信號與系統(tǒng)教學中數(shù)字圖像處理的運用實踐的論文

　　無論在學習或是工作中，大家都嘗試過寫論文吧，論文對于所有教育工作者，對于人類整體認識的提高有著重要的意義。你知道論文怎樣寫才規(guī)范嗎？下面是小編為大家收集的信號與系統(tǒng)教學中數(shù)字圖像處理的運用實踐的論文，僅供參考，希望能夠幫助到大家。

　　1、數(shù)字圖像處理的概念

　　數(shù)字圖像處理（Digital Image Processing）是將自然界的場景轉換為數(shù)字信號并利用計算機技術對其進行處理的一門學科，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、航空航天、安全檢測等領域有著較為廣泛的應用。研究表明，外界信息的80%都是通過人眼傳到大腦中[7]。

　　因此，利用數(shù)字圖像處理視覺直觀性的特點，理解信號與系統(tǒng)中的相關概念具有重要的現(xiàn)實意義。在數(shù)字圖像的成像過程中，相機捕獲自然界場景，并將其轉換為數(shù)字圖像，容易受到各種隨機噪聲的干擾。常見的噪聲干擾有椒鹽噪聲和高斯噪聲，圖像平滑處理可以去除噪聲以保證圖像的質(zhì)量[8],在此過程中需要利用圖像與模板（算子）的卷積機理。

　　2、數(shù)字圖像處理分析卷積實例

　　2.1卷積的定義

　　針對信號與系統(tǒng)中的線性系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸出是輸入與系統(tǒng)的沖激響應的卷積。如公式（1）所示：y（t）=f（t）*h（t） （1）若系統(tǒng)為離散系統(tǒng)，則相應的輸入輸出及沖激響應信號與系統(tǒng)是電子、通信等相關專業(yè)本科生的專業(yè)基礎課程，在本課程中，學生主要對連續(xù)、離散時間系統(tǒng)進行分析，需要掌握信號的卷積機理，利用傅里葉變換、拉普拉斯變換和Z變換實現(xiàn)時域到頻域（復頻域）的變換，對后續(xù)的數(shù)字信號處理、通信原理、信息論與編碼等專業(yè)課程的學習具有重要的啟發(fā)作用。在該課程中，大量的公式推導使講解過程枯燥、繁瑣，如何在有限的課時內(nèi)將該課程形象地講解，是目前指導該課程的教師所面臨的挑戰(zhàn)之一。

　　對此，很多教育工作者對該課程的教學進行了一系列的改革。諸葛霞等教師將數(shù)字圖像處理用于該課程的教學過程中，對二維圖像分別進行高通、低通濾波，使學生完成從時域到頻域的思維模式的轉變[1]。李蘊華等教師通過MATLAB軟件編程仿真，加深了學生對頻域變換的理解[2-5].向倩等教師從音樂的角度分析周期信號的傅里葉級數(shù)，增強學生對信號頻域分析的學習興趣[6]。

　　本文結合數(shù)字圖像的視覺直觀性，分析信號與系統(tǒng)中卷積的概念，幫助學生理解卷積的定義及應用，增強了教學效果，加快了教學進度。

　　2.2圖像平滑中的卷積過程

　　高斯卷積模板是一種用于消除高斯噪聲的線性平滑濾波模板，其平滑過程是：移動卷積模板掃描圖像中的每一個像素，位于卷積模板中心位置的像素點的值用模板所確定的鄰域內(nèi)像素點的加權平均值替代。常用的二維離散高斯函數(shù)表達式如公式（3）所示：

　　其中，高斯函數(shù)的均值為0.高斯函數(shù)的標準差為σ,用于控制被處理圖像的平滑程度，取值范圍一般為1-10.當高斯函數(shù)的標準差σ=0.5,卷積模板大小為3×3時，公式（3）產(chǎn)生了如表1所示的高斯卷積模板。為了進行實驗對比，取σ=1.5,卷積模板大小為7×7時，公式（3）產(chǎn)生了如表2所示的高斯模板。

　　實驗中采用圖1的原始Lena圖像。首先對圖1的原始Lena圖像加入均值為0,方差為0.01的高斯噪聲，加入高斯噪聲的Lena圖如圖2所示。

　　使用表1所示的高斯卷積模板（標準差為0.5,卷積模板大小3×3）對加入圖2進行平滑，處理后的圖像如圖3所示。使用表2所示的高斯卷積模板（標準差為1.5,卷積模板大小7×7）對圖2進行平滑，處理后的圖像如圖4所示。對比圖3和圖4,可以得出，高斯函數(shù)的標準差和模板越大，圖像被平滑的程度越大，對噪聲的去除效果越好，但同時圖像的細節(jié)也被模糊得越多。

　　因此，利用卷積模板進行圖像平滑時，要分析圖像中噪聲的來源及特征，有針對性地實施卷積過程，以達到理想的效果。

　　3、結論

　　本文從信號與系統(tǒng)課程中所涉及的卷積出發(fā)，講述了卷積在數(shù)字圖像處理中的應用，尤其是高斯卷積在去除圖像中高斯噪聲的作用效果。通過實驗對比，使學生深刻地理解卷積的重要性和現(xiàn)實意義，提高學習信號與系統(tǒng)的效率。

　　參考文獻：

　　[1]諸葛霞，袁紅星，孔中華，等.信號與系統(tǒng)課程中數(shù)字圖像處理教學案例研究[J.寧波工程學院學報，2014,26（4）：79-82.

　　[2]李蘊華.基于Matlab的《信號與系統(tǒng)》頻域分析[J].武漢科技學院學報，2006,19（5）:21-23.

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