《数字图像处理》课程是高等学校计算机技术类在本科教学计 划中一门重要的专业课程。人类从外界获得的信息约有75%是从图像中获得的。随着现代电子、计算机、软件等技术的高速发展，图像处理技术的应用领域越来越 广泛，对推动社会发展、改善人们的生活水平起到了重要的作用。《数字图像处理》课程起点高、难度大，理论性和实践性很强。传统教学以理论介绍为主，强调理 论的体系和概念，忽视理论的实现步骤，基本的编程代码，造成学生在学习时，普遍感到理论的概念抽象，对理论的理解仅限于表面认识，很难看到理论的实际应用 效果，面临实际问题时，学生往往不知所措，不知从何下手，更谈不上创新应用。20世纪90年代，大多高校采用翻译的国外教材进行纯理论教学。随着计算机技 术的发展，翻译教材内容苦涩难懂，理论与实际相脱节，与理论技术快速发展的矛盾更加突出。虽然这门课程在教学模式上和教材方面都处于不断完善与发展的阶 段，但总体形式上还存在以下二个缺点：

一、是大部分教学偏于理论，少于实践方法的介绍。学习者往往会被苦涩难懂的理论迷惑，见不到理论的效果，不利于对理论体系的快速掌握。

二、是理论联系实际的教材偏少，能向学生提供理论的实现步骤，编程代码，实例软件及与理论相结合的图书偏少。

我们经过认真的分析与讨论认识到，其根本原因在于我们的教育没能跟上计算机技术的发展和变化。为从根本上扭转这种被动的局面，面向培养适应国家需要的 高素质综合性创新人才需求，我们进行了教学指导思想的转变，改革传统教育长期存在的重理论轻应用的观念，改变课堂上只介绍理论而忽视理论的实现步骤和编程 代码的人才培养模式。

针对数字图像处理理论需要计算机编程实现的要求，以及加强实践教学环节的要求，课程组在教学模式上进行改革，以实践教学改革为重点，以建设一流的教材、理 论联系实际的教学内容、一流的教师队伍、先进的教学手段为指导思想，高标准建设数字图像处理精品课程。主要在教学内容、教材建设和教学方法与手段等方面进 行了全方位、大力度的创造性改革。对《数字图象处理》课程建设提出了六个建设目标：

[1] 注重理论与实践相结合，提出新的教学模式；

[2] 坚持教材建设；

[3] 开发理论与实践相结合的教学软件平台；

[4] 建立产学研一体化结构，构建高素质的师资队伍；

[5] 建立科学的实践教学体系，提高学生的实践能力；

[6] 力争精品课，构建网络平台，丰富教学资源。

课程改革措施：

[1] 深化课堂教学方法与实践教学方法的改革；

[2] 建立科学的实践教学体系；

[3] 立足精品课程的教材建设，注重教材建设和课程教学内容改革的紧密结合；

[4] 研制高水平的计算机辅助教学和实践软件；

[5] 建设精品课网站，有机整合所有教学环节；

[6] 立足学生创新能力培养；

[7] 立足一流的教学手段；

[8] 立足高水平教师队伍建设。

国家十一五规划教材----《VC++图像处理程序设计》教材建设

　立足精品课程的教材建设

数字图像处理是一门如何用计算机对图像进行处理的学科，本课程主要讲解数字图像处理和分析基本原理和方法，强调编程实践和建立图像处理应用系统的方法。针对课堂教学模式的改革，贯彻课堂教学上应提供“理论分析、理论验证、流程设计、编程实现” 四环节的教学模式，进行了数字图像处理课程的教材建设。

1) 编写教材的原则

注重基本原理，面向理论编程实现。在教材编写上突出理论与实践相结合的特点，对于每一个理论介绍，力求先介绍理论内容，再介绍理论实现方法和步骤，进 一步介绍理论实现的代码，精心选取具有说服力的实例，通过运行代码，立即可见原理实现的效果。使学生既学习了基本理论，又见到理论的实现方法和实现效果， 加深学生对理论的理解，激发学生的兴趣，而且在理论素养和方法应用方面都有收获和体会。

2) 教材修订

2003年11月由杨淑莹教授主编、清华大学出版社和北方交通大学出版社共同出版了《VC++图像处理程序设计》教材，在教学使用过程中，不断对该教 材进行修订，紧跟数字图像处理的飞速发展，结合重大科研项目，使教材始终处于同时期的高起点、高水准上，2005年7月出版了《VC++图像处理程序设计》（第2版）。

3) 合理利用教材的有效空间，注重教学的可扩充性

利用教材的有效空间，注重教学的可扩充性。在图像处理的软件开发上支持两种常用的文件格式，它们分别是8位位图和24位真彩色位图，学生可以同时看到 两种位图的不同处理方法，为了节省篇幅，教材上只介绍短小的8位位图的处理程序代码。大大提高了书本空间的实际利用率，从而解决了教材建设中成本与效益的 矛盾。

4) 教材特色

该教材建立适于时代要求的课程内容体系，教材既与国际接轨，又具有理论性、实践性、实用性、可操作性和创新性等鲜明特色，2008年1月被评为国家级“十一五”规划教材。

(1) 理论教学和实践教学并举，注重学生的创新能力培养，体现了学科的理论性与实践性相统一的特征。

(2) 随书配套提供的软件（光盘），创新研发。

(3) 教材体系和内容新颖，反映了国际上当代数字图像处理技术的先进水平，也反映了作者们的科学研究和教学研究成果。

5) 教材的应用

对学生而言，由于配备了全程配套的软件开发程序VC++源代码，学生可以进一步拓宽算法，又可以综合应用。

《VC++图像处理程序设计》第一版印数0.5万册，第二版印数1.1万册；共计印数1.6万册。该教材的使用面覆盖了重点院校、普通院校等层次。

6) 对其他相关课程的教材建设具有指导意义

数字图像处理课程多方位建设的研究与实践，项目的指导思想、研究成果具有普遍性，对其他相关课程的建设具有指导意义。课题负责人采用“理论分析、理论验证、流程设计、编程实现” 四环节的教学模式，采用《VC++图像处理程序设计》教材编写思路，编写了模式识别课程教材：《图像模式识别---VC++技术实现》和《模式上识别与智能计算----Matlab技术实现》这两本教材面向高年级学生选修课使用,见表1 。其中，《图像模式识别---VC++技术实现》2006年获最值得推荐的一本书。可见“理论分析、理论验证、流程设计、编程实现”的理念在全国同行中产生了重要影响，在全国起到了的辐射作用。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1. 教材建设一览表

