1.模拟图像处理与数字图像处理主要区别表现在哪些方面？
( 什么是图像？什么是数字图像？什么是灰度图像？模拟图像处理与数字图像处理主要区别表现在哪些方面？)
图像：是对客观对象的一种相似性的、生动性的描述或写真。
数字图像：一种空间坐标和灰度均不连续的、用离散数字（一般用整数）表示的图像。
灰度图像：在计算机领域中，灰度数字图像是每个像素只有一个采样颜色的图像。在数字图像领域之外，“黑白图像”也表示“灰度图像”，
例如灰度的照片通常叫做“黑白照片”。
模拟图像处理与数字图像处理主要区别：模拟图像处理是利用光学、照相方法对模拟图像的处理。 ( 优点：速度快，一般为实时处理，理论上讲可达到光的速度，并可同时并行处理。缺点：精度较差，灵活性差，很难有判断能力和非线性处理能
力 )
数字图像处理( 称计算机图像处理，指将图像信号转换成数字格式并利用计算机对数据进行处理的过程) 是利用计算机对数字图像进行系列操作，从而达到某种预期目的的技术 .( 优点：精度高，内容丰富，可进行复杂的非线性处理，灵活的变通能力，一只要改变软件就可以改变处理内容 )
2.图像处理学包括哪几个层次？各层次间有何区别和联系？
数字图像处理可分为三个层次：狭义图像处理、图像分析和图像理解。
狭义图像处理是对输入图像进行某种变换得到输出图像，是一种图像到图像的
过程。
图像分析主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，从而建立对图像目标
的描述，图像分析是一个从图像到数值或符号的过程。
图像理解则是在图像分析的基础上，基于人工智能和认知理论研究图像中各目标
的性质和它们之间的相互联系，对图像内容的含义加以理解以及对原来客观场景加
以解译，从而指导和规划行动。
区别和联系：狭义图像处理是低层操作，它主要在图像像素级上进行处理，处理
的数据量非常大；图像分析则进入了中层，经分割和特征提取，把原来以像素构成
的图像转变成比较简洁的、非图像形式的描述；图像理解是高层操作，它是对描述
中抽象出来的符号进行推理，其处理过程和方法与人类的思维推理有许多类似之处。
3.图像处理与计算机图形学的区别与联系是什么？
数字图像处理，是指有计算机及其它有关的数字技术，对图像施加某种运算和
处理，从而达到某种预期的目的，而计算机图形学是研究采用计算机生成，处理和
显示图形的一门科学。
二者区别：研究对象不同，计算机图形学研究的研究对象是能在人的视觉系
统中产生视觉印象的事物，包括自然景物，拍摄的图片，用数学方法描述的图形等，而数字图像处理研究对象是图像；研究内容不同，计算机图像学研究内容为图像生成，透视，消阴等，而数字图像处理研究内容为图像处理，图像分割，图像透析等；过程不同，计算机图像学是由数学公式生成仿真图形或图像，而数字图像处理是由
原始图像处理出分析结果，计算机图形与图像处理是逆过程。
结合每个人的本专业学科、工作应用，谈谈数字图像处理的关系或在本专业学科中的应用。
检测技术与自动化装置是把自动化、电子、计算机、控制工程、信息处理、机械
等多种学科、多种技术融合为一体并综合运用的复合技术，检测技术与自动化装置以
自动化、电子、计算机、控制工程、信息处理为研究对象，以现代控制理论、传感技术与应用、计算机控制等为技术基础，以检测技术、测控系统设计、人工智能、工业
计算机集散控制系统等技术为专业基础，同时与自动化、计算机、控制工程、电子与
信息、机械等学科相互渗透，主要从事以检测技术与自动化装置研究领域为主体的、与控制、信息科学、机械等领域相关的理论与技术方面的研究。
