shí)踐，并取得了較好的效果。

大學(xué)研究型教學(xué)的基本特點(diǎn)包括：教學(xué)時(shí)空的開(kāi)放性；教學(xué)主體的互促性；教學(xué)方法、手段的多樣性、靈活性；教學(xué)過(guò)程的探索性；教學(xué)氛圍的民主性；教學(xué)評(píng)價(jià)的綜合性。基于上述理念，筆者結(jié)合學(xué)生的特點(diǎn)和課程特征，貫穿開(kāi)放意識(shí)、問(wèn)題意識(shí)、探究意識(shí)和能力培養(yǎng)意識(shí)，［7］在遙感數(shù)字圖像處理課程教學(xué)實(shí)踐中建構(gòu)研究型教學(xué)模式。

一、開(kāi)放意識(shí)

（一）教學(xué)時(shí)空開(kāi)放

遙感圖像資料是遙感處理的對(duì)象，如何根據(jù)需求獲取合適的遙感圖像是本課程的最基本技能，也是對(duì)學(xué)生首要的素質(zhì)要求。然而，下載遙感圖像耗時(shí)較長(zhǎng)，而且必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載，鑒于課堂學(xué)時(shí)不足，同時(shí)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室機(jī)房沒(méi)有開(kāi)通互聯(lián)網(wǎng)，所以，我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)課外實(shí)驗(yàn)：要求學(xué)生利用課余時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)資源，下載一景遙感圖像（不限平臺(tái)、傳感器、時(shí)間、地點(diǎn)等）；說(shuō)明下載的過(guò)程，包括網(wǎng)站信息、數(shù)據(jù)查詢條件設(shè)置、數(shù)據(jù)下載的方式等。通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到讓學(xué)生掌握下載遙感圖像的流程、了解相關(guān)網(wǎng)站的目的。由于該實(shí)驗(yàn)具有一定的挑戰(zhàn)性，而且最后結(jié)果明確（是否下載到圖像），學(xué)生克服各種阻力完成之后，會(huì)有一種成就感。此外，由于實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有限制平臺(tái)、傳感器、時(shí)間、地點(diǎn)，結(jié)果也不是全班統(tǒng)一的，有的學(xué)生下載了學(xué)校所在城市的影像，有的下載了家鄉(xiāng)的影像，有的下載了自己向往地點(diǎn)的影像，等等，體現(xiàn)了自己的獨(dú)特性。通過(guò)教學(xué)時(shí)空的開(kāi)放，達(dá)到了對(duì)實(shí)驗(yàn)條件揚(yáng)長(zhǎng)避短、充分調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性的效果。

（二）資源開(kāi)放

1.網(wǎng)絡(luò)資源。收集整理各種獲取遙感圖像資料的途徑，讓學(xué)生親自去體驗(yàn)獲取影像資料的過(guò)程，使其對(duì)不同平臺(tái)、不同處理級(jí)別、不同價(jià)位、不同格式、不同內(nèi)容的資料有直觀認(rèn)識(shí)，并熟悉網(wǎng)站資源和數(shù)據(jù)申請(qǐng)流程，及時(shí)跟進(jìn)網(wǎng)站的更新進(jìn)度，了解業(yè)界的最新動(dòng)態(tài)。

2.文獻(xiàn)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(xué)過(guò)程中，應(yīng)為學(xué)生提供各種相關(guān)的期刊文獻(xiàn)供其參考，讓他們不僅自己會(huì)操作、與同學(xué)探討處理過(guò)程和結(jié)果，還能看到相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的學(xué)者如何進(jìn)行遙感圖像處理研究。

（三）課程開(kāi)放

遙感數(shù)字圖像處理與遙感概論、遙感概論教學(xué)實(shí)習(xí)兩門(mén)課程內(nèi)容相關(guān)，但各有側(cè)重。遙感概論側(cè)重介紹遙感相關(guān)理論以及遙感圖像處理方法及原理；遙感數(shù)字圖像處理課程側(cè)重處理的基本操作；遙感概論教學(xué)實(shí)習(xí)則是在具體給定項(xiàng)目中，在所學(xué)理論方法指導(dǎo)下，貫穿各種基本操作，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)。遙感數(shù)字圖像處理每一次實(shí)驗(yàn)所培養(yǎng)的技能就像一顆顆打磨好的、散落的珍珠，遙感概論教學(xué)實(shí)習(xí)就像一條線，將每顆珍珠貫穿到一起，形成一條美麗的項(xiàng)鏈。三門(mén)課程相互銜接，前后呼應(yīng)，學(xué)習(xí)、鞏固、提高，不斷提升學(xué)生對(duì)遙感學(xué)科的理解。

二、問(wèn)題意識(shí)

以問(wèn)題為導(dǎo)向，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中強(qiáng)調(diào)利用所學(xué)知識(shí)和技能解決實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)以及不同實(shí)驗(yàn)之間的相互呼應(yīng)體現(xiàn)問(wèn)題意識(shí)。

（一）單個(gè)實(shí)驗(yàn)要求分兩個(gè)層次

每一次實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生提出兩個(gè)層次的要求，首先是要求其完成基本操作；在此基礎(chǔ)上，提出任務(wù)要求，要求用基本操作解決具體問(wèn)題，加深對(duì)操作的熟悉程度，同時(shí)要對(duì)此操作的目的和意義有進(jìn)一步的思考和理解。