这几部教材，经过多次印刷，多次校验，从实际使用情况可见该教材内容选择上是符合课程标准要求的，编排体系体现了由易到难，理论和实际相结合的理念，实践性强，促进学生主动学习的积极性和扩充性。对普及图像处理技术起到推动作用。

《数字图像处理》实践教学体系

建立以培养学生的创新意识、实践能力和创业精神为目标的创新人才培养框架。建立科学的实践教学体系，提高学生的实践能力。构建多层次的实践教学体系，提高学生的实践能力。

　　　　　　　　　　　　　　多层次的实践教学体系

1) 课堂达到理论与实践并举的教学内容

采用“理论分析、理论验证、流程设计、编程实现” 四环节的教学模式与相应的教学内容，突破传统的理论灌输为主的教学方式，提高学生的理解力，通过课下模仿，缩短了学生探索图像处理技术所需的时间，提高学生的实践能力。

2) 成立专题项目兴趣小组，增加专题项目研究的课外作业

成立兴趣小组，组织学生课下自主学习，提出设计方案，习题课上进行分组汇报和讨论。教师指导学生遇到的问题。

专题项目研讨

将专题项目转化为实验题目，开放性实验，按照专题进行研究，如

[1]人脸识别

[2]指纹识别

[3]汽车牌照识别

[4]视频监控

[5]文字识别

3) 将基础性实验和专题项目开发实践结合起来

开设基本实验、综合设计性实验和开放性实验，构成多层次的实验教学体系。基本实验、综合设计性实验占用实验学时，由课下完成，课上考核。

本课程实践性教学的创新点主要在于将基础性实验、综合性实验和专题项目开发实践结合起来，使学生的基本知识与技能在基础性实验中逐步积累，使学生的综合性设计与开发能力在专题项目开发实践中获得提升，进一步加深对图像处理技术的理解，提高软件开发能力。

4) 将教师的科研转化为教学及实践内容

如将水表度数自动识别、齿轮检测识别等纳入实验开放性课题；并指导学生在课余时间参与相关领域的科研工作。

5) 开展大学生课外科技活动和科技竞赛 积极开展大学生课外科技活动和科技竞赛，培养学生的实践能力和创新精神。

(1)增加面向提高和创新型的实验课目；

(2)鼓励学生自主立项；

(3)参与教授的研究计划；

(4)参与课外兴趣小组和各种竞赛活动。

例如带领本科学生参加三届机器人足球大赛，而机器人足球大赛最核心的任务是图像处理编程。

[1]2002年参加哈尔滨工业大学举办的全国机器人足球大赛。

[2]2004年参加“武汉杯“全国机器人足球大赛，进入全国八强。

[3]2006年参加”华煤杯“全国机器人足球大赛，获得5：5一等奖和3：3二等奖。

6）将学生专题项目实践成绩纳入学分管理体制

为保证学生项目实践的效果，本课程将学生专题项目实践成绩纳入学分管理体制。这种教学方式有效地弥补了传统课堂教学因限于教学时间与教学精力所造成的学生知识学习的空白点和实践能力差的缺陷，大大提升积极性，使学生的能力与素质得到全面的发展。

通过该体系的实施，学院学生的综合能力有了明显提高，几年来有百余人参加科技创新活动，突破传统的教学方式，缩短了学生接触实际和研究课题所需的提高编程能力的时间，提高学生的实践能力。

《数字图像处理》实践教学体系

建立以培养学生的创新意识、实践能力和创业精神为目标的创新人才培养框架。建立科学的实践教学体系，提高学生的实践能力。构建多层次的实践教学体系，提高学生的实践能力。

　　　　　　　　　　　　　　多层次的实践教学体系

1) 课堂达到理论与实践并举的教学内容

采用“理论分析、理论验证、流程设计、编程实现” 四环节的教学模式与相应的教学内容，突破传统的理论灌输为主的教学方式，提高学生的理解力，通过课下模仿，缩短了学生探索图像处理技术所需的时间，提高学生的实践能力。

2) 成立专题项目兴趣小组，增加专题项目研究的课外作业

成立兴趣小组，组织学生课下自主学习，提出设计方案，习题课上进行分组汇报和讨论。教师指导学生遇到的问题。

专题项目研讨

将专题项目转化为实验题目，开放性实验，按照专题进行研究，如

[1]人脸识别

[2]指纹识别

[3]汽车牌照识别

[4]视频监控

[5]文字识别

3) 将基础性实验和专题项目开发实践结合起来

开设基本实验、综合设计性实验和开放性实验，构成多层次的实验教学体系。基本实验、综合设计性实验占用实验学时，由课下完成，课上考核。

本课程实践性教学的创新点主要在于将基础性实验、综合性实验和专题项目开发实践结合起来，使学生的基本知识与技能在基础性实验中逐步积累，使学生的综合性设计与开发能力在专题项目开发实践中获得提升，进一步加深对图像处理技术的理解，提高软件开发能力。