我的专业是模式识别与智能系统，图像处理是模式识别专业的一个研究方向，图像处理是指对图像信息进行加工处理，以满足人的视觉心理和实际应用的需求，模式识别与智能系统专业是以信息处理与模式识别的理论技术为核心，以数学方法与计算机为主要工具，研究对各种媒体信息进行处理、分类和理解的方法，并在此基础上构造具有某些智能特性的系统。
模式识别与智能系统专业的图像处理研究方向主要采用的就是数字图像处理，对各类事物的表象和特征进行分析。
2.除前面介绍的例子之外，试举一些其他的图像应用的工程例子。
1、文化艺术方面
电视画面的数字编辑；动画的制作，电子图像游戏；纺织工艺品设计，服装设计与制作，发型设计；文物资料照片的复制和修复；运动员动作分析和评分
2、机器人视觉
机器人三维景物理解和识别；自主机器人军事侦察、危险环境；邮政、医院和家庭服务的智能机器人；装配线工件识别、定位智能机器人；太空机器人
3、视频和多媒体系统
电视制作系统广泛使用的图像处理、变换、合成；多媒体系统中静止图像和动态图像的采集、压缩、处理、存贮和传输
4、科学可视化
图像处理和图形学紧密结合, 形成了科学研究各个领域新型的研究工具
5、电子商务
身份认证；产品防伪；水印技术
第二讲：图像处理基础
1.图像数字化包括哪两个过程？每个过程对数字化图像质量有何影响？
图像数字化主要包括取样和量化这两个过程，其中取样过程是使图像空间坐标
数字化，而量化过程是使图像函数值（灰度值）数字化。取样（数字化空间坐标）过程影响着数字化图像的空间分辨率（图像中可辨别的最小细节）；而量化（数字
化灰度值）过程影响着数字化图像的灰度级分辨率（灰度级别中可辨别的最小变化）
采样间隔越大，所得图像像素数越少，空间分辨率低，质量差，严重时出现像
素呈块状的国际棋盘效应；采样间隔越小，所得图像像素越多，空间分辨率高，质
量好，但数据量大。
量化等级越多，所得图像层次越丰富，灰度分辨率越高，质量越好，但数据量大；量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率低，质量变差，会出现假轮廓现象，但数据量小。
2.数字化图像的数据量与哪些因素有关？
1）图像的大小有关，图像打数据量也就大。2）采样间隔越大，量化等级越
小，数据量越小；采样间隔越小，量化等级越多，数据量越大。3）与一个像素在计算机中表示的方式有关，一个像素占用的字节数多，数据量大。
3.数字化设备由哪几部分组成？数字化设备包括哪些主要特征？
（1）采样孔：是数字化设备能够单独地观测特定的图像元素二不受图像其他
部分的影响。（ 2）图像扫描机构：使采样孔按照预先确定的方式在图像上移动，
从而按顺序观测没一个像素。（3）光传感器：通过采样检测图像的每一个像素，
通常采用 CCD阵列。（ 4）量化器：将传感器输出的连续量转化整数值，如A/D 转换电路。（ 5）输出存储装置：将量化器产生的灰度值按适当的格式存储起来。
第三讲：图像处理的基本运算
1.图像处理算法可分为几类？图像的基本运算有哪几种？
图像处理算法可以分为 3 大类，即： 1）单幅图像→单幅图像。 2）多幅图像→单幅图像。 3）单幅或多幅图像→数值 / 符号等。
图像的基本运算有点运算和邻域运算两种。点运算是指输出图像中每个像素的
灰度值仅由输入图像中相应位置像素的灰度值决定。而邻域运算中，每个输出像素
的灰度值则由对应输入像素的一个邻域内的几个像素的灰度值共同决定。
2.为什么进行灰度变换可以增强对比度？如果想减弱对比度怎么办？
假设 DA为输入点的灰度值， DB为相应输出点的灰度值，则DB=f(DA)=aDA+b。当 a>1,b=0 时，线性点运算使得输出图像的灰度级范围扩大。即通过比例因子 a 的作用，将输入图像较窄的灰度级范围扩大到可显示灰度级的更大部分甚至整个范