綜合兩個(gè)層次的練習(xí)，不僅能讓學(xué)生學(xué)會(huì)操作，而且能夠明白操作的目的和意義。

（二）各個(gè)實(shí)驗(yàn)互動(dòng)呼應(yīng)

如綜合“實(shí)習(xí)一ERDAS視窗操作”和“實(shí)習(xí)六空間建模”設(shè)計(jì)一個(gè)習(xí)題，要求學(xué)生利用實(shí)習(xí)一的作業(yè)二的結(jié)果作為輸入，運(yùn)用實(shí)習(xí)六的操作完成對(duì)圖像的分類。這樣一方面可以加深學(xué)生對(duì)實(shí)習(xí)一的內(nèi)容的理解，用更積極、深入的方式激活學(xué)生對(duì)前面所學(xué)實(shí)驗(yàn)的回憶；另一方面還能增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性，激發(fā)學(xué)生思考的積極性，達(dá)到了由實(shí)驗(yàn)六激活實(shí)驗(yàn)一的效果。

期中開(kāi)設(shè)習(xí)題課，綜合所學(xué)，提出思考題，引導(dǎo)學(xué)生想辦法利用所掌握的操作技能，完成思考題，解決問(wèn)題。

三、探究意識(shí)和能力培養(yǎng)意識(shí)

將課程與其他相關(guān)的專業(yè)學(xué)習(xí)活動(dòng)聯(lián)系起來(lái)，學(xué)研結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)。指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)生科研訓(xùn)練項(xiàng)目（SRTP）、進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)與畢業(yè)論文研究，利用本課程中學(xué)到的技能和方法解決一些實(shí)際問(wèn)題，完成圖像的獲取、預(yù)處理、增強(qiáng)處理、運(yùn)算、得出結(jié)果和結(jié)論的全過(guò)程，并用論文的方式進(jìn)行總結(jié)。鼓勵(lì)學(xué)生參加國(guó)際、國(guó)內(nèi)相關(guān)內(nèi)容的比賽，按一定要求和規(guī)則完成相應(yīng)任務(wù)。

一般來(lái)說(shuō)，在SRTP、畢業(yè)設(shè)計(jì)和各種比賽中，學(xué)生們需要解決的問(wèn)題比課堂上要多，包括數(shù)據(jù)的下載、數(shù)據(jù)的格式、數(shù)據(jù)的運(yùn)算、各種不同來(lái)源數(shù)據(jù)之間的協(xié)同等，或者是海量數(shù)據(jù)的處理等各種問(wèn)題。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，往往要求學(xué)生查閱大量文獻(xiàn)或者需要在課程教學(xué)所用到的平臺(tái)或相關(guān)軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，達(dá)到按需處理數(shù)據(jù)的目的。這個(gè)過(guò)程非常鍛煉學(xué)生，能使學(xué)生在心理素質(zhì)的培養(yǎng)、學(xué)識(shí)的積累、處理問(wèn)題的能力培養(yǎng)等方面獲益良多。

綜上所述，只要根據(jù)課程特點(diǎn)采用研究型教學(xué)模式，將雙主體意識(shí)、開(kāi)放意識(shí)、問(wèn)題意識(shí)、能力培養(yǎng)意識(shí)和探究意識(shí)貫穿于教學(xué)之中，挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)的積極性，就能夠使他們學(xué)得輕松、快樂(lè)。

［

參考文獻(xiàn)］

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

［3］王曉雪.針對(duì)“90后”學(xué)生特點(diǎn)的大學(xué)英語(yǔ)個(gè)性化教學(xué)研究［J］.科技信息，2013（10）.

［4］薛晶心.認(rèn)識(shí)90后大學(xué)生特征，尋求有效的教學(xué)對(duì)策［J］.大學(xué)（學(xué)術(shù)版），2011（1）.

篇（7）

一、背景情況

當(dāng)今的大中型雨污水泵站內(nèi)一般均安裝有移動(dòng)式格柵除污機(jī)，其利用單個(gè)可移動(dòng)除污機(jī)頭進(jìn)行移動(dòng)除污的效果深受好評(píng)。其傳統(tǒng)的自動(dòng)控制方式[1]是在格柵井前后各設(shè)超聲波液位計(jì)，測(cè)量格柵前后的液位值，控制系統(tǒng)通過(guò)判斷液位差值觸發(fā)其除污動(dòng)作，但自動(dòng)除污過(guò)程為：不管各倉(cāng)位的柵片上污物的多少，移動(dòng)機(jī)架均要逐倉(cāng)進(jìn)行除污一次（或幾次），直至最后一個(gè)倉(cāng)位除污完畢后自動(dòng)回復(fù)至初始倉(cāng)位，一般整個(gè)除污過(guò)程的周期時(shí)間會(huì)達(dá)半小時(shí)以上。這樣既費(fèi)時(shí)、費(fèi)電，又增加了設(shè)備的使用率，加快了設(shè)備的損壞與維修，加速了設(shè)備的折舊與報(bào)廢。而且，超聲波液位計(jì)應(yīng)用于污水行業(yè)中有其自身的缺陷，其不適用于測(cè)量有氣泡及懸浮物的介質(zhì)等不利因素，而在泵站內(nèi)的污水成份復(fù)雜，夾雜著大量的污物、油脂等漂浮物，并且水流流速快，對(duì)于超聲波信號(hào)的擾動(dòng)很大，常會(huì)引起數(shù)據(jù)的跳躍或偏差，所以一般不利用超聲波信號(hào)直接去自動(dòng)控制設(shè)備，而僅用作水位情況的監(jiān)視。如在中國(guó)自動(dòng)化網(wǎng)上的一文中指出，為保證控制可靠運(yùn)行，需定期對(duì)超聲波液位計(jì)進(jìn)行維護(hù)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(tǒng)，以解決上述問(wèn)題。