4) 将教师的科研转化为教学及实践内容

如将水表度数自动识别、齿轮检测识别等纳入实验开放性课题；并指导学生在课余时间参与相关领域的科研工作。

5) 开展大学生课外科技活动和科技竞赛 积极开展大学生课外科技活动和科技竞赛，培养学生的实践能力和创新精神。

(1)增加面向提高和创新型的实验课目；

(2)鼓励学生自主立项；

(3)参与教授的研究计划；

(4)参与课外兴趣小组和各种竞赛活动。

例如带领本科学生参加三届机器人足球大赛，而机器人足球大赛最核心的任务是图像处理编程。

[1]2002年参加哈尔滨工业大学举办的全国机器人足球大赛。

[2]2004年参加“武汉杯“全国机器人足球大赛，进入全国八强。

[3]2006年参加”华煤杯“全国机器人足球大赛，获得5：5一等奖和3：3二等奖。

6）将学生专题项目实践成绩纳入学分管理体制

为保证学生项目实践的效果，本课程将学生专题项目实践成绩纳入学分管理体制。这种教学方式有效地弥补了传统课堂教学因限于教学时间与教学精力所造成的学生知识学习的空白点和实践能力差的缺陷，大大提升积极性，使学生的能力与素质得到全面的发展。

通过该体系的实施，学院学生的综合能力有了明显提高，几年来有百余人参加科技创新活动，突破传统的教学方式，缩短了学生接触实际和研究课题所需的提高编程能力的时间，提高学生的实践能力。

1.实践方式

根据本课程实践教学部分教学内容和目的的不同，相应地采用不同的组织形式：

1）课堂上，专题研讨方式以学生讲解为主，穿插教师的指导。

教师指定专题，学生成立兴趣小组；学生课下查阅、整理材料；课上讲解自己所感兴趣的专题项目在图像预处理方面的应用情况。要求学生对数字图像处理某一应用领域的开发过程有一个全面的认识。穿插教师讲解学生实践中遇到的图像处理现代理论知识。

2）实验课上，以学生基本实践为主，教师指导。

实验设备：PC机；实验分组：1人/组；提供软件开发平台。

在实验课之前，学生通过网站下载相关实验要求，准备实验内容，编程步骤，实验课上利用提供的软件开发平台，进行图像处理编程。

3）开放型实验室，以学生科技立项、专题项目为主，教师指导

实验设备：PC机+视频采集设备等。　

教师指导学生专题项目，包括设计与开发过程。例如薛彦兵老师指导大学生创新性实验计划项目“基于图像超分辨率的车牌识别系统研究”；杨淑莹老师指导机器人足球比赛等。

２.实践基地

本课程是理论含实践性质的课程，为保证实践教学，建立了普通计算机机房和“计算机视觉与系统”开放型实验室，以普通实验与学生专题项目实践、科技立项实践相结合为实践性教学的设计思想。

课程的前半部分主要在机房进行一般性上机实验，目的在于熟悉教学软件的开发环境和一般图像处理编程方法，在课程的后半部分是在教师指导下在“计算机视觉与系统”实验室进行开放性项目实践研究，使学生的图像处理能力有很大的提升。 同时，为保证学生项目实践的效果，将项目实践成绩纳入学分管理体制。这种教学方式有效地弥补了传统课堂教学因限于教学时间与教学精力所造成的学生知识学习的空白点和实践能力差的缺陷，积极性大大提升，使学生的能力与素质得到全面的发展。

3.实践内容

实验一、图像的特效显示 （2学时）验证性实验

　　（1）实现图像颜色修改处理。

　　（2）将图像中的红气球物体左右、上下、对称复制。

　　（3）实现图像渐隐显示。

　　（4）自行设计图像的特效显示。

实验二、图像的灰度变换（2学时）综合性实验

　　（1）实现彩色图像的灰度化处理。

　　（2）将给定图像中的目标物体提取，与背景分离，进行二值化。

实验三、目标物体的轮廓提取（2学时）综合性实验

　　（1）将给定图象的目标物体进行图像锐化处理，

　　（2）边缘检测，

　　（3）轮廓提取。

实验四、24位彩色图像处理（2学时）综合性实验+课外设计型实验

　　（1）总结8位图像各种处理的编程方法，将其综合应用到24位彩色图像处理中。

　　（2）课外设计型实验主要在“计算机视觉与系统”开放型实验室进行，学时不限。

主要内容：

　　　机器人足球比赛实践项目 教师科研项目的一部分 兴趣小组的专题项目

　　　专题项目：汽车牌照识别、人脸识别、指纹识别、视频监控、文字识别等。

4.实践考核

利用多种考核形式，建立了专题项目考核、笔试考核，实践考核等多种考核方式，促进学生对知识的有效掌握和应用能力的培养，实现本专业应用型人才培养的目标；同时能够客观地反映教学质量和教学效果。

全方位开展理论联系实际的教学活动，对学生的考核以实践能力考核为中心，在以下三个方面考核。

　　（1）专题项目报告，占10%；

　　（2）实验占40%，（验证性实验10%、综合性实验10%，开放性专题项目实验占20%。）

　　（3）笔试占50%。（实践能力考核占笔试成绩的50%。）

5.实践大纲

     《数字图像处理》实验教学大纲

课程代码：0660216

课程名称：数字图像处理 / Digital Image Processing

开课院（系）实验室：计算机科学与工程系、计算机科学与技术实验室

适用专业：计算机科学与技术、信息与计算科学、信息安全和通信工程

实验指导书名称：VC++图像处理程序设计

一、学时、学分

总学时：48   总学分：3    讲课学时：32学时         实验学时：16学时

实验成绩占总成绩：40% 

二、课程简介

本课程主要讲述：数字图像处理方法概述；图像的特效显示；图像的几何变换；图像灰度变换；图像的平滑处理；图像锐化处理及边缘检测；图像分割及测量；图像的形态学处理；图像的合成；24位彩色图像处理；图像编码与压缩等的内容。