围。另一方面，比例因子 a 还使得任意两个灰度值之间的差值扩大了 a 倍，从而增加了图像的对比度。当 0 对比度。 3.图像的负片是怎么形成的？ 假设 DA为输入点的灰度值， DB为相应输出点的灰度值，则DB=f(DA)=aDA+b。 当 a<0,b=0 时，线性点运算使得图像的亮区变暗，暗区变亮，即所谓的“黑白颠 倒”，图像处理中称之为图像的反相或求补。即可形成图像的负片 4.试给出把灰度范围（ 0，10）拉伸为（ 0，15），把灰度范围（ 10， 20）移到 （ 15，25），并把灰度范围（ 20，30）压缩为（ 25， 30）的变换方程。 解：g (x, y)( d c) f ( x, y) c (b a) (1)3( ,)（）（）1 g( x, y) f x y f ( x, y) 15 f (x, y) 25 g( x, y g( x, y 22 5. 试给出变换方程 T(z), 使其满足在 10≤z≤100的范围内， T(z) 是lgz 的线性函数 a b0 z 10 T ( z) a lg z b 10 z100 2a b z100 6. 已知一幅 64× 64的数字图像，其灰度级有 8个，各灰度级出现的频数如表a所示。试将此幅图像进行直方图变换，使其变换后的图像具有如表b所示的灰度级分布，并画出变换前后图像的直方图 f(x,y nk nk/n g(x,y nk nk/n 0560000 1920100 21046200 37053790 s0s1s2s3s4s5s6s7处理 前 r0560560 r1230690920 r 23337131046 r3137568705 r 4356356 r561206267 r6170170 r 77272 处理0007901023850985448 后 第四讲：直方图，图像增强 1.什么是灰度直方图？有哪些应用？ 灰度直方图是灰度级的函数，它反映了一副图像中具有某种灰度级的像素的个数、各灰度级像素出现的频率。 应用：用于判断图像量化是否恰当；用于确定图像二值化的阈值；当物体部 分的灰度值比其它部分灰度值大时，可利用直方图统计图像中物体的面积；计算图像信息量 H（熵）；通过变换图像的灰度直方图，可使图像更清晰，达道图像增强的目的。 2.从灰度直方图你能获得图像的哪些信息？ 灰度范围，灰度级分布，整幅图像的平均亮度等 统计下面图像的灰度直方图 01321321 05762567 16061634 26753565 32272616 26502750 12321212 31231221 3.图像增强的目的是什么 ? 它包含哪些内容？ 采用一系列技术去改善图像的视觉效果, 或将图像转换成一种更适合于人或机器进行分析和处理的形式。 如：有选择地突出某些感兴趣的信息，同时抑制一些不需要的信息，提高图 像的使用价值。 4.直方图修正有哪两种方法？二者有何主要区别与联系？ 均衡化：将原图像通过某种变换，得到一副灰度直方图为均匀分布的心图像的 方法。 规定化：使原图像灰度直方图变成规定形状的直方图而对图像做修正的增强方法。 联系：若对原始图像和通过直方图规定化修正的像都做了均衡化处理，则二者 均衡化都为均匀分布的密度函数。 5.在直方图修改技术中对变换函数的基本要求是什么？直方图均衡化处理采用何 种变换 函数？什么情况下采用直方图均衡法增强图像 T(r) 为变换函数，应满足 ①在 0 ≤ r≤ 1内为单调递增函数，保证灰度级从黑到白的次序不变； ②在 0 ≤ r≤ 1内，有0≤ T(r)≤ 1，确保映射后的像素灰度在允许的范 围内。 r 累积分布函数 s T ( r )p r ()d 在原始图像灰度分布在较窄区间，引起图像细节不够清晰。直方图均衡化减少图像 灰度级，对比度扩大 6.何谓图像平滑？试述均值滤波的基本原理。 为抑制噪声、改善图像质量所进行的处理称为图像平滑或去噪。 