二、模擬實(shí)驗(yàn)

針對(duì)上述中的除污過(guò)程，試制了一套模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，首先在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行小試，以解決圖像處理技術(shù)在此類污物圖片處理中的應(yīng)用問(wèn)題，待試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果證明可行之后，再進(jìn)一步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室類比或?qū)嵉卦囼?yàn)。

（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(zhǎng)*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(yú)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(kāi)啟潛水泵，水流迎向柵片正向流動(dòng)，帶動(dòng)污物靠近甚至貼在柵片之上，同時(shí)，攝像頭每間隔一定周期地拍下圖像，通過(guò)模擬系統(tǒng)拍攝了7幅圖像，有無(wú)水調(diào)整圖像（攝像頭調(diào)整固定位置）1幅，加水后的無(wú)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(shù)字圖像處理理論為基礎(chǔ)，用MATLAB語(yǔ)言構(gòu)造得到的一系列用于圖像數(shù)據(jù)顯示與處理的M文件，并且可以查看或改進(jìn)這些M文件的代碼。

針對(duì)上述7幅圖像應(yīng)用數(shù)字圖像處理的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行處理，將污物從有污物的圖像中分離出，并且計(jì)算出面積，用以后序判斷。首先對(duì)于采集的圖像進(jìn)行預(yù)處理工作以便減少對(duì)后序處理過(guò)程的影響。之后，再進(jìn)行目標(biāo)物（污物）的提取、統(tǒng)計(jì)。設(shè)想方案有2個(gè)，方法一：先分割后差分。先對(duì)于各幅圖像進(jìn)行目標(biāo)提取（分割處理），提取出感興趣部分，之后進(jìn)行差分（減背景）處理，再計(jì)算污物面積，超過(guò)預(yù)設(shè)值即發(fā)出除污信號(hào)；方法二：先差分后分割。直接將有污物圖像與背景圖像進(jìn)行差分（減背景）操作，再對(duì)于得到的差分后圖像進(jìn)行分割處理（二值化等方法），計(jì)算其污物面積。通過(guò)實(shí)驗(yàn)后得出，應(yīng)用方法一中的Otsu算法選取的閾值對(duì)圖像分割后再進(jìn)行差分操作效果較好，基本可以將重度污染物提取出來(lái)；而應(yīng)用方法二直接先與背景圖像進(jìn)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(lái)。

（3）面積計(jì)算

通過(guò)bwarea（）函數(shù)的運(yùn)用，得出表1：

從得出的污物面積數(shù)據(jù)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(yōu)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(shí)，產(chǎn)生了數(shù)據(jù)倒大的現(xiàn)象（表格中灰色顯示的數(shù)據(jù)），說(shuō)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(duì)2幅圖像分別進(jìn)行分割處理后再進(jìn)行差分處理，此過(guò)程中有2次分割和1次差分；而先差后分方法中，對(duì)2幅圖像先進(jìn)行差分，然后再分割，此過(guò)程中有1次差分和1次分割，雖然從實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)來(lái)看，似乎兩種方法均較適合，但是，先差后分過(guò)程中對(duì)于圖像處理次數(shù)少，理論上來(lái)說(shuō)所引入的干擾或誤差也應(yīng)該較少，所以，還是認(rèn)為先差后分效果更好（表格中加粗的數(shù)據(jù)）。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文研究了圖像處理技術(shù)在移動(dòng)式除污機(jī)智能控制中的模擬應(yīng)用，主要內(nèi)容涉及到圖像的預(yù)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(lái)，再計(jì)算面積，最后將得到的面積與預(yù)設(shè)值比較，判斷出在柵片上污物的大致污染程度是否需要進(jìn)行除污工作。通過(guò)對(duì)于圖像基礎(chǔ)知識(shí)的了解與學(xué)習(xí)并且利用模擬系統(tǒng)較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)工作，得到如下結(jié)論：

（1）通過(guò)一系列的圖像處理技術(shù)或方法，可以將不同污物程度較明顯的提取出來(lái)，并且對(duì)于此類圖像進(jìn)行先差分后分割要略優(yōu)于先分割后差分的方法，在下一步的實(shí)驗(yàn)中有指導(dǎo)運(yùn)用的可行性。

（2）此實(shí)驗(yàn)效果僅代表實(shí)驗(yàn)室中的小試結(jié)果，與泵站實(shí)地情況差別較大，有其局限性，如集水井內(nèi)的光照度白天與黑夜差別較大，運(yùn)行水位高低對(duì)于固定攝像機(jī)拍到的像片中感興趣部分（污物）面積的影響等因素。這在進(jìn)一步的類比性實(shí)驗(yàn)或?qū)嵉卦囼?yàn)中均應(yīng)考慮周全。