三、实验的地位、作用和目的及学生能力标准

《数字图像处理》是一门实践性很强的课程，通过实验，可弥补课堂理论教学中的不足，增加学生的感性知识；掌握一些常用的图像处理方法；深化理论知识，使理论与实际结合起来；培养学生具有一定的创新能力和编程能力、利用课程讲述的思想、算法及部分代码以获得实验结果的能力、提高图像处理能力等。

只有理论与实践相结合才能真正掌握图像处理的内容、方法和思想。所以实验是教学环节的重要组成部分，必须给予高度的重视。一方面，课堂上讲授图像处理方法、实例，只有通过实验才能验证理论指导意义，从而加深对理论知识的理解；另一方面，通过实验，同学可以提高分析问题和解决问题的能力，积累程序调试经验，增强程序设计能力。

四、实验方式与基本要求

由主讲教师安排实验内容，要求同学实验前预习并仔细阅读实验指导书，编制好上机调试的程序；实验中遇到问题，辅导教师随时解答；希望同学勤思考，多动手又动脑，实验要求每人一组按要求完成实验题目。

1．验证性实验

实验名称：图像的特效显示

预习要求：了解图像的特效显示算法，及算法功能，提前初步编好实验程序。

实验方式：学生通过实际动手编程，实现图像的特效显示，实际调试程序。

实验要求：学生应利用Visual C++6.0软件开发工具编写程序，执行结果应正确。

实验设备：PC机

实验分组：1人/组

2．综合性实验

实验名称：图像灰度变换处理

预习要求：了解图像的灰度变换处理算法，提前初步编好实验程序。

实验方式：学生通过实际动手编程，实现图像的灰度变换，调试程序。

实验要求：学生应利用matlab软件开发工具编写程序，执行结果应正确。

实验设备：PC机

实验分组：1人/组

3．综合性实验

在一幅带有复杂背景的位图上提取目标物体，对该目标物体进行锐化处理及轮廓提取，这是一个利用前面各章内容的验证性实验。

实验名称：目标物体的轮廓提取；

预习要求：复习图像灰度变换、图像的平滑处理、图像锐化处理及边缘检测、图像分割及测量等编程方法。学习matlab图像处理编程技巧，按照教师提示的方法和实验任务要求，学生制定实验方案、程序框图，初步编好实验程序。

实验方式：学生应利用matlab软件开发工具编写程序。

实验设备：PC机

实验要求：按实验任务要求调试程序，程序执行结果应正确。

实验分组：1人/组

4．综合性+课外设计性实验

实验名称：24位彩色图像处理

预习要求：总结8位图像各种处理的编程方法，将其综合应用到24位彩色图像处理中。

实验方式：学生应利用matlab软件开发工具编写程序。

实验设备：PC机

实验要求：学习matlab图像处理编程技巧，初步设计好编程步骤，编好实验程序。按实验任务要求调试程序，程序执行结果应正确。

实验分组：1人/组

5．其它

①在实验室进行实验前，学生应熟悉实验目的、内容，编程实现步骤；

②指导教师用10分钟左右时间提问问题，并讲解疑难问题，注意事项等；

③将程序调好后，将程序结果记录，并由实验教师检查后签字；在一周内完成实验报告。

五、考核方式与实验报告要求

学生进入实验室后签到，实验结束后，指导教师逐个检查并提问，根据学生操作、实验结果、及实验纪律及作风等方面给出学生成绩，再综合实验报告情况给出最后的成绩。

六、实验项目

七．实验考核

实验占总成绩40%，其中验证性实验10%、综合性实验10%，开放性专题项目实验占20%。

教学软件

开发理论与实践相结合的教学软件平台

1.软件平台开发的目的

课程组精心开发一套有利于教学的图像处理理论与实践相结合的软件，目的配合课堂教学和实践教学。

自主研发的教学辅助软件成为教学演示系统教学辅助软件，配合课堂教学和实践教学；

“图像模式识别matlab教学辅助软件“，有助于教师向学生解释目标识别的专题项目技术；

“模式识别与智能计算Matlab教学辅助软件“提供更高层次的知识扩展；

Matlab图像处理教学辅助软件扩展学生软件开发能力。

课程组认为学生在掌握了某种基本理论之后，按照实现步骤的指导可以了解算法的实现思路和方法，再进行实例讲解，进一步让学生体会短小精悍的核心代码编程语句，通过运行代码，学生可以见到理论应用到实际的效果，增加对理论的认识，掌握理论付诸于实践的技术。同时学生可以按照教师提供的软件平台框架，进行 综合处理，添加相应的代码，很快就能模仿，创新出新的变换效果。只有这样，学生可以从理论和实用的编程技巧两方面掌握该课程，提高动手实践能力，达到理论与实践相结合的教学目标。

这种教学方式需要教师具备编程能力，及将理论与编程代码相结合的解释能力，客观上对教师的要求更高，教师面临着理论与实现的技术相结合的实际需要，然而同一门课程，不同老师任教，软件编程重复性大，工作量大，市场上短缺这类教材，这为课程组开创新的教学手段提供了契机，使课程组成为理论联系实际的主导 者和推动者。

2.软件结构

在软件开发上，充分考虑到学生的可接受性、软件的可扩充性、教学的实用性。基本上采用每章或一个相关内容一个编程实例，将不同的内容软件分别开发，不会造成变量过多，代码庞大；学生学习起来目标明确，减少干扰，能够快速地查到相应图像处理技术的核心代码，很快掌握图像处理编程的方法。它将图象处理的理 论与实际应用相结合，将抽象内容变为可视内容，图文并举，形象直观，一目了然，具有良好的教学效果。

3.软件创新之处

注重实践教学效果的检验。为了看到理论实践的效果，开发软件时，精心设计软件结构，在程序框架上开发左右两个视窗，左视窗显示原图，右视窗显示处理后的效果图，通过左右对比，学生会立刻看到处理前后不同的效果，加强对理论的理解。与国内外同类软件相比，具有独特的教学风格。它将图象处理的理论与实际应 用相结合，将抽象内容变为可视内容，图文并举，形象直观，一目了然，具有良好的教学效果。

