JPEG图像隐写

基于PMl和遗传算法的JPEG图像隐写

摘要：隐写术利用数字媒体(如图像、视频、音频、文本等)的冗余性，对数字媒体进行修改以隐藏秘密信息，在信息安全领域具有重要意义。传统的基于LBS替换的隐写技术会破坏JPEG 图像的直方图特性，无法有效对抗隐写分析。本文提出了适用于JPEG图像的改进PMl隐写方法(简称JPMl)，并结合遗传算法来最小化空域分块特性。通过合理选择嵌入系数以及秘密信息与载体系数的对应关系，此方法能够保持JPEG图像的直方图性，提高隐写嵌入容量和安全性。

关键词：JPEG 隐写 PM1 遗传算法

1、引言

PMl是基于LSB替换的一种改进的隐写技术。通过随机加减l来修改系数，它克服了LSB 替换中的值对现象，因而能够抵抗χ2分析。

本文提出了适用于JPEG图像的改进PMl隐写方法(简称JPMl)，通过合理选择嵌入系数以及秘密信息与载体系数的对应关系，此方法能够保持JPEG图像的直方图特性。其次，为减小嵌入失真，本章利用遗传算法来最小化空域分块特性。最后，本文通过实验验证了改进的隐写技术的嵌入容量和安全性优于传统的基于LSB替换的隐写技术。

2、JPM1隐写算法

PMl嵌入是基于LSB替换的隐写方法的一种改进方法，它易于实现而难以被检测。在实际中，如果一个给定的系数的LSB与要嵌入的比特不同，基于LSB替换的方法会翻转该系数的LSB，即对偶数加1而对奇数减1，而在PMl中，将随机地对该系数进行加1或减1操作。这里，我们具体陈述如何在JPEG图像中恰当地应用PMl以实现高嵌入率并保持高安全性。

JPEG图像经熵解码得到的量化DCT系数(JPEG系数)，包括三个部分，分别为直流系数、零交流系数、非零交流系数。非零交流系数是嵌入秘密信息的很好的选择。

为了保持JPEG图像的直方图特性，在JPEG图像中应该这样应用PM1：负偶数代表秘密信息1，负奇数代表0：正偶数代表秘密信息0，正奇数代表1。在嵌入的过程中，如果秘密信息比特与它对应的非零交流系数所表达的信息相同，则保持该系数不变；否则对该系数进行随机地加1或减1。若一个系数被变到0，则根据所要嵌入的秘密信息比特把它修改为+1或-1。图1显示了JPMl的秘密信息表达和修改方式。

3、用遗传算法寻找最优+1／-1解

对于同样的载体图像和秘密信息，基于不同的密钥，JPMl中的随机+1／一1操作序列也不同。基于这些操作序列的JPMl的性能也不同。通过GA可以选择使

得,IPMl的性能最优的操作序列。因此需要把JPMl中需要优化的对象和优化目标与GA中的染色体和适应度函数相对应，通过GA的优化过程，使得JPMl的性能得以优化。

3.1 染色体构造

JPMl中需要优化的对象为操作序列，基于操作序列，染色体的构造过程如下。对JPMl 中所有需要修改的系数的+1／．1操作构成一个+1／-1操作序列，GA中的一个染色体对应这样一个+1／-1操作序列。记JPMl中需要修改的系数个数为Lc，则GA中的染色体的长度为Lc。染色体的表示如下：

P=P1P2…Pi…PLc，(Pi∈{0，1 }，1

当pi是0，表示要通过减1来修改系数，当pi是1，表示要通过加1来修改系数。

3.2 适应度函数的构造

为提高JPMl的安全性，可选择隐写算法的某个／些评价指标构造适应度函数。分块效应是JPEG图像的固有特性，它衡量了JPEG图像8×8分块间的不连续性。在隐写分析中，分块特性的增加被用来检测JPEG图像中的隐写。本节基于分块特性构造适应度函数，以达到优化JPMl在分块特性方面性能的目的。

一幅图像的分块特性可定量表示如下：

(1)

隐写使得含密图像的分块特性增大，分块特性的增加量越大，隐写算法越容易被检测。由于分块特性是正数，可以用含密图像与其预测图像的分块特性的比值(Ratio OfBlockiness，简称ROB)来衡量隐写算法的安全性。ROB越大，越容易被检测，即安全性越低；ROB越小，越不容易被检测，安全性越高。ROB可表示为：