均值滤波的基本原理：用均值代替原图像中的各个像素值，即对待处理的当前 像素点（ x， y），选择一个模板，该模板由其近邻的若干像素组成，求模板中所有像素的均值，再把该均值赋予当前像素点（x，y），作为处理后图像在该点上的灰 度个 g（x，y），即个 g（x，y）=1/m∑f （x，y）m为该模板中包含当前像素在内的像素总个数。 7.何谓中值滤波？有何特点？ 中值滤波是对一个滑动窗口内的诸像素灰度值排序，用其中值代替窗口中心像 素的灰度值的滤波方法，是一种非线性的平滑法。 特性： （1）对离散阶跃信号不产生影响，连续个数小于窗口长度一半的离散脉冲将 被平滑，三角函数的顶部平坦化； （2）令 C为常数，则： Med{CFjk} ＝ CMed{Fjk}Med{C+Fjk} ＝C+Med{Fjk} Med{Fjk+fjk}≠ Med{Fjk}+Med{fjk} （3）中值滤波后，信号频谱基本不变 8.直方图规定化处理的技术难点是什么？如何解决？ 利用直方图规定化方法进行图像增强的主要困难在于要构成有意义的直方图。 针对这种情况可以用高斯函数、指数型函数、瑞利函数等作为规定概率密度函数。 9.计算：假定有 64×64 大小的图像，灰度为 16 级，概率分布如下表，试进行直方图均衡化，并画出处理前后的直方图。 第六、七讲：边缘增强掩模处理彩色增强 1.什么是伪彩色增强？常用的伪彩色增强有哪些方法？ 伪彩色增强是对一幅灰度图象经过三种变换得到三幅图象，进行彩色合成得到 一幅彩色图像。密度分割法、灰度级一彩色变换、频率域伪彩色增强 2.什么是假彩色增强？与伪彩色增强有何区别？ 假彩色增强则是对一幅彩色图像进行处理得到与原图象不同的彩色图像；主要 差异在于处理对象不同。 3. 图像掩模处理的主要步骤分哪几步？ （ 1）、新建一个与原始图像大小相等的图层（ layer), 类型一般为二值图像。 （ 2）、在新建图层上勾绘出要进行增强处理而局部区域。 （ 3）、将整幅图像保存为二值图像，选定区域象素值为1，区域外象素值为 0； （ 4）将待处理的图像与原图像进行乘法操作。 （ 5）对掩模图像进行增强处理，生成最终的结果图像。 第八讲：图像变换 频域增强 1. 二维 Fourier 变换有哪些性质 ? 线性性质： a 1 f 1 (x, y) a 2 f 2 ( x, y) a 1 F 1 (u, v) a 2 F 2 (u, v) 比例性质： f (ax, by) 1 x y ab F , a b 可分离性： F (u, v) F x F y f (x, y) F y F x f (x, y) f (x, y) F u 1 F v 1 F (u, v) F v 1 F u 1 F (u, v) 空间位移： f ( x x 0 ,y y 0) F (u,v)e j 2 (ux 0 vy 0)/ N 频率位移： f ( x, y)e j2 (u 0 x v 0y)/ N F (u u 0,v v 0) F u,v F (u aM ,v) F (u,v bN ) F u aN , v bN 周期性： f (x aN , y) f (x, y bN ) f (x aN , y bN ) f x, y 共轭对称性： F (u, v) F * ( u, v) F (u, v) F ( u, v) 旋转不变性： f (r , 0 ) F ( , 0 ) 平均值： f ( x, y) 1 N 1 N 1 1 MN x f ( x, y) F (0,0) 0 y 0 MN 卷积定理： f x, y * h x, yF u,v H u,v 、f x, y h x, y F u, v * H u, v N1N1N1N1 帕塞瓦定理（能量定理 ) ：22 f ( x, y) F (u, v) x 0 y 0u 0 v 0 2.