4.软件在课堂教学中的作用

课程组认为学生在掌握了某种基本理论之后，按照实现步骤的指导可以了解算法的实现思路和方法，再进行实例讲解，进一步让学生体会短小精悍的核心代码编程语句，课堂上通过运行代码，学生可以见到理论应用到实际的效果，增加对理论的认识，掌握理论付诸于实践的技术。

这种教学方式需要教师具备编程能力，及将理论与编程代码相结合的解释能力，客观上对教师的要求更高，教师面临着理论与实现的技术相结合的实际需要，然而同一门课程，不同老师任教，软件编程重复性大，工作量大，市场上短缺这类教材，这为课程组开创新的教学手段提供了契机，使课程组成为理论联系实际的主导者和 推动者。

5.软件在实践教学中的作用

该软件具有以下特点：开放性； 自主性； 研究性。

实验课上，该软件同时为学生实验提供了实验平台。学生可以按照教师提供的软件平台框架，进行综合处理，添加相应的代码，很快就能模仿，创新出新的变换效 果。通过系列编程实验的训练，教师可以指导学生综合应用开发，即通过对软件调整、组合、集成为更复杂的图像处理系统,实现综合实验技能和实验研究能力的系 统培养和训练，提高学生的实践能力；还可以启发学生进一步开发新的处理算法，由学生自行拟定实验方案，自行组合实验系统，进行自主性、研究性的图像系统实验,启迪、激发学生的创新思维、创新意识和创新能力。只有这样，学生可以从理论和实用的编程技巧两方面掌握该课程，提高动手实践能力，达到理论与实践相结合的教学目标。

1.开发工具选择

MATLAB、IDL、VB等辅助工具存在如下一些问题：

（1）底层代码不对用户开放，实现的算法已经被封装好，不适合进行算法演示；

（2）视频采集大多使用VC++开发工具进行视频的采集、处理、传输。而MATLAB、IDL、VB等辅助工具移植性较差，同学们学习完成后不能面临实际应用；

（3）目前全国高校都对理工科同学们开展C语言的教学，大多数同学们具有面向对象的编程基础，而MATLAB、IDL、VB等辅助工具体系结构比较复 杂，同学们为了图像处理需要掌握另外一门编程工具。

我们使用VC++6·0开发一套有利于教学的图像处理理论与实践相结合的教学软件VC_DIP，该软件采用图像处理最常用的Visual C++6.0工具实现数字图像处理，能够与实际应用相结合，避免同学们走弯路。同学们在学习了C语言、面向对象程序设计C++、数据结构、高等数学等课程 后，亟需学习一门将上述内容综合应用的课程，提高同学们的软件开发素质和综合应用能力。

2.数字图像处理教学软件框架结构

在软件开发上，充分考虑到同学们的可接受性、软件的可扩充性、教学的实用性。它将图象处理的理论与实际应用相结合，将抽象内容变为可视内容，图文并举，形象直观，一目了然，具有良好的教学效果。

软件开发本着这样的原则：

(1) 每一个实例简单易懂，读者很快就会上手编程；让读者学习起来轻松愉快。

采用每章或一个相关内容一个编程实例，如图1所示。

将不同的内容软件分别开发，不会造成变量过多，代码庞大。

图1 各章教学软件

(2) 让同学们把主要精力放在图像处理的算法实现上，不必对VC++编程感到吃力。

系统结构一定要简单明了，代码短小精炼，同学们学习起来目标明确，减少干扰，能够快速地查到相应图像处理技术的核心代码，很快掌握图像处理编程的方法。

(4) 所有实例的框架一致，如图2所示。文档类负责位图文件的加载和存储，视图类分左右两个视窗，左视窗显示原图像，右视窗显示采用某一算法后对图像的作用效果。

图2 VC_DIP软件框架结构

3. CDib类的设计

CDib类的基本操作功能应包括：

(1) 图像数据文件的读、写操作；

(2) 提供图像宽度、高度、颜色数目等位图相关信息；

(3) 提供有关图像占据内存空间的信息，包括：图像数据区首地址、颜色表首地址、位图信息结构首地址等。

用面向对象的方法处理位图的核心是设计一个处理图像数据的类，称之为CDib类。CDib类具有如下功能：

class CDib : public CObject

{

public:

DWORD size;

char m_fileName[256];

RGBQUAD* m_pRGB;//指向颜色表首地址

BYTE* m_pData; //指向图像数据区首地址

UINT m_numberOfColors;

BOOL m_valid;

BITMAPFILEHEADER bitmapFileHeader; //定义文件头结构变量

BITMAPINFOHEADER* m_pBitmapInfoHeader; //指向文件图像信息结构指针

BITMAPINFO* m_pBitmapInfo; 指向文件图像信息和颜色表指针

BYTE* pDib; //指向数据区指针

CDib();

~CDib();

char* GetFileName();//存储BMP位图文件

DWORD GetSize();//返回位图文件的大小

UINT GetWidth();//返回位图的宽度

UINT GetHeight();//返回位图的高度

UINT GetNumberOfColors();//返回位图颜色数目

RGBQUAD* GetRGB();//返回颜色表首地址

BYTE* GetData();//返回图像数据首地址

BITMAPINFO* GetInfo();//返回图像信息结构首地址

void SaveFile(const CString filename);// 存储BMP位图文件

void LoadFile(const char* dibFileName);// 装载BMP位图文件

};