(2)

若待测图像为原始图像，则ROB的值接近1；若待测图像为含密图像，则ROB的值明显大于1。适应度值越大，对应系统的性能应该越好，在这里ROB应该越小。因此可以采用ROB的倒数作为适应度函数，当前待测图像的ROB的倒数的值就是当前染色体的适应度。适应度函数可表示为：

(3)

GA的目标是要找到一个适应度最大的染色体，也就是使得JPMl生成的含密JPEG图像的安全性最好的+l/-l操作序列。

4、秘密信息嵌入与提取

4.1 嵌入过程

图2 嵌入过程流程图

图2刻画了算法的流程图。整个嵌入过程可以分成六个步骤。在嵌入过程的一开始，需要把载体JPEG图像解码为JPEG系数，然后基于密钥对JPEG系数进行置乱。逐比特比较秘密信息与置乱的非零交流系数所表达的信息，得到需要修改系数的个数。应用GA寻找最佳的+1／-1序列，并修改相应的系数。然后，反置乱系数并进行熵编码，生成含密的JPEG图像。

4.2 提取过程

图3显示了接收端的提取过程的流程图。提取过程首先熵解码含密的JPEG图像，得到含密的JPEG系数。然后基于密钥对含密JPEG系数进行置乱，该置乱过程与嵌入过程中采用的置乱过程一致。从置乱的含密的JPEG系数的前16个非零交流系数中提取出秘密信息的长度，然

后逐比特提取秘密信息。

图3 提取过程流程图

5、实验结果与讨论

在数字隐写中，安全性和容量是评价算法性能的最重要的两个指标。JPMl和采用GA算法的JPMl(GA-JPMl)分别与Jsteg及Outguess(简称OG)进行了比较。采用bpnz来测度嵌入率。工作中用到的图像库包含2056幅来自美国自然资源保护局的未被压缩的图片，它们被转换为灰度图并且剪取中间的尺寸为512×512的部分。另外，包括12幅来自标准图像库的图片，它们的尺寸为128×128。在每个算法的JPEG压缩阶段所用的质量因子为80。

5.1 嵌入容量

GA—JPMl的容量与JPMl相同，因此此处只讨论JPMl与其余两种隐写算法的容量。实验结果表明，JPMl的嵌入容量为1 bpnz，Jsteg的嵌入容量约为0．5 bpnz，OG的嵌入容量小于0．4 bpnz。很明显JPMl的嵌入容量高于Jsteg和OG。

(a)标准库中的12幅图(b)NRCS库中随机选取的100幅图

图4 每一种隐写算法的容量

5.2 分块特性

我们在0.1到0.3bpnz的范围内比较所有这些隐写方法的ROB。图5(a)和图5(b)分别显示了不同隐写方法在嵌入率为0.1和0.3 bpnz时的ROB。可以看出JPMl的ROB值小于Jsteg和OG，而GA-JPMl的ROB值更小。也就是说，从分块特性增加的角度考察安全性，JPMl的性能优于OG 和Jsteg，而GA-JPMl则优于所有的这些方法。

图5 同隐写算法的ROB

5.3 直方图特性

图画出了嵌入率为0．3 bpnz时，Peppers(标准图像库中的图片)的载体图像和含密图像的JPEG系数直方图。可以看出，JPMl和GA-JPMl都保持了直方图的特性。

图6 Peppers载体图像和含密图像的JPEG系数的直方图

5.4 抗通用型隐写分析性能

隐写分析算法Shi-390是针对JPEG图像的强有力的通用型隐写分析算法之一。表1显示了GA-JPMl抵抗Shi-390的性能，在嵌入率为0.05时GA-JPMl的被检测率相对于Jsteg和OG分别降低5．9％和3．4％；在嵌入率为0.1时，分别降低6．3％和5．9％：而在嵌入率为0.3时，分别降低11．6％和6．2％。因此，GA-JPMl抵抗通用型隐写分析的性能优于Jsteg和OG。