二维 Fourier 变换的可分离性有何意义 分离性表明：二维离散傅里叶变换和反变换可用两组一维离散傅里叶变换和 反变换来完成 3.低通滤波法中常有几种滤波器 ?它们的特点是什么 ? 理想低通滤波器：在去噪声的同时将会导致边缘信息损失而使图像边模糊 Butterworth低通滤波器：连续性衰减，不象理想滤波器那样陡峭变化。因此采用该滤波器滤波在抑制噪声的同时，图像边缘的模糊程度大大减小，没有振铃效应产生。 高斯低通滤波器 指数低通滤波器：在抑制噪声的同时，图像边缘的模糊程度较用 Butterworth 滤波产生的大些，无明显的振铃效应 梯形低通滤波器 4.图像锐化处理有几种方法 空间域锐化：（ 1）梯度锐化法（ 2） Laplacian 增强算子（ 3）高通滤波法频率域锐化 算子为何能增强图像边缘？ （1）由于灰度均匀的区域或斜坡中间▽ f(x,y) 为 0， Laplacian 增强算子不起作用； （2）在斜坡底或低灰度侧形成“下冲”，而在斜坡顶或高灰度侧形成 “上冲”。 Laplacian 增强算子具有突出边缘的特点 6.试述频域增强步骤。频域平滑与锐化的主要区别在哪里？ (1) 用(-1)x+y 乘以输入图像f(x,y)来进行中心变换(2)计算图像FFT (3) H(u,v)乘以 F(u,v) (4)计算图像 IFFT (5)用(-1)x+y 乘以(4)中用滤波器函数 real 的结果 频率域平滑：采用低通滤波器让低频成分通过，抑制高频成分 频率域锐化：采用高通滤波器让高频成分通过，削弱低频成分 第十二讲：图像分割 1.什么是区域？什么是图像分割？图像分割按途径可分哪几类？ 区域：相互连通的、有一致属性的像元的结合图像中层描述的符号 图像分割：利用图像特征把图像分解成一系列有意义的目标或区域的过程 按分割途径分类： 1）区域分割（相似性、不连续性）从图像出发，按“有意义”的属性一致的原则，确定每个像元的归属区域，形成一个区域图。这种方法目前占主导地位2）基于边缘提取的分割法（不连续性）先提取区域边界，再确定边界限定的区域。 3）区域增长（相似性）从像元出发（种子），按“有意义”的属性一致的原则，将邻域中满足相似性准则的连通像元聚集成区域。 4 ）分裂—合并法综合利用上述两种方法，既存在图像的划分，又有像元 的合并。 2.何谓阈值分割？分割的依据是什么？ 利用图像中要提取的目标区域与其背景在灰度特性上的差异，把图像看作具有不同灰度级的两类区域 ( 目标区域和背景区域 ) 的组合，选取一个比较合理的阈值，以确定图像中每个像素点应该属于目标区域还是背景区域，从而产生相应的二值图像。 依据： 属于同一区域的像元应具有相同或相似的属性，不同区域的像元属性不同。 方法寻找阈值的依据是什么？ 组内方差越小，则组内象素越相似；组间方差越大，则两组的差别越大 参数法适合分割何种特征的图像？ 用于目标所占图象面积已知的情况 5.熵阈值法的依据是什么？ Shannon 熵是如何定义的？ 选择的阈值是前景和背景的两个灰度级分布的有效信息为最大。 Shannon熵：灰度范围在 [0 ， L– 1] 的图像，其熵为H L 1 p i ln p i i 0 6.最小误差分割法的出发点是什么？试写出确定阈值t 的一般表达式。 第十五讲：特征提取 1. 图像的几何特性有哪些？它们图像分析中有何作用？ 1、位置与方向 2、周长 3、面积 4、长轴和短轴 5、距离 2. 图像的形状特性有哪些？它们是如何定义的？ 1、矩形度：矩形度反映物体对其外接矩形的充满程度，用物体的面积与其最 小外接矩形的面积之比来描述 1 K ( p)式中，AO是该物体的面积，而AMER是 MER的面积。 