4.CDib类的派生类设计

由于图像处理算法很多，如图像特效显示、图像变换、图像平滑、图像增强、图像分割等。在程序中既要打开原图，又要对原图分别进行各种处理。按照上述设 计原则，将不同章节的内容分别开发软件，采用CDib类和CDib类的派生类组成结构。原图不做任何处理，将原图定义为CDib类，而将需要处理的算法定 义为CDib类的派生类。由于派生类对基类中的保护或公有成员可以直接使用，不需要声明，因此，在派生类中仅仅定义各种处理图像数据的函数即可。这里使不 同处理功能归结在不同的CDib派生类中，结构简洁。

CDib类的派生类具有如下功能：

(1) 由于该类是从CDib类派生而来，因此具有CDib类的所有功能。

(2) CDib类的派生类又扩充了一些功能，这些功能随图像处理算法的不同而不同。在编程中需要将图像处理算法函数写在该类中。每个处理算法编写成从CDib类 派生出的类的函数，因此，函数中可以直接使用CDib类中的变量和函数，不必加以声明和定义。

例如：在图像的反色变换中该类定义为

#include "Cdib.h"

class ImageBianHuanDib :public CDib

{

public:

ImageBianHuanDib();

~ ImageBianHuanDib();

void FanSeBianHuan();//图像反色效果

};

而图像反色变换处理函数如下：

void ImageBianHuanDib::FanSeBianHuan()//对图像进行反色变换

{

BYTE *p_data;//原图数据区指针

int wide,height,DibWidth;//原图长、宽、字节宽

p_data=this->GetData ();//取得原图的数据区指针

wide=this->GetWidth ();//取得原图的数据区宽度

height=this->GetHeight ();//取得原图的数据区高度

DibWidth=this->GetDibWidthBytes();//取得原图的每行字节数

for(int j=0;j<height;j++)// 每行

for(int i=0;i<DibWidth;i++)// 每列

{

int a=*p_data;/取得当前点的值

*p_data=255-a;//取反

p_data++;//指向下一指针

}

}

在此函数中直接使用了基类CDib类中的指向图像数据区的指针p_data和函数GetData（）、GetWidth ()、GetHeight ()。并且把经过处理后的像素颜色值直接存到p_data所指的区域中。只需在CDib类派生类中编写处理函数的程序代码，这种设计方法的优势是节省大量 篇幅的重复代码，将重点放在图像处理的算法实现上。同时，同学们可以自行拟定实验方案，开发新的处理算法，进行自主性、二次研发性的图像系统研究。

5.文档类CDoc的设计

Visual C++6.0开发工具设计文档类具有打开文件、存储数据的功能。因此，本文也将文档类CDoc设计为具有打开位图文件和存储文件的功能。每个图像处理的程 序分左右两个视，左视显示原图，右视显示经过各种算法处理以后的图，原图像是由CDib类产生的对像；对原图处理是由CDib类派生类产生的对像。这两个 对像占有不同内存空间，也就是数据区不同。

在CDoc类中定义CDib类和CDib类的派生类的对象，定义方式如下：

CDib CDib;

ImageBianHuanDib CDibNew;

设计在文档类CDoc中打开文件，将所选择的图像文件分别赋给这两个对像。

void CDSplitDoc::OnFileopen()

{

CFileDialog 　 dlg(TRUE,_T("BMP"),_T("*.BMP"),OFN_HIDEREADONLY|OFN_OVERWRITEPROMPT,_T(" 位图文件　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(*.BMP)|*.BMP|"));

if(IDOK==dlg.DoModal())

filename.Format ("%s",dlg.GetPathName());

CDib.LoadFile(filename);

CDibNew.LoadFile(filename);

}

LoadFile函数负责将原图像数据加载到内存空间中，并对各种数据区的指针赋值。

6.图像文件的显示

VC_DIP软件在设计上注重实践教学效果的检验。为了看到理论实践的效果，开发软件时，精心设计软件结构，在程序框架上开发左右两个视窗，左视窗显 示原图，右视窗显示处理后的效果图，见图3，通过左右对比，同学们会立刻看到处理前后不同的效果，加强对理论的理解。它将图象处理的理论与实际应用相结 合，将抽象内容变为可视内容，图文并举，形象直观，一目了然，具有良好的教学效果。

图3.处理效果对比显示

6.1左视窗图像显示

左视显示原图像，为了简化代码，仅仅在左视图中取到位图文件名filename，采用DDB方式显示图像。

CBitmap m_bitmap;

HBITMAP hBitmap=(HBITMAP)LoadImage(NULL,_T(filename),IMAGE_BITMAP,

0,0,LR_CREATEDIBSECTION|LR_DEFAULTSIZE|LR_LOADFROMFILE);

m_bitmap.Attach (hBitmap);

CDC dcImage;

BITMAP bm;

m_bitmap.GetBitmap (&bm);

dcImage.SelectObject (&m_bitmap);

pDC->BitBlt (0,0,bm.bmWidth ,bm.bmHeight ,&dcImage,0,0,SRCCOPY);

6.2右视窗类图像显示

右视窗显示处理后的图像数据，调用Windows的菜单消息响应功能，在菜单中调用CDib类的派生类各种处理函数，再将处理后的数据显示出来。在右 视中分别定义指向CDib类和CDib类的派生类的两个指针*CDib1和*CDibNew1。设计两个指针的目的是每次调用CDibNew1进行数据处 理时，先把*CDib1指向的原始数据覆盖到CDibNew1的数据区里，避免在已经处理后的数据上再次进行处理，看不到实际效果。

具体实现步骤如下：

(1)定义指向CDib类和CDib类的派生类的两个指针*CDib1和*CDibNew1；

(2)把*CDib1指向的原始数据覆盖到CDibNew1的数据区。

(3)调用CDibNew1进行数据处理

(4)进一步利用MFC类库的显示功能，在右视中显示已经处理后的图像数据。

例如在图像的反色变换中，图像数据处理和结果显示如下：

[1]在右视中分别定义两个指针：

ImageBianHuanDib *CDibNew1;

CDib *CDib1;

