图像的数字化表示

第二章图形、图像

案例一

图像的数字化表示

（一）学习任务分析

本节课主要是向学生介绍在信息技术设备中存储的图像是如何用数字形式表示出来的。包括两部分：1.图像的分割，即以像素为基本单元，组成数字化图像；2.像素的数字化表示方法。本节课的教学的顺利完成，对后续的课堂教学有着重要奠定基础的作用。它是本课程理论部分教学的重点。

（二）学习者分析

学生没有相关或类似先前经验，甚至由于初中的应试教育，导致学生对信息技术的更基础的二进制数字还相当陌生，因此，对学生进行课前针对性的补习辅导十分必要。

（三）学习目标分析

1．知识与技能

（1）了解图像在多媒体技术中的表示方法

（2）理解图像数字化表示的相关概念

（3）能够估算图像在计算机中存储的大小

2．过程与方法

（1）体会图形、图像的视觉意义

（2）认识图形、图像表达信息的效果与特点

（3）能主动利用数字化图像解决日常生活、学习中遇到的的问题

（4）能主动利用数字化图像呈现信息、发表观点、交流思想、开展合作3．情感态度与价值观

（1）通过观看演示文稿，使学生感受图像在信息表达的独特作用，激发学生探求

图像处理技术的欲望

（2）感受数字化图像对日常生活的影响

（3）引导学生负责地、健康地使用信息技术

（四）教学策略的选择与设计

教法：为了帮助学生正确理解图像的数字化表示方法，教师在每个教师环节努力为学生创设一个鲜活的教学情境，集中学生注意力，并激发学生学习兴趣，提出由浅入深、由表及里、循序渐进的启发性问题引起思考。教学活动以启发式教学为主，根据各环节教学内容，灵活运用各种教学策略。

学法：独立思考与小组讨论，通过一些计算强化对概念和方法的理解

（五）教学程序设计

环节一：引入课题、体验和认识图像的信息化表达

（一）课题的引入，依次提出如下问题：

1．信息是以什么形式存储在计算机中?

2．信息的载体有哪些形式？

3．图像以什么形式存储在计算机中？

4．我们要利用现代的信息技术存储、加工、传递图像，需要对图像进行如何处理？

环节二：像素的概念

1．情境创设

本环节的情境与上环节情境相承接，在学生被运动员的奋力拼博、挑战自我、冲击极限的精神深深感染时，告诉学生还有几张更好的照片，因为某种原因，没有放入演示文稿，激发学生观看这些图像并发现问题的强烈愿望。

2．发现问题

在此情境下，组织学生打开事先已存入服务器中的这些图像，在教师的引导下、学生通过操作、观察，发现没有放入演示文稿的原由：

（1）这些图像太小

（2）这些图像放大后，发生模糊

3．问题启发，理解概念

然后，再组织学生利用编辑软件，打开这些图像，再反复放大，缩小，通过操作、观察，提出问题：

（1）存储在计算机中的这几幅图像是由什么组成的？

（2）为什么这几张图像小？

这两个问题为启发学生理解像素的概念，提供了问题性支架。其中问题（1）引出像素的概念；问题（2）启发学生加深对像素概念的理解。

4．列举生活实例

请学生列举生活中接触到像素的实例，并提问：

（1）你接触到的数字图像设备是多少像素的？

（2）作为数字图像设备的重要指标，为什么像素数越大越好？

本步骤强化对知识的理解，并实现多媒体技术模块的课程目标中：“关注多媒体技术对人们的学习、工作、生活的影响”、及“了解多媒体技术在数字化信息环境中普遍性。

环节三：像素的数字化

通过上一环节的学习，学生知道数字化图像是由像素组成的，这样探讨图像的数字化表示，只需要探讨像素的数字化表示方法。

本环节是本节课的重点，也是本节课的难点。学生没有先前的相关或类似的经验，且学生对二进制没有真正消化理解，只有课前临时性的补充，只具备感性的、表面的认识。为此，本环节采取由浅入深、循序渐近、通过问题启发，逐步推进最近发展区的策略。为了激发学生学习兴趣，使学生能够仔细观察思考，沿着老师所引导的路线一步一步地摸索下去，从而实现教学目标。本环节以学生普遍喜欢的一个明星照作为素材，并进行处理，形成四个图像作为学习情境，并作为学生观察分析的支架。

(一) 单色位图的数字化

1．创设情境（展示图片）：

2．在此情境下，依次提问

（1）图像特点？

（2）图像中每个像素的特点？

（3）每个像素如何用二进制表示？

本过程中提供的情境是最简单的数字图像，在启发学生回答第二个问题时，为帮助学生观察、分析，将图片放大并为像素加边框线，如图。

在启发学生回答第三个问题时，为帮助学生直观、形象理解每个像素的数字化表示方法，为学生播放如下图。

(二)灰度图像

从复杂程度讲，灰度图像位于单色位图与彩色图像之间，本部分是本环节的难点，也就是本课的难点中的难点，为此将本部分再分为2位和8位两个步骤，从而降低学生的学习梯度。

1．2位灰度图像

（1）展示2位图像如图

（2）在此情境下，依次提问

a)图像有几种颜色的像素？

b)每个像素能否用一位二进数表示？为什么？

c)每个像素如何用二进制表示？

在学生回答出问题a)时，展示2位颜色列表（下图中的左侧），使更多同学通过颜色列表与图像的对比，清晰观察出每个像素的特点。

问题b)是为了使学生产生认知冲突，从而激发学生的思维动机，驱使学生积极思索。

在学生回答出问题c)时，展示出颜色列表中每个颜色对应的二进制数（下图中的右侧），使更多学生更清楚理解如何用二进制数表示逐渐变化的每个颜色。

2．8位灰度图像

（1）展示8位灰度图像

（2）提示：表示这幅图的颜色列表中有由黑到白共256种颜色

（3）提问：

a)表示这幅图像的每个像素应该用几位二进制数表示？

b)颜色列表中最黑的颜色怎样用二进制表示，最白的颜色怎样用二进制数表示？

8位灰度图像共256种颜色，不能用单色位图和2位灰度图像的教学方法，通过观察来发现问题和解决问题。因此，这里需要老师进行必要的提示。在学生掌握单色位图和2位灰度图像以后，学生可以较容易回答本步骤的两个问题，并顺利实现最近发展区的推进。同样，这里也需要展示出颜色（示意图）列表及其对应的二进制数，使更多的学生清楚理解颜色列表与二进制数的对应关系。

(三)彩色图像

2．展示24位彩色图像

3．依次提问：

（1）电脑显示器的色彩模式是什么？

（2）RGB分别表示什么？

（3）（展示颜色列表，提示：在电脑中每种颜色是按照由亮到暗逐渐变化规定出颜色列表的。）彩色图像的每个像素是怎样呈现出来的？

（4）如果每个列表中有256种颜色，那么每个列表中的每种颜色应怎样用二进制数表示呢？

（5）（展示组成图像的颜色列表，提示，图像中每个像素就是由这三个颜色列表中，每个列表中取出一种颜色，将这三种颜色相加而成。）图像中每个像素能不能用一个二进制数表示呢（提示：每个列表中有256种颜色）？表示每个像素需要用几位二进制数呢？

（6）白色、黑色、红色、绿色、蓝色像素如何用二进制表示？

在提出第（1）个问题时，由于前期理论课的不足，学生对每一个问题可能一时回答不出来，可以提供几个选项，从学生选择，这样可以调动学生先前不太清晰的经验。第（2）个问题由先前经验加上英语知识的迁移，学生也可较顺利回答。在第（1）（2）问题的回答