表1 抗通用型隐写分析算法Shi．390的性能

6、结论

本文中提出了一种名为GA-JPMl的JPEG图像中的隐写方法，该方法基于PM1算法和GA算法。通过合理选择载体系数和载体系数与秘密信息的关系，改进的PMl算法保持了JPEG图像的直方图特性，并通过最小化含密图像和其预测图像之间的分块特性的比值，GA算法帮助PMl算法决策在每一个需要修改的系数上是加1还是减1。

GA-JPMl在容量和安全性方面，性能优于此前的典型的隐写方法(Jsteg和Outguess)。充分的实验验证了本章提出的方法在容量和安全性方面的优越性能。虽然，本章实验中采用灰度图像作为载体图像，GA-JPM1亦可用于彩色图像。

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Journal of Image and Signal Processing 图像与信号处理, 2017, 6(3), 131-138 Published Online July 2017 in Hans. https://www.doczj.com/doc/2e7212371.html,/journal/jisp https://https://www.doczj.com/doc/2e7212371.html,/10.12677/jisp.2017.63016 文章引用: 董晶, 钱银龙, 王伟. 图像隐写分析研究新进展[J]. 图像与信号处理, 2017, 6(3): 131-138. Recent Advances in Image Steganalysis Jing Dong 1,2, Yinlong Qian 1,3*, Wei Wang 1 1 Center for Research on Intelligent Perception and Computing, National Laboratory of Pattern Recognition, Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Beijing 2State Key Laboratory of Information Security, Institute of Information Engineering, Chinese Academy of Sciences, Beijing 3Department of Automation, University of Science and Technology of China, Hefei Anhui Received: Jun. 1st , 2017; accepted: Jun. 18th , 2017; published: Jun. 21st , 2017 Abstract In recent years, steganalysis has become an important research direction in information security. With rapid development, numerous methods have been proposed to solve the steganalysis prob-lem. This article aims to review recent advances in image steganalysis to provide useful informa- tion to the researchers in this field. It first summarizes recent progress in traditional handcrafted feature based methods, and then introduces the deep learning based steganalysis, which is a new trend in steganalysis. Finally, the article summarizes the future trends and challenges in stegana-lysis. Keywords Steganography, Steganalysis, Universal Steganalysis, Pattern Recognition, Deep Learning 图像隐写分析研究新进展 董 晶1,2，钱银龙1,3*，王 伟1 1 中科院自动化研究所模式识别国家重点实验室智能感知中心，北京 2中科院信息工程研究所信息安全国家重点实验室，北京 3中国科学技术大学自动化系，安徽 合肥 收稿日期：2017年6月1日；录用日期：2017年6月18日；发布日期：2017年6月21日 摘 要 隐写分析是信息安全领域一个很重要的研究方向。随着研究的快速发展，已经有大量的隐写分析方法提*通讯作者。

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YUV格式详解 1.什么是RGB？ RGB是红绿蓝三原色的意思，R=Red、G=Green、B=Blue。 2.什么是YUV/YCbCr/YPbPr？ 亮度信号经常被称作Y，色度信号是由两个互相独立的信号组成。视颜色系统和格式不同，两种色度信号经常被称作U和V或Pb和Pr或Cb和Cr。这些都是由不同的编码格式所产生的，但是实际上，他们的概念基本相同。在DVD中，色度信号被存储成Cb和Cr （C代表颜色，b代表蓝色，r代表红色）。 3.什么是4:4:4、4:2:2、4:2:0？ 在最近十年中，视频工程师发现人眼对色度的敏感程度要低于对亮度的敏感程度。在生理学中，有一条规律，那就是人类视网膜上的视网膜杆细胞要多于视网膜锥细胞，说得通俗一些，视网膜杆细胞的作用就是识别亮度，而视网膜锥细胞的作用就是识别色度。所以，你的眼睛对于亮和暗的分辨要比对颜色的分辨精细一些。正是因为这个，在我们的视频存储中，没有必要存储全部颜色信号。既然眼睛看不见，那为什么要浪费存储空间（或者说是金钱）来存储它们呢？ 像Beta或VHS之类的消费用录像带就得益于将录像带上的更多带宽留给黑—白信号（被称作“亮度”），将稍少的带宽留给彩色信号（被称作“色度”）。 在MPEG2（也就是DVD使用的压缩格式）当中，Y、Cb、Cr信号是分开储存的（这就是为什么分量视频传输需要三条电缆）。其中Y信号是黑白信号，是以全分辨率存储的。但是，由于人眼对于彩色信息的敏感度较低，色度信号并不是用全分辨率存储的。 色度信号分辨率最高的格式是4:4:4，也就是说，每4点Y采样，就有相对应的4点Cb和4点Cr。换句话说，在这种格式中，色度信号的分辨率和亮度信号的分辨率是相同的。这种格式主要应用在视频处理设备内部，避免画面质量在处理过程中降低。当图像被存储到Master Tape，比如D1或者D5，的时候，颜色信号通常被削减为4:2:2。