對(duì)于圖像處理技術(shù)的研究，在醫(yī)療器械、航空航天、多媒體技術(shù)等很多領(lǐng)域的發(fā)展過(guò)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(yè)之內(nèi)，研究與應(yīng)用極少，希望在不久的將來(lái)，能將圖像處理技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)式除污機(jī)的控制系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁博寧，黃巧亮，劉劍平.PLC在污水泵站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2006，第19卷（第10期）：80～81

[2] 基于S7-400 PLC的控制系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用.中國(guó)自動(dòng)化網(wǎng)，2010.11

篇（8）

中圖分類號(hào)：TN91934文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(shù)字圖像處理已在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用［1］，深入開(kāi)展數(shù)字圖像處理研究，對(duì)提高機(jī)器的自動(dòng)化和智能化水平有很大的促進(jìn)作用。深層的數(shù)字圖像處理任務(wù)就是要獲取物體的三維描述，識(shí)別三維物體并計(jì)算出物體的尺寸、位置和方向［2］，計(jì)算結(jié)果將為下一步目標(biāo)的分析設(shè)計(jì)、成本預(yù)算、精確加工以及自動(dòng)識(shí)別打下基礎(chǔ)。本文基于CT斷層掃描的思想，用細(xì)銅絲定位斷層輪廓，通過(guò)圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)，定位斷層輪廓數(shù)據(jù)，最后利用海倫公式計(jì)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(guò)幾何單元拼接擬合物體表面來(lái)描述物體的三維結(jié)構(gòu)，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(yùn)用三維表面重建的方法，提取三維斷層掃描的邊界進(jìn)行三維重建，使曲面面積計(jì)算更加接近真實(shí)。

1.1圖片的獲取

為了獲取雞蛋的輪廓，采用的方法是用細(xì)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(duì)大小一致，本文中對(duì)實(shí)驗(yàn)的器材進(jìn)行了一系列的處理，首先是將用于增強(qiáng)對(duì)比度的底襯白紙固定，不至于在拍攝圖片的時(shí)候移動(dòng)，其次是在底襯白紙中間標(biāo)記一個(gè)點(diǎn)，同樣在貼著銅絲的白紙上標(biāo)記出銅絲的中心點(diǎn)，拍攝圖片時(shí)使得2個(gè)點(diǎn)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(cè)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(cè)

1.2層間目標(biāo)的提取

目標(biāo)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(lái)。本文利用閾值分割方法提取目標(biāo)。閾值分割的首要問(wèn)題是閾值的選取，根據(jù)Matlab中的函數(shù)pixval可以得到目標(biāo)的灰度值。用閾值分割的方法不能完整分割出目標(biāo)，所以本文還利用形態(tài)學(xué)中標(biāo)記連接分量的相關(guān)知識(shí)來(lái)提取目標(biāo)，選取8鄰接求出標(biāo)記矩陣和連接分量的總數(shù)，每個(gè)不同連接分量中的像素被分配給一個(gè)惟一的整數(shù)，該整數(shù)的范圍是從1到連接分量的總數(shù)，根據(jù)慣有的經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)記矩陣是按照從上到下從左到右的規(guī)律排列的，觀察目標(biāo)的位置，確定標(biāo)記矩陣的數(shù)字，提取出需要對(duì)象的矩陣，最后將其轉(zhuǎn)換到原有圖像上［3］。

1.3層間目標(biāo)圖像的邊緣提取

三維表面重建是指首先運(yùn)用圖像技術(shù)從二維圖像中分割出興趣區(qū)的輪廓曲線，然后經(jīng)圖像處理，得到其三維結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)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(cè)器有：Sobel邊緣檢測(cè)器, Roberts邊緣檢測(cè)器, Prewitt邊緣檢測(cè)器，Log邊緣檢測(cè)器［5］, 零交叉邊緣檢測(cè)器，Canny邊緣檢測(cè)器［3］等。本文運(yùn)用的是Log邊緣檢測(cè)器,它把Gauss平滑濾波器和Laplacian銳化濾波器結(jié)合了起來(lái)，先平滑掉噪聲，再進(jìn)行邊緣檢測(cè)，使邊緣提取的效果會(huì)更好。

1.4層間輪廓的三維結(jié)構(gòu)

下面，用這些邊界輪廓曲線的數(shù)據(jù)進(jìn)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(chǔ)在三維數(shù)組里，用Matlab中的函數(shù)scatter3畫(huà)出邊界輪廓線的三維散布圖，使用hold on函數(shù)，畫(huà)完一組邊界后再畫(huà)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(jì)算方法

2.1數(shù)字圖像的表示

數(shù)字圖像可用矩陣或數(shù)組來(lái)表示。假如一幅圖像f(x,y)被均勻取樣，則產(chǎn)生的數(shù)字圖像有M行和N列，M和N值取整數(shù)。一幅圖像被分割成一個(gè)個(gè)小矩形（像元或像素pixel），形成一幅點(diǎn)陣式的數(shù)字圖像。