[2]在右视窗通过文档类的指针，对上述两个变量赋值，如下

CDSplitDoc* pDoc = GetDocument();

CDibNew1=&pDoc->CDibNew;

CDib1=&pDoc->CDib;

long int size=CDib1->GetHeight()*CDib1->GetDibWidthBytes();

memcpy(CDibNew1->m_pData,CDib1->m_pData,size);

[3]调用CDibNew1进行数据处理。CDibNew1->LightReverse();

[4]在右视中显示已经处理后的图像数据。

BYTE* pBitmapData = CDibNew1->GetData();

LPBITMAPINFO pBitmapInfo = CDibNew1->GetInfo();

int bitmapHeight = CDibNew1->GetHeight();

int bitmapWidth = CDibNew1->GetWidth();

StretchDIBits(pDC->GetSafeHdc(),0,0,bitmapWidth,bitmapHeight,0, 0,

bitmapWidth, bitmapHeight, pBitmapData,pBitmapInfo,DIB_RGB_COLORS, SRCCOPY);

同学们只要掌握软件结构，将实验重心放在CDib类的派生类新增加的功能上，便可以编写自己的处理方法，进行效果对比演示。

《数字图像处理》课程实验使学生将理论和实际结合起来，增强学生的动手编程能力。其目的使学生将所学内容灵活运用和掌握，提高学生的创新能力。

开设基本实验、综合设计性实验和开放性实验，构成多层次的实验教学体系。

1.基本实验

　　用于指导、考核学生的基本技能，占用实验课时。

　　要求：学生通过对图像处理某个算法修改, 培养和训练学生实验技能和实验研究能力，提高学生的实践能力。

2.综合设计性实验

　　用于指导、考核学生的综合技能，占用实验课时。

　　要求：通过对软件调整、组合、集成为更复杂的图像处理系统,实现综合实验技能和实验研究能力的系统培养和训练，提高学生的实践能力。

3.开放性实验

根据学生所参加的专题小组，开展专题研究与专题技术实现，目的培养学生解决实际问题的能力。不占用实验课时。

指导学生针对某一专题，由学生自行拟定实验方案，自行组合实验系统，进行自主性、研究性的图像系统实验,启迪、激发学生的创新思维、创新意识和创新能力。

《数字图像处理》实验指导书描述了数字图像处理的四次实验的实验目的和实验步骤、编程代码以及实验效果。学生可以从理论和实用的编程技巧两方面掌握该课程，提高动手实践能力，达到理论与实践相结合的教学目标。

实验一 图像的特效显示 

实验二 图像灰度变换处理 

实验三 目标物体的轮廓提取 

实验四 24位彩色图像处理 

成立专题项目兴趣小组，增加专题项目研究的课外作业

　　１.专题项目研讨

　　２.将专题项目转化为实验题目

每个同学选择一个专题兴趣小组，目的是为了使同学们了解课堂所学知识，在实际中的应用情况，从深度上扩展所学知识。目前所列专题如下：

　　人脸识别

　　指纹识别

　　汽车牌照识别

　　视频监控

　　文字识别

将基础性实验和专题项目开发实践结合起来

本课程实践性教学的创新点主要在于将基础性实验、综合性实验和专题项目开发实践结合起来，使学生的基本知识与技能在基础性实验中逐步积累，使学生的综 合性设计与开发能力在专题项目开发实践中获得提升，进一步加深对图像处理技术的理解，提高软件开发能力。

实践基地

我院于1999年起，在杨淑莹教授的带领下，坚持以“理论与实践并举，提高学生实践能力”为教学基本思想，向本科生全天 候开放数字图像处理项目实践室，让学生在教师的指导下进行项目实践，使得“计算机视觉与系统”实验室成为名副其实的本课程的实践基地。2007年，本课程 实验教学依托的计算机科学与技术实验中心被评为天津市高等学校优秀教学实验室。2008年“计算机视觉与系统”实验室被批准为省部共建教育部重点实验室。几年来，学生在该实验室完成了一大批有关图像处理项目实践作品。从2001年开始至2007年，共参加三届全国机器人足球比赛，前后有六届学生在此实验室 开展机器人足球竞赛的动态目标跟踪课题研究，实践能力得到充分的锻炼与提高。

“计算机视觉与系统”省部共建教育部重点实验室。

实践基地

我院于1999年起，在杨淑莹教授的带领下，坚持以“理论与实践并举，提高学生实践能力”为教学基本思想，向本科生全天 候开放数字图像处理项目实践室，让学生在教师的指导下进行项目实践，使得“计算机视觉与系统”实验室成为名副其实的本课程的实践基地。2007年，本课程 实验教学依托的计算机科学与技术实验中心被评为天津市高等学校优秀教学实验室。2008年“计算机视觉与系统”实验室被批准为省部共建教育部重点实验室。几年来，学生在该实验室完成了一大批有关图像处理项目实践作品。从2001年开始至2007年，共参加三届全国机器人足球比赛，前后有六届学生在此实验室 开展机器人足球竞赛的动态目标跟踪课题研究，实践能力得到充分的锻炼与提高。

“计算机视觉与系统”省部共建教育部重点实验室。

• 学生成果 

• 学生获奖展示

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教学成果

1、主持并完成多项教学改革项目

主持并完成多项教学改革项目。其中获得天津市教学成果二等奖1项，校级教学成果一等奖2项，二等奖1项。项目成果已放在教学网站上，面向全国推广使 用。《数字图像处理》课程获2008年天津理工大学精品课程。

教学改革项目

2、成果交流与发表论文

发表教研论文10篇，加强对外交流，接待多所高校同行的访问和考察。在教学研究与实践的基础上，在各类刊物和学术会议上发表多篇教学改革论文和学术论文，发挥了很好的示范与辐射作。