医学图像格式分析与转换

医学图像格式分析与转换 本文分为三个部分——医学图像及其组成、医学图像格式和医学图像的格式转换。本文希望通过对深度学习的相关知识的介绍，最终达到医学图像分析的目的。 医学图像及其组成 由Michele Larobina和Loredana Murino发表的论文，对本文即将展开的讨论来说是一个很好的信息参考。Michele Larobina和Loredana Murino二人是意大利“生物架构和生物成像协会”（IBB）的成员。IBB是意大利“国家研究委员会”的组成部分，同时也是意大利最大的公共研究机构。我们的另一个参考信息资源是一篇题为《Working with the DICOM and NIfTI data standards in R》的论文。 ?什么是医学图像？ 医学图像是反映解剖区域内部结构或内部功能的图像，它是由一组图像元素——像素（2D）或立体像素（3D）——组成的。医学图像是由采样或重建产生的离散性图像表征，它能将数值映射到不同的空间位置上。像素的数量是用来描述某一成像设备下的医学成像的，同时也是描述解剖及其功能细节的一种表达方式。像素所表达的具体数值是由成像设备、成像协议、影像重建以及后期加工所决定的。 ?医学图像的组成

医学图像组成医学图像有四个关键成分——像素深度、光度表示、元数据和像素数据。这些成分与图像大小和图像分辨率有关。 图像深度（又称比特深度或颜色深度）是用来编码每个像素信息的比特数。比如说，一个8比特的光栅可以有256个从0到255数值不等的图像深度。 “光度表示”解释了像素数据如何以正确的图像格式（单色或彩色图片）显示。为了说明像素数值中是否存在色彩信息，我们将引入“每像素采样数”的概念。单色图像只有一个“每像素采样”，而且图像中没有色彩信息。图像是依靠由黑到白的灰阶来显示的，灰阶的数目很明显取决于用来储存样本的比特数。在这里，灰阶数与像素深度是一致的。医疗放射图像，比如CT 图像和磁共振（MR）图像，是一个灰阶的“光度表示”。而核医学图像，比如正电子发射断层图像（PET）和单光子发射断层图像（SPECT），通常都是以彩色映射或调色板来显示的。 “元数据”是用于描述图形象的信息。它可能看起来会比较奇怪，但是在任何一个文件格式中，除了像素数据之外，图像还有一些其他的相关信息。这样的图像信息被称为“元数据”，它通常以“数据头”的格式被储存在文件的开头，涵盖了图像矩阵维度、空间分辨率、像素深度和光度表示等信息。

多域数字图像隐写技术的实现与讨论

多域数字图像隐写技术的实现与讨 论 制作日期：2014.6.3

摘要 随着科技的发展,信息安全技术已经成为不可忽略的因素。而网络的普及及应用，让多媒体技术得到了广泛的发展，因此图像及视频的安全变得越来越重要。本文正是在这种时代背景下，介绍一种关于图像处理的信息隐藏技术。 用于进行隐蔽通信的图像信息隐藏算法可以分为两大类：基于空域的信息隐藏算法和基于变换域的信息隐藏算法。基于变换域的算法以F5为代表算法。 下面我们介绍一下变换域的算法。 关键字：隐藏嵌入信息图像

目录 一、常用的变换域的数字图像隐写方法。 (4) 1.1 JSteg隐写。 (4) 1.1.1 主要思想： (4) 1.1.2 具体嵌入过程： (4) 1.2 F5隐写。 (4) 1.2.1 具体嵌入过程： (4) 1.3 F4隐写。 (4) 1.3.1具体嵌入过程： (4) 1.4 F3隐写。 (4) 二、基于MATLAB的F3数字图像隐写技术。 (5) 2.1 F3隐写的原理。 (5) 2.2 F3隐写的算法。 (5) 2.3 运用F3隐写技术进行信息隐藏。 (5) 2.3.1 嵌入流程图。 (5) 2.3.2 实现过程。 (6) 三、讨论与分析。 (9) 3.1 对F3隐写技术的分析。 (9) 四、附录。 (9) 4.1使用的软件。 (9) 4.2软件的简介。 (9) 4.3 关键代码。 (10)