2.2表面積的計(jì)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(diǎn)，其坐標(biāo)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(diǎn)(x2,y2),以及與 (x3,y3)距離最近的點(diǎn)(x4,y4)，這4個(gè)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)四邊形，把該四邊形轉(zhuǎn)化為2個(gè)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(zhǎng)。可以求出三角形的面積，進(jìn)而求出四邊形的面積。網(wǎng)格劃分越細(xì)，計(jì)算誤差就越小。

2.3曲面面積的計(jì)算精度評(píng)價(jià)

考慮到任意曲面的面積在數(shù)學(xué)上計(jì)算是困難的，為了評(píng)價(jià)所提出的方法的曲面面積計(jì)算精度，針對(duì)橢球面、圓錐面和半球面，論文給出了斷層法面積計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)表1），并與公式法求得的實(shí)際曲面面積相比較，計(jì)算它們的相對(duì)誤差。計(jì)算結(jié)果如下表所示。

采用斷層邊緣點(diǎn)計(jì)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(jì)算結(jié)果，圓錐面和半球面的曲面面積的計(jì)算誤差較小，橢球面的計(jì)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(shí)間隔要稍微大一些，由此可見(jiàn)利用斷層邊緣點(diǎn)計(jì)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(jì)算結(jié)果

在實(shí)際計(jì)算雞蛋表面積時(shí)，與前面的模擬計(jì)算主要有以下2個(gè)不同的地方：

(1) 相鄰斷層邊界的取樣點(diǎn)數(shù)不一致，所以在做循環(huán)的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)已經(jīng)跳出循環(huán)，另一個(gè)還沒(méi)有運(yùn)行完的局面，這樣就會(huì)產(chǎn)生誤差，為避免該困難，本文選取采樣點(diǎn)數(shù)少的邊界進(jìn)行循環(huán)編程。

圖6圓錐面(2) 2個(gè)邊界圖像不規(guī)則，大小也不一樣，所以它不能像參考模型那樣，第一個(gè)邊界點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，第2個(gè)邊界上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)移動(dòng)。本文的解決辦法是，第i層的輪廓邊緣線上面取一個(gè)點(diǎn)，其坐標(biāo)是（x1，y1），在第i+1層上找到與(x1,y1)距離最近的點(diǎn)(x2,y2)；再在第i層的輪廓邊緣線上面取一個(gè)點(diǎn)，其坐標(biāo)是（x3，y3），在第i+1層上找到與(x3,y3)距離最近的點(diǎn)(x4,y4)，其中點(diǎn)(x1,y1)和(x3,y3)為相鄰點(diǎn)。利用這4個(gè)點(diǎn)構(gòu)成1個(gè)四邊形，再轉(zhuǎn)化為三角形，然后利用海倫公式，求三角形的面積，進(jìn)而求四邊形的面積，當(dāng)步長(zhǎng)值很小的時(shí)候，由所有四邊形的面積和即可得到雞蛋的表面積。

為驗(yàn)證斷層法計(jì)算曲面積的可靠性，本文利用排水法測(cè)出雞蛋殼的總體積，利用螺旋測(cè)微計(jì)分別測(cè)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(jù)體積等于底面積乘以厚度的近似關(guān)系，計(jì)算出雞蛋外表面和內(nèi)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(shí)驗(yàn)測(cè)得的雞蛋表面積與斷層法得到的表面積的比較。分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，盡管2種方法得到的雞蛋表面積都與真實(shí)結(jié)果存在誤差，但是二者的結(jié)果是基本吻合的，相對(duì)誤差均小于3%，這也說(shuō)明了斷層法計(jì)算曲面面積的實(shí)用性。

3結(jié)語(yǔ)

根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用對(duì)曲面面積測(cè)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(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了該方法的可靠性和實(shí)用性。該算法簡(jiǎn)單且計(jì)算精度高，能廣泛地應(yīng)用于各領(lǐng)域，諸如果實(shí)損壞面積的計(jì)算、加工工件材料成本估算、皮膚燒傷面積的計(jì)算等，為更多定量研究提供了一種計(jì)算方法。

參考文獻(xiàn)

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［4］楊樹(shù)川.利用Matlab計(jì)算切割圖中三區(qū)域的面積值［J］.農(nóng)機(jī)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(xué)出版社,1993.

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

［8］張汝楠.利用Matlab實(shí)現(xiàn)原木CT斷層圖像的三維重建［J］.木材加工機(jī)械,2008(4):2429.

篇（9）

 

“數(shù)字圖像處理”是為了適應(yīng)現(xiàn)代裝甲車輛戰(zhàn)場(chǎng)信息獲取與信息處理的要求而開(kāi)設(shè)的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)性課程。數(shù)字圖像處理技術(shù)大量的研究、教學(xué)文獻(xiàn)、資料均是以英文形式出現(xiàn)的，直接以原文為信息源來(lái)理解相應(yīng)理論和方法，可以減少因翻譯者的認(rèn)知偏差而產(chǎn)生的誤解，從而更為準(zhǔn)確地把握相關(guān)的前沿問(wèn)題。從對(duì)外交流和知識(shí)更新的角度看，這門(mén)課非常適合雙語(yǔ)教學(xué)模式。 