教研论文

3、编写该课程的教材《VC++图像处理程序设计》

多次重印，深受兄弟院校和广大读者好评，获国家级十一五规划教材。

相关教材建设一览表

4、建立精品课网站

在天津理工大学计算机科学与技术学院网站http://59.67.148.86/G2S/精品课中，可查阅到课程的网络建设。

5、带领三届学生参加全国机器人足球大赛

6、科研促进教学

近年来，这支队伍围绕图像处理方向，开展了国家自然基金项目和省部级重要科研工作，促进了教学改革的深化。产学研结合使师资队伍始终跟踪学科前沿，具 备了较强的实践能力，促进了教学水平提高，带动学生走向创新之路。近年来课程组教师获省部级科技进步奖2项，发表SCI、EI检索等论文近60篇，获得专 利1项、软件著作权4项。

7、开发有利于教学与实践相结合的实践软件

精心开发一套有利于教学与实践相结合的软件，配合课堂教学和实践教学。

8、建立科学的实践教学体系

(1)实现课堂教学与实践并举；

(2)课外作业与实际问题结合；

(3)上机实践与解决实际问题为核心；

(4)考试试题以解决问题，测试综合能力为出发点。

9、获得优秀教师称号的教师

10、教学表彰奖励

课程建设期间教学成果获奖情况：

[1]2009年 “适应社会需求在改革实践中建设计算机科学与技术特色专业”获天津市教学成果二等奖（张桦 温显斌 王法玉 杨淑莹）。

[2]2008年 “面向区域信息产业需求地方高校计算机人才培养模式改革的探索与实践”获天津理工大学校级教学成果一等奖（张桦 温显斌 王法玉 杨淑莹）。

[3]2008年 “《数字图像处理》课程建设与实践”获校级教学成果二等奖（杨淑莹 张桦 温显斌 王元全）。

[4]2008年 《数字图像处理》课程，获校级精品课（杨淑莹 张桦 温显斌 王元全）。

[5]2006年 杨淑莹指导学生参加全国机器人足球锦标赛，

华煤杯5:5一等奖（第一负责人）；

华煤杯3:3二等奖（第一负责人）。

[6]2006年 杨淑莹被评为天津理工大学第十一届学生科技节优秀指导教师。

[7]2004年 杨淑莹指导学生参加全国机器人足球锦标赛，武汉杯进入八强（第一负责人）。

[8]2004年 杨淑莹指导的2000届黄健同学的《实时跟踪多智能体的视觉系统设计》荣获优秀毕业论文三等奖。

[9]2004年 杨淑莹指导的2000届林业同学的《车牌自动识别系统》荣获优秀毕业论文三等奖。

[10]2000年 杨淑莹指导的《windows环境下的图形图像编程》被评为2000届本科优秀毕业设计、毕业论文三等奖。

[11]2000年 杨淑莹荣获天津市高校第五届青年教师教学基本功竞赛三等奖。

[12]2000年 杨淑莹荣获天津市高校第五届青年教师教学基本功竞赛单项奖（课件）。

[13]2000年 杨淑莹荣获天津理工学院第五届中青年教师教学基本功竞赛优秀CAI课件奖。

[14]2000年 杨淑莹荣获天津理工学院第五届中青年教师教学基本功竞赛二等奖

[15]2006年 温显斌被评为天津理工大学本科毕业设计优秀指导教师。

[16]2008年 张桦获天津市第四届高等学校教学名师奖。

[17]2007年 张桦获教育部第一类本科特色专业《计算机科学与技术》建设点（负责人）

[18]2004年 张桦获天津理工大学第十届学生科技节优秀指导教师称号

[19]2003年 张桦获第七届“挑战杯”天津市大学生课外学术科技作品竞赛优秀指导教师荣誉称号

[20]2002年 张桦获天津理工学院第九届学生科技节优秀指导教师称号。

[21]2001年 张桦被评为校级优秀教师

[22]2001年 张桦获高等教育天津市级教学成果奖二等奖

[23]2000年 张桦获院级教学成果一等奖

[24]2000年 张桦获优秀指导教师称号。

[25]2008年 “基于Internet的教学管理平台的设计与实现”获天津理工大学教学成果一等奖(张桦 王法玉)

[26]2007年 获天津市科学技术进步奖。

[27]2007年 王法玉指导的学生参赛作品《网络蜘蛛》荣获天津市大学生计算机应用能力竞赛—-“华苑杯”创新成果竞赛（软件技术类）三等奖。

[28]2007年 王法玉指导的学生参赛作品《交互式公交查询系统》荣获天津市大学生计算机应用能力竞赛—“华苑杯”创新成果竞赛（软件技术类）三等奖。

[29]2007年 王法玉被评为本科毕业设计（论文）优秀指导教师

[30]2006年 王法玉被评为先进个人。

• 教学成果图片 

• 教学成果图片

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• 教学名师及荣誉称号

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科研成果

近年来，这支队伍围绕图像处理方向，开展了多项国家级和省部级重要科研项目，促进了教学改革的深化。与科研相结合使师资队伍始终跟踪学科前沿，具备了较强 的实践能力，促进了教学水平提高，带动学生走向创新之路。近年来课程组教师获省部级科技进步奖2项，发表SCI、EI检索等核心论文多篇，获得专利1项、 软件著作权4项。

1、科研研究项目

2、学术研究表彰奖励

3、发表科研论文

学术奖励图片

软件著作权

软件使用方法：

视图分左右两个。用鼠标在左视图视窗区域单击一下，激活左视图的菜单，左视图菜单具有打开文件、在左视图显示图像功能。用鼠标右视图视窗区域单击一 下，激活右视图的菜单，右视图菜单具有处理左视图的各种功能菜单。

软件使用方法：
　　视图分左右两个。用鼠标在左视图视窗区域单击一下，激活左视图的菜单，左视图菜单具有打开文件、在左视图显示图像功能。用鼠标右视图视窗区域单击一下，激活右视图的菜单，右视图菜单具有处理左视图的各种功能菜单。