一、常用的变换域的数字图像隐写方法。 1.1 JSteg隐写。 1.1.1 主要思想： 用秘密信息比特直接替换JPEG图像量化后DCT系数的最低比特位，但不在量化后值为0或1的DCT系数中嵌入信息。 1.1.2 具体嵌入过程： （1）部分解码JPEG图像，得到二进制存储的AC系数，判断该AC系数是否等于1或0，若等于则跳过该AC系数，否则，执行下一步。 （2）判断二进制存储的AC系数的LSB是否与要嵌入的秘密信息比特相同，若相同，则不对其进行更改，否则，执行下一步。 （3）用秘密信息比特替换二进制存储的AC系数的LSB，将修改后的AC系数重新编码得到隐密的JPEG图像。 1.2 F5隐写。 1.2.1 具体嵌入过程： 1）获取载体图像，进行JPEG压缩，得到量化后的DCT系数。 2）对1）中得到的DCT系数进行混洗。 3）对可用的DCT系数计数，并根据欲嵌入的秘密信息长度计算嵌入信息所使用的三元组（1，n，k）。 4）取出n个混洗后的非0的AC DCT系数及欲嵌入的k比特信息，采用矩阵编码进行嵌入。 a）计算载体数据是否需要更改。若不需要，则继续下一组的嵌入；若需要，则更改相应的数据LSB。 b）对经过更改后的数据，判断是否产生了新的值为0的系数。若有，则此次嵌入无效，重新取出n个可用系数，执行a）；若没有，重复执行4），直 到秘密信息全部嵌入。 5）逆混洗，恢复DCT系数为原来的顺序。 6）生成隐密图像。 1.3 F4隐写。 1.3.1具体嵌入过程： 和F3过程差不多，只是用正奇系数和负偶系数代表1，正偶系数和负奇系数代表0. 1.4 F3隐写。 1）信息嵌入式，若DCT系数的LSB与要嵌入的秘密信息比特相同，则不作改动；否则，将该DCT系数的绝对值减1。 2）秘密信息嵌入在非0的DCT系数上，为0的系数不嵌入任何信息。另外，