學(xué)員成績(jī)是衡量雙語(yǔ)教學(xué)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(píng)卷的寬嚴(yán)程度均會(huì)影響學(xué)員的成績(jī)。教學(xué)活動(dòng)是教學(xué)雙方參與的活動(dòng)，學(xué)員是教學(xué)活動(dòng)的最直接的感受者，因而最有資格評(píng)價(jià)教員的課堂教學(xué)效果與質(zhì)量。筆者從2004年起一直承擔(dān)著“數(shù)字圖像處理”雙語(yǔ)教學(xué)課程建設(shè)和授課任務(wù)，授課對(duì)象是光學(xué)專業(yè)大三本科學(xué)員。在教學(xué)中，筆者感到授課對(duì)象的英語(yǔ)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(jí)全體學(xué)員為調(diào)查對(duì)象，在學(xué)期末課程結(jié)束后做問(wèn)卷調(diào)查，旨在通過(guò)學(xué)員對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)的評(píng)價(jià)，考察雙語(yǔ)教學(xué)的實(shí)際教學(xué)效果，并探求保證教學(xué)效果的最佳途徑。 

 

一、對(duì)象與方法 

 

此次調(diào)查的對(duì)象是“數(shù)字圖像處理”雙語(yǔ)授課的全體學(xué)員，調(diào)查采用的問(wèn)卷是選擇式問(wèn)卷，主要包含以下6個(gè)方面內(nèi)容：學(xué)員通過(guò)英語(yǔ)四、六級(jí)情況、對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)主要目標(biāo)的認(rèn)知、對(duì)教材的看法、對(duì)課堂教學(xué)的適應(yīng)情況和期望、雙語(yǔ)教學(xué)的收獲、影響學(xué)員學(xué)習(xí)效果的因素。為了準(zhǔn)確反映學(xué)員的真實(shí)想法，調(diào)查采取不記名問(wèn)卷方式，統(tǒng)一發(fā)放并回收。共發(fā)放問(wèn)卷31份，收回31份，有效問(wèn)卷31份。 

 

二、結(jié)果與分析 

 

1.學(xué)員通過(guò)英語(yǔ)四、六級(jí)情況 

通過(guò)四級(jí)27人，占87％；通過(guò)六級(jí)4人，占13％。從外語(yǔ)水平看，學(xué)員的外語(yǔ)基礎(chǔ)較好 

2.對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)主要目標(biāo)的認(rèn)知 

學(xué)員對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)主要目標(biāo)的認(rèn)知情況(多選項(xiàng)問(wèn)題)調(diào)查結(jié)果顯示，認(rèn)為“提升外語(yǔ)知識(shí)和能力”的占71％，排在首位；其次為“開(kāi)拓國(guó)際視野和意識(shí)”的占61％；再次為“提升專業(yè)知識(shí)和能力”的占58％；最后是“學(xué)習(xí)外國(guó)先進(jìn)教育理念”的占48％。但是，不同外語(yǔ)水平的學(xué)員對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)主要目標(biāo)的認(rèn)知情況有所差別，通過(guò)四級(jí)的學(xué)員選“提升外語(yǔ)知識(shí)和能力”的人數(shù)最多，占74％；而通過(guò)六級(jí)的學(xué)員選“提升專業(yè)知識(shí)和能力”的人數(shù)最多，占75％。可見(jiàn)英語(yǔ)水平越高，對(duì)“提升專業(yè)知識(shí)和能力”的認(rèn)同度越高。 

3.對(duì)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(shí)限制只選取了其中的部分章節(jié)作為教學(xué)內(nèi)容。為了便于學(xué)員自學(xué)，還自編了一本與教學(xué)內(nèi)容同步的詞匯手冊(cè)。從調(diào)查結(jié)果看，認(rèn)為教材“很難”或“較難”的占58％；認(rèn)為教材“一般”或“較容易”的占32％。而對(duì)于詞匯手冊(cè)，74％的學(xué)員持肯定態(tài)度，認(rèn)為對(duì)學(xué)習(xí)有一定的幫助。調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，約10％的學(xué)員對(duì)教材的難易程度以及詞匯手冊(cè)的輔助作用認(rèn)識(shí)比較模糊，選擇了“不好說(shuō)”一項(xiàng)，這說(shuō)明他們對(duì)本課程所選用的教材和詞匯手冊(cè)并不熟悉。造成這種情況的原因可能是：他們對(duì)課程本身并不感興趣，或是尚不知如何學(xué)習(xí)本課程。 

4.對(duì)課堂教學(xué)的適應(yīng)情況和期望 

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，84％的學(xué)員在一開(kāi)始并不能適應(yīng)雙語(yǔ)教學(xué)模式，然而經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后均能適應(yīng)雙語(yǔ)模式。這說(shuō)明雙語(yǔ)模式對(duì)學(xué)員來(lái)說(shuō)并不是無(wú)法跨越的鴻溝，只要給予一定的鍛煉過(guò)程，絕大部分學(xué)員都能習(xí)慣這種教學(xué)模式。但是調(diào)查中也有約10％的學(xué)員選擇“一直不適應(yīng)”，這主要集中在僅通過(guò)四級(jí)的學(xué)員中，在已通過(guò)六級(jí)的學(xué)員中并沒(méi)有人選此項(xiàng)，可見(jiàn)外語(yǔ)水平越高，雙語(yǔ)模式的適應(yīng)情況越好。 