r ( p) 2、圆形度A O R A MER 1）致密度 P2 C A 度量圆形度最常用的是致密度，即周长 (P) 的平方与面积 (A) 的比 : 2）边界能量 E E1p| K ( p)2| dp P 0 假定物体的周长为P，用变量 p 表示边界上的点到某一起始点的距离。边界上任一 点都有一个瞬时曲率半径r(p) ，它是该点与边界相切圆的半径。p 点的曲率函数是函数 K(p) 是周期为 P 的周期函数。单位边界长度的平均能量： 3)不变矩 3.试述用自相关函数作纹理测度的基本原理 (p215) 。 4.何谓行程长度？有何作用？ 数字图像处理 第一章 1、1解释术语 (2) 数字图像:为了便于用计算机对图像进行处理,通过将二维连续(模拟)图像在空间上离散化,也即采样,并同时将二维连续图像的幅值等间隔的划分成多个等级(层次)也即均匀量化,以此来用二维数字阵列并表示其中各个像素的空间位置与每个像素的灰度级数的图像形式称为数字图像。 (3)图像处理:就是指对图像信息进行加工以满足人的视觉或应用需求的行为。 1、7 包括图像变化、图像增强、图像恢复、图像压缩编码、图像的特征提取、形态学图像处理方法等。彩色图像、多光谱图像与高光谱图像的处理技术沿用了前述的基本图像处理技术,也发展除了一些特有的图像处理技术与方法。 1、8基本思路就是,或简单地突出图像中感兴趣的特征,或想方法显现图像中那些模糊了的细节,以使图像更清晰地被显示或更适合于人或及其的处理与分析。 1、9基本思路就是,从图像退化的数学或概率模型出发,研究改进图像的外观,从而使恢复以后的图像尽可能地反映原始图像的本来面目,从而获得与景物真实面貌相像的图像。 1、10基本思路就是,,在不损失图像质量或少损失图像质量的前提下,尽可能的减少图像的存储量,以满足图像存储与实时传输的应用需求。 1、11基本思路就是,通过数学方法与图像变换算法对图像的某种变换,以便简化图像进一步处理过程,或在进一步的图像处理中获得更好的处理效果。 1、12基本目的就是,找出便于区分与描述一幅图像中背景与目标的方法,以方便图像中感兴趣的目标的提取与描述。 第二章 2、1解释下列术语 (18)空间分辨率:定义为单位距离内可分辨的最少黑白线对的数目,用于表示图像中可分辨的最小细节,主要取决于采样间隔值的大小。 (19)灰度分辨率:就是指在灰度级别中可分辨的最小变化,通常把灰度级数L称为图像的灰度级分辨率。 (20)像素的4邻域:对于图像中位于(x,y)的像素p来说,与其水平相邻与垂直相邻的4个像素称为该像素的4邻域像素,她们的坐标分别为(x-1,y)(x,y-1)(x,y+1)(x+1,y)。 (21)像素的8邻域:对于图像中位于(x,y)的像素p来说,与其水平相邻与垂直相邻的8个像素称为该像素的8邻域像素,她们的坐标分别为(x-1,y-1)(x-1,y)(x-1,y+1)(x,y-1)(x,y+1)(x+1,y-1)(x+1,y)(x+1,y+1)。 (28)欧氏距离:坐标分别位于(x,y)与(u,v)处的像素P与像素q之间的欧氏距离定义为:D e(p,q)=[(x-u)2+(y-v)2]1/2 (29)街区距离:欧氏距离:坐标分别位于(x,y)与(u,v)处的像素P与像素q之间的街区距离定义为:D4(p,q)=|x-u|+|y-v|。 (30)棋盘距离:欧氏距离:坐标分别位于(x,y)与(u,v)处的像素P与像素q之间的欧氏距离定义为:D8(p,q)=max(|x-u|,|y-v|)。 (33)调色板:就是指在16色或者256色显示系统中,将图像中出现最频繁的16种或者256种颜色组成的一个颜色表,并将她们分别编号为0~15或0~255,这样就使每一个4位或者8位的颜色编号或者颜色表中的24位颜色值相对应。