BMP图像格式分析

BMP图像格式分析 BMP图像文件格式是微软公司为其Windows环境设置的标准图像格式，而且 Windows系统软件中还同时内含了一系列支持BMP图像处理的API函数，随着Windows 在世界范围内的不断普及，BMP文件格式无疑也已经成为PC机上的流行图像文件格式。它的主要特点可以概括为：文件结构与PCX文件格式类似，每个文件只能存放一幅图像；图像数据是否采用压缩方式存放，取决于文件的大小与格式，即压缩处理成为图像文件的一个选项，用户可以根据需要进行选择。其中，非压缩格式是BMP图像文件所采用的一种通用格式。但是，如果用户确定将BMP文件格式压缩处理，则Windows设计了两种压缩方式：如果图像为16色模式，则采用RLE4压缩方式，若图像为256色模式，则采用RLE8压缩方式。同时，BMP 图像文件格式可以存储单色、16色、256色以及真彩色四种图像数据，，其数据的排列顺序与一般文件不同，它以图像的左下角为起点存储图像，而不是以图像的左上角为起点；而且BMP图像文件格式中还存在另外一个与众不同的特点，即其调色板数据所采用的数据结构中，红、绿、蓝三种基色数据的排列顺序也恰好与其它图像文件格式相反。总之，BMP图像文件格式拥有许多适合于Windows环境的新特色，而且随着Windows版本的不断更新，微软公司也在不断改进其BMP 图像文件格式，例如：当前BMP图像文件版本中允许采用32位颜色表，而且针对32位Windows 的产生，相应的API 函数也在不断地报陈出新，这些无疑都同时促成了BMP文件格式的不断风靡。但由于BMP文件格式只适合于Windows上的应用软件，而对于DOS环境中的各种应用软件则无法提供相应的支持手段，因此这无疑是阻碍BMP文件格式的流通程度超过PCX文件格式的一个重要因素。 Windows中定义了两种位图文件类型，即一般位图文件格式与设备无关位图文件格式。其中，由于设备无关位图(DIB)文件格式具有更强的灵活性与完整的图像数据、压缩方式等定义。BMP图像文件的结构可以分为如下三个部分：文件头、调色板数据以及图像数据。其中文件头的长度为固定值54个字节；调色板数据对所有不超过256色的图像模式都需要进行设置，即使是单色图像模式也不例外，但是对于真彩色图像模式，其对应的BMP文件结构中却不存在相应调色板数据的设置信息；图像数据既可以采用一定的压缩算法进行处理，也可以不必对图像数据进行压缩处理，这不仅与图像文件的大小相关，而且也与对应的图像处理软件是否支持经过压缩处理的BMP图像文件相关。以下将分别介绍BMP图像文件结构中的这三个重要组成部分。特别值得注意的是：BMP 图像文件结构设计得相当简单，这无疑有利于图像文件的处理速度，但是同时也使得 BMP图像文件格式具有一定的局限性，即一个BMP图像文件只能存储一幅图像。 BMP图像文件的文件头定义 Windows中将BMP图像文件的文件头分成两个数据结构，其中一个数据结构中包含BMP文件的类型、大小和打印格式等信息，称为BITMAPFILEHEADERl另外一个数据结构中则包含BMP文件的尺寸定义等信息，称为BITMAPINFOHEADERl 如果图像文件还需要调色板数据，则将其存放在文件头信息之后。 BITMAPFIlEHEADER数据结构在Windows．h中的定义为： typedef struCttagBITMAPFIlEHEADER { WORD bftype； DWORD bfsiZe： WORD bfReservedl； WORD bgReserved2： DWORD bfoffBits： }BITMAPFILEHEADER； 其中，bfrype在图像文件存储空间中的数据地址为0，数据类型为unsignedchar，内容为固定值“BM”，用于标志文件格式，表示该图像文件为BMP文件。 bfsize的数据地址为2，类型为unsignedlong，它以字节为单位，定义位图文件的大小。 bfReservedl与bfReserved2的数据地址分别为6和8，数据类型则都为unsignedint，二者都是BMP文件的保留字，没有任何意义，其值必须为0. bfoffBits的数据地址为10，数据类型为unsignedlong，它以字节为单位，指示图像数据在文件内的起始地址，即图像数

BMP图片格式详解

BMP图像格式详解 一．简介 BMP(Bitmap-File)图形文件是Windows采用的图形文件格式，在Windows环境下运行的所有图象处理软件都支持BMP图象文件格式。Windows系统内部各图像绘制操作都是以BMP为基础的。Windows 3.0以前的BMP图文件格式与显示设备有关，因此把这种BMP图象文件格式称为设备相关位图DDB(device-dependent bitmap)文件格式。Windows 3.0以后的BMP图象文件与显示设备无关，因此把这种BMP图象文件格式称为设备无关位图DIB(device-independent bitmap)格式（注：Windows 3.0以后，在系统中仍然存在DDB位图，象BitBlt()这种函数就是基于DDB位图的，只不过如果你想将图像以BMP格式保存到磁盘文件中时，微软极力推荐你以DIB格式保存），目的是为了让Windows能够在任何类型的显示设备上显示所存储的图象。BMP位图文件默认的文件扩展名是BMP或者bmp（有时它也会以.DIB或.RLE作扩展名）。 二．BMP格式结构 BMP文件的数据按照从文件头开始的先后顺序分为四个部分： ◆位图文件头(bmp file header)：提供文件的格式、大小等信息 ◆位图信息头(bitmap information)：提供图像数据的尺寸、位平面数、压缩方式、颜色索 引等信息 ◆调色板(color palette)：可选，如使用索引来表示图像，调色板就是索引与其对应的颜色 的映射表 ◆位图数据(bitmap data)：图像数据区 BMP图片文件数据表如下：

三．BMP文件头 BMP文件头结构体定义如下： typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { UINT16 bfType; //2Bytes，必须为"BM"，即0x424D 才是Windows位 图文件 DWORD bfSize; //4Bytes，整个BMP文件的大小 UINT16 bfReserved1; //2Bytes，保留，为0 UINT16 bfReserved2; //2Bytes，保留，为0 DWORD bfOffBits; //4Bytes，文件起始位置到图像像素数据的字节偏移量} BITMAPFILEHEADER; BMP文件头数据表如下：