在“數(shù)字圖像處理”雙語(yǔ)課堂上，課件是必不可少的，它承載了很大信息量，比如重點(diǎn)詞匯、一些不易直觀接受的內(nèi)容，用課件展示出來(lái)，非常有助于學(xué)員的理解和記憶。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，94％的學(xué)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(xué)員所希望的課堂上的中英文授課語(yǔ)言的比例相類似。這說(shuō)明在雙語(yǔ)教學(xué)中，一味追求全英文授課，很有可能導(dǎo)致學(xué)員對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)的不認(rèn)同，最終影響雙語(yǔ)教學(xué)效果。但是，需要注意的是，中英文混合授課時(shí)無(wú)論以哪種語(yǔ)言為主，都要避免“雙語(yǔ)混合疲勞”現(xiàn)象產(chǎn)生。所謂的“雙語(yǔ)混合疲勞”指的是，為了滿足學(xué)員對(duì)課堂語(yǔ)言的要求，在課堂上總是混合使用兩種語(yǔ)言，打破了學(xué)員的正常思路，導(dǎo)致學(xué)員對(duì)課程內(nèi)容無(wú)法理解。這樣的授課方式筆者曾經(jīng)嘗試過(guò)，比如在講授某一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，先用英語(yǔ)講一遍之后再用漢語(yǔ)講一遍，發(fā)現(xiàn)學(xué)員根本無(wú)法跟上教學(xué)節(jié)奏，這主要是由于他們的注意力完全被中英文之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系牽扯住，從而忽視了對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。同樣，在課件的制作中也要避免“雙語(yǔ)混合疲勞”現(xiàn)象。 

5.雙語(yǔ)教學(xué)的收獲 

雙語(yǔ)教學(xué)的收獲的調(diào)查分兩個(gè)方面，專業(yè)知識(shí)和外語(yǔ)水平。71％的學(xué)員認(rèn)為雙語(yǔ)教學(xué)對(duì)專業(yè)知識(shí)有一定的促進(jìn)作用，而81％的學(xué)員認(rèn)為雙語(yǔ)教學(xué)對(duì)外語(yǔ)水平有一定的提高作用。可見(jiàn)學(xué)員對(duì)外語(yǔ)方面收獲的認(rèn)同程度大于專業(yè)知識(shí)方面。這恰與學(xué)員對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)主要目標(biāo)的認(rèn)知相吻合。但是，筆者認(rèn)為雙語(yǔ)教學(xué)的主要目標(biāo)絕不是語(yǔ)言教學(xué)，也不是為了擴(kuò)展學(xué)員在專業(yè)領(lǐng)域的外語(yǔ)詞匯量，而應(yīng)該是以講授專業(yè)知識(shí)為主線，以系統(tǒng)地掌握一門(mén)專業(yè)知識(shí)為主要目的。為了避免本末倒置，在教學(xué)過(guò)程中，要重視對(duì)學(xué)員教學(xué)目的的教育；同時(shí)，教員在備課授課中，要注重課程前延和后續(xù)相關(guān)學(xué)科知識(shí)的銜接，不要讓雙語(yǔ)課程孤立，讓學(xué)員能夠?qū)⑦@門(mén)課程的專業(yè)知識(shí)納入自己的專業(yè)知識(shí)體系。 

6.影響學(xué)員學(xué)習(xí)效果的因素 

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，74％的學(xué)員表示“不認(rèn)識(shí)專業(yè)英文詞匯”是他們學(xué)習(xí)本門(mén)課程的主要困難。約65％的學(xué)員認(rèn)為“教材參考詞匯表”是學(xué)習(xí)本門(mén)課程有效的輔助措施。這說(shuō)明在授課中，同步詞匯手冊(cè)對(duì)學(xué)習(xí)本門(mén)課程非常重要。87％的學(xué)員認(rèn)為“中英文參考資料”對(duì)學(xué)習(xí)本門(mén)課程很有效。關(guān)于這一點(diǎn)筆者認(rèn)為，如何給學(xué)員提供適當(dāng)?shù)闹杏⑽膮⒖假Y料需要慎重考慮，資料不宜太多，否則會(huì)與教學(xué)內(nèi)容偏離，適得其反。 

 

三、對(duì)保證雙語(yǔ)教學(xué)效果的建議 

 

對(duì)雙語(yǔ)教學(xué)效果的評(píng)價(jià)有多種，如領(lǐng)導(dǎo)評(píng)價(jià)、專家評(píng)價(jià)、同行評(píng)價(jià)、學(xué)員評(píng)價(jià)等。此次調(diào)查從學(xué)員角度出發(fā)，符合以學(xué)員為中心的教學(xué)模式。針對(duì)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，為保證教學(xué)效果，在今后的教學(xué)中需要把握以下兩點(diǎn)： 

(1)加強(qiáng)學(xué)員雙語(yǔ)教學(xué)目的的認(rèn)知教育，避免學(xué)員學(xué)習(xí)中過(guò)分強(qiáng)調(diào)語(yǔ)言而忽略專業(yè)知識(shí)。 

(2)教學(xué)內(nèi)容要深入淺出。教員在授課中，除了對(duì)講授內(nèi)容要了如指掌，做到放得開(kāi)、收得攏以外，還應(yīng)洞察學(xué)生心理，了解學(xué)員對(duì)知識(shí)的掌握情況。不要只站在教的角度考慮問(wèn)題，還應(yīng)從學(xué)的立場(chǎng)出發(fā)，將要講的內(nèi)容轉(zhuǎn)化成學(xué)員渴求的知識(shí)傳授給學(xué)員。 