《数字图像处理》习题参考答案与解析

《数字图像处理》习题参考答案 第1 章概述 1.1 连续图像和数字图像如何相互转换？答：数字图像将图像看成是许多大小相同、 形状一致的像素组成。这样，数字图像可以 用二维矩阵表示。将自然界的图像通过光学系统成像并由电子器件或系统转化为模拟图像（连续图像）信号，再由模拟/数字转化器（ADC）得到原始的数字图像信号。图像的数字化包括离散和量化两个主要步骤。在空间将连续坐标过程称为离散化，而进一步将图像的幅度值（可能是灰度或色彩）整数化的过程称为量化。 1.2 采用数字图像处理有何优点？答：数字图像处理与光学等 模拟方式相比具有以下鲜明的特点： 1．具有数字信号处理技术共有的特点。（1）处理精度高。（2）重现性能好。（3）灵活性高。 2．数字图像处理后的图像是供人观察和评价的，也可能作为机器视觉的预处理结果。 3．数字图像处理技术适用面宽。 4．数字图像处理技术综合性强。 1.3 数字图像处理主要包括哪些研究内容？答：图像处理的任务是将客观世界的景象进 行获取并转化为数字图像、进行增强、变换、 编码、恢复、重建、编码和压缩、分割等处理，它将一幅图像转化为另一幅具有新的意义的图像。 1.4 讨论数字图像处理系统的组成。列举你熟悉的图像处理系统并分析它们的组成和功能。 答：如图1.8，数字图像处理系统是应用计算机或专用数字设备对图像信息进行处理的信息系统。图像处理系统包括图像处理硬件和图像处理软件。图像处理硬件主要由图像输入设备、图像运算处理设备（微计算机）、图像存储器、图像输出设备等组成。软件系统包括操作系统、控制软件及应用软件等。 图1.8 数字图像处理系统结构 图 1

1.5 常见的数字图像处理开发工具有哪些？各有什么特点？ 答．目前图像处理系统开发的主流工具为 Visual C++（面向对象可视化集成工具） 和 MATLAB 的图像处理工具箱（Image Processing Tool box）。两种开发工具各有所长且有 相互间的软件接口。 Microsoft 公司的 VC++是一种具有高度综合性能的面向对象可视化集成工具，用它开 发出来的 Win 32 程序有着运行速度快、可移植能力强等优点。VC++所提供的 Microsoft 基础类库 MFC 对大部分与用户设计有关的 Win 32 应用程序接口 API 进行了封装，提高 了代码的可重用性，大大缩短了应用程序开发周期，降低了开发成本。由于图像格式多且 复杂，为了减轻程序员将主要精力放在特定问题的图像处理算法上，VC++ 6.0 提供的动 态链接库 ImageLoad.dll 支持BMP、JPG、TIF 等常用6 种格式的读写功能。 MATLAB 的图像处理工具箱MATLAB 是由MathWorks 公司推出的用于数值计算的有力工具，是一种第四代计算机语言，它具有相当强大的矩阵运算和操作功能，力求使人们摆脱繁 杂的程序代码。MATLAB 图像处理工具箱提供了丰富的图像处理函数，灵活运用这些函数可 以完成大部分图像处理工作，从而大大节省编写低层算法代码的时间，避免程序设计中的重 复劳动。MATLAB 图像处理工具箱涵盖了在工程实践中经常遇到的图像处理手段和算法，如 图形句柄、图像的表示、图像变换、二维滤波器、图像增强、四叉树分解域边缘检测、二值 图像处理、小波分析、分形几何、图形用户界面等。但是，MATLAB 也存在不足之处限制了 其在图像处理软件中实际应用。首先，强大的功能只能在安装有MA TLAB 系统的机器上使用 图像处理工具箱中的函数或自编的 m 文件来实现。其次，MATLAB 使用行解释方式执行代码，执行速度很慢。第三，MATLAB 擅长矩阵运算，但对于循环处理和图形界面的处理不及C++ 等语言。为此，通应用程序接口API 和编译器与其他高级语言（如C、 C++、Java 等）混 合编程将会发挥各种程序设计语言之长协同完成图像处理任务。API 支持 MA TLAB 与外部数 据与程序的交互。编译器产生独立于MATLAB 环境的程序，从而使其他语言的应用程序使用MATLAB。 1.6 常见的数字图像应用软件有哪些？各有什么特点？答：图像应用软件是可直接供 用户使用的商品化软件。用户从使用功能出发，只要了解 软件的操作方法就可以完成图像处理的任务。对大部分用户来说，商品化的图像应用软件无 需用户进行编程，操作方便，功能齐全，已经能满足一般需求，因而得到广泛应用。常用图 像处理应用软件有以下几种： 1．PHOTOSHOP：当今世界上一流的图像设计与制作工具，其优越性能令其产品望尘莫及。PHOTOSHOP 已成为出版界中图像处理的专业标准。高版本的 PHOTOSHOP 支持多达 20 多种图像格式和 TWAIN 接口，接受一般扫描仪、数码相机等图像输入设备采集的图像。PHOTOSHOP 支持多图层的工作方式，只是 PHOTOSHOP 的最大特色。使用图层功能可以很 方便地编辑和修改图像，使平面设计充满创意。利用 PHOTOSHOP 还可以方便地对图像进 行各种平面处理、绘制简单的几何图形、对文字进行艺术加工、进行图像格式和颜色模式 的转换、改变图像的尺寸和分辨率、制作网页图像等。 2．CorelDRAW：一种基于矢量绘图、功能强大的图形图像制作与设计软件。位图式图像是 由象素组成的，与其相对，矢量式图像以几何、色彩参数描述图像，其内容以线条和色块为主。可见，采用不同的技术手段可以满足用户的设计要求。位图式图像善于表现连续、丰富 色调的自然景物，数据量较大；而矢量式图像强于表现线条、色块的图案，数据量较小。 合理的利用两种不同类型的图像表现方式，往往会收到意想不到的艺术效果。CorelDraw是

(完整版)数字图像处理复习题(选择题及相应答案)解析

第一章 1.1.1可以用f(x,y)来表示：（ABD） A、一幅2-D数字图像 B、一个在3-D空间中的客观景物的投影； C 2-D空间XY中的一个坐标的点的位置； D、在坐标点（X,Y）的某种性质F的数值。 提示：注意3个符号各自的意义 1.1.2、一幅数字图像是：(B) A、一个观测系统； B、一个有许多像素排列而成的实体； C、一个2-D数组中的元素 D、一个3-D空间的场景。 提示：考虑图像和数字图像的定义 1.2.2、已知如图1.2.2中的2个像素P和Q，下面说法正确的是：(C) A、2个像素P和Q直接的De距离比他们之间的D4距离和D8距离都短： B、2个像素p和q之间的D4距离为5； C、2个像素p和q之间的D8距离为5； D、2个像素p和q之间的De距离为5。 1.4.2、半调输出技术可以：(B) A、改善图像的空间分辨率； B、改善图像的幅度分辨率； C、利用抖动技术实现； D、消除虚假轮廓现象。 提示：半调输出技术牺牲空间分辨率以提高幅度分辨率 1.4.3、抖动技术可以(D) A、改善图像的空间分辨率； B、改善图像的幅度分辨率； C、利用半输出技术实现； D、消除虚假轮廓现象。 提示：抖动技术通过加入随即噪声，增加了图像的幅度输出值的个数 1.5.1、一幅256*256的图像，若灰度级数为16，则存储它所需的比特数是：(A) A、256K B、512K C、1M C、2M 提示：表达图像所需的比特数是图像的长乘宽再乘灰度级数对应的比特数。1.5.2、图像中虚假轮廓的出现就其本质而言是由于：(A)(平滑区域内灰度应缓慢变化，但当图像的灰度级数不够多时会产生阶跃) A、图像的灰度级数不够多造成的； B、图像的空间分辨率不够高造成； C、图像的灰度级数过多造成的 D、图像的空间分辨率过高造成。 提示：图像中的虚假轮廓最易在平滑区域内产生。 1.5.3、数字图像木刻画效果的出现是由于下列原因所产生的：（A） A、图像的幅度分辨率过小； B、图像的幅度分辨率过大； C、图像的空间分辨率过小； D、图像的空间分辨率过大；