雙語(yǔ)教學(xué)是一項(xiàng)實(shí)施成本較高的課程教學(xué)，如果沒(méi)有好的教學(xué)效果，不僅造成人力、物力、財(cái)力等資源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)下一步的推進(jìn)造成不利影響，因此每門(mén)雙語(yǔ)教學(xué)課程都要重視教學(xué)質(zhì)量。 

 

篇（10）

引言

集料棱角性對(duì)瀝青混合料性能的影響十分重要的，許多外國(guó)學(xué)者都對(duì)集料棱角性的評(píng)價(jià)方法展開(kāi)系統(tǒng)研究。為此，本文采用數(shù)字圖像處理技術(shù)（DIP）技術(shù)，對(duì)不同集料形狀特征量化研究。

1 集料的圖像識(shí)別與處理分析

本文通過(guò)使用高倍數(shù)碼相機(jī)進(jìn)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(biāo)尺能較準(zhǔn)確的獲得集料的實(shí)際平面尺寸。利用IPP軟件進(jìn)行形態(tài)分析。

圖像識(shí)別的目的是對(duì)圖像中感興趣的對(duì)象進(jìn)行測(cè)量，以獲得它們的客觀信息，從而對(duì)對(duì)象的進(jìn)行分類、評(píng)價(jià)。而圖像處理的目的則是使這一識(shí)別過(guò)程更方便、更準(zhǔn)確。

對(duì)采集到的圖像通過(guò)PS進(jìn)行圖像增強(qiáng)等預(yù)處理，通過(guò)MATLAB平滑分析及灰度門(mén)限法進(jìn)行閥值分割。選取玄武巖9.5mm為例，進(jìn)行PS預(yù)處理后的圖像如下圖1，然后利用IPP軟件進(jìn)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(duì)玄武巖9.5mm輪廓選取圖

2 集料幾何形態(tài)特征指標(biāo)

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

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(xiàn)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(zhǎng)的棱角性可表征為

（1）

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

依據(jù)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(duì)棱角性量化的影響，集料形態(tài)特征量化指標(biāo)可以從等效橢圓的關(guān)系來(lái)引出。

（2）

用圓度來(lái)表示集料顆粒接近與圓的程度，可表征為

（3）

3 集料形態(tài)特征量化指標(biāo)分析研究

測(cè)量結(jié)果中，長(zhǎng)度、寬度單位是以像素為單位的，因此要進(jìn)行單位的轉(zhuǎn)化，已知圖中一角硬幣直徑19mm。選中硬幣的外輪廓進(jìn)行標(biāo)尺設(shè)定，然后就可以進(jìn)行測(cè)量分析。首先進(jìn)行誤差分析驗(yàn)證，如圖3所示，硬幣對(duì)象編號(hào)51測(cè)得的平均直徑結(jié)果為18.963mm。誤差僅為0.95%，表示可以滿足誤差的要求。然后進(jìn)行集料顆粒的軟件識(shí)別計(jì)算。

圖3 硬幣對(duì)象51號(hào)輪廓的獲取圖

量化集料形態(tài)的二維、三維量化指標(biāo)，以玄武巖9.5mm中的40個(gè)顆粒為例，分析其七個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)各指標(biāo)的相互關(guān)系，具體形態(tài)特征量化指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 玄武巖9.5mm的形態(tài)特征量化指標(biāo)

圖4中玄武巖9.5mm的形態(tài)特征量化指標(biāo)可以看出，圓度和凸度都接近于1，說(shuō)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(zhǎng)與集料周長(zhǎng)基本一致，表面玄武巖顆粒的棱角性和紋理較小，集料相應(yīng)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(xiàn)出相似的變化規(guī)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(zhǎng)短軸比）介于1.09-2.08之間，表明細(xì)長(zhǎng)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(fù)荷載下集料顆粒的定向排列發(fā)生的可能性較小，可以獲得很好的車轍性能。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)采集到的圖像進(jìn)行PS軟件預(yù)處理，包括圖像增強(qiáng)、灰度變化等，然后通過(guò)MATLAB平滑分析及灰度門(mén)限法進(jìn)行閥值分割。使用IPP進(jìn)行輪廓提取和對(duì)象轉(zhuǎn)化便于軟件的計(jì)算。

（2）假設(shè)同一料場(chǎng)骨料的來(lái)源相同，厚度應(yīng)該或多或少與寬度有一定關(guān)聯(lián)。通過(guò)此種體積模型的假

設(shè)進(jìn)行集料的形態(tài)研究，采用形狀參數(shù)的加權(quán)平均值來(lái)計(jì)算分析。

（4）以玄武巖9.5mm中的40個(gè)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(yīng)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(fù)荷載下集料顆粒的定向排列發(fā)生的可能性較小，可以獲得很好的抗車轍性能。

參考文獻(xiàn)：

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[2]肖源杰，倪富健，蒯海東，等.基于圖像的粗集料形態(tài)對(duì)瀝青面層抗剪性能的影響[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2006，27（4）：44-48.