这种4位或者8位的颜色编号称为颜色的索引号,由颜色索引号及对应的24位颜色值组成的表称为颜色查找表,即调色板。 2、7对图像进行描述的数据信息一般应至少包括: (1)图像的大小,也即图像的宽与高 (2)表示每个像素需要的位数,当其值为1时说明就是黑白图像,当其值为4时说明就是16色或16灰度级图像,当其值为8时说明就是256色或256灰度级图像,当其值为24就是说明就是真彩色图像。 同时,根据每个像素的位数与调色板的信息,可进一步指出就是16色彩色图像还就是16灰度级图像;就是256色彩色图像还就是256灰度级图像。 (3)图像的调色板信息。 (4)图像的位图数据信息。 对图像信息的描述一般用某种格式的图像文件描述,比如BMP等。在用图像文件描述图像信息时,相应的要 （注：以下两套模拟题仅供题型参考，请重点关注选择填空以及判断题、名词解释，蓝色下划线内容肯定不考） 《数字图像处理》模拟试卷（A 卷） 一、单项选择题（从下列各题四个备选答案中选出一个正确答案，并将其代号填在题前的括号内。答案选错或未作选择者，该题不得分。每小题1分，共10分） ( d )1.一幅灰度级均匀分布的图象，其灰度范围在[0，255]，则该图象的信息量为： a. 0 b.255 c.6 d.8 ( b )2.图象与灰度直方图间的对应关系是： a.一一对应 b.多对一 c.一对多 d.都不对 ( d )3.下列算法中属于局部处理的是： a.灰度线性变换 b.二值化 c.傅立叶变换 d.中值滤波 ( b )4.下列算法中属于点处理的是： a.梯度锐化 b.二值化 c.傅立叶变换 d.中值滤波 ( ) 5.一曲线的方向链码为12345，则曲线的长度为 a.5 b.4 c.5.83 d.6.24 ( c )6. 下列算法中属于图象平滑处理的是： a.梯度锐化 b.直方图均衡 c. 中值滤波 https://www.doczj.com/doc/3211772060.html,placian增强 ( )7.下列图象边缘检测算子中抗噪性能最好的是： a.梯度算子 b.Prewitt算子 c.Roberts算子 d. Laplacian算子 ( c)8.采用模板［-1 1］主要检测____方向的边缘。 a.水平 b.45° c.垂直 d.135° ( d )9.二值图象中分支点的连接数为： a.0 b.1 c.2 d.3 ( a )10.对一幅100′100像元的图象，若每像元用８bit表示其灰度值，经霍夫曼编码后压缩图象的数据量为40000bit，则图象的压缩比为： a.2:1 b.3:1 c.4:1 d.1:2 二、填空题（每空1分，共15分） 1.图像锐化除了在空间域进行外，也可在频率域进行。 2.图像处理中常用的两种邻域是4-邻域和8-邻域。 3.直方图修正法包括直方图均衡和直方图规定化两种方法。 4.常用的灰度差值法有最近邻元法、双线性内插法和三次内插法。 5.多年来建立了许多纹理分析法，这些方法大体可分为和结构分析法两大类。 6.低通滤波法是使高频成分受到抑制而让低频成分顺利通过，从而实现图像平滑。 7.检测边缘的Sobel算子对应的模板形式为和。 8.一般来说，采样间距越大，图象数据量少，质量差；反之亦然。 三、名词解释（每小题3分，共15分） 1.数字图像是将一幅画面在空间上分割成离散的点（或像元），各点（或像元）的灰度值经量化用离散的整数来表示，形成计算机能处理的形式。 2.图像锐化是增强图象的边缘或轮廓。 3.从图象灰度为i的像元出发，沿某一方向θ、距离为d的像元灰度为j同时出现的概率 胡学龙编著 《数字图像处理（第 3 版）》思考题与习题参考答案 目录 第 1 章概 述 (1) 第 2 章图像处理基本知识 (4) 第 3 章图像的数字化与显示 (7) 第 4 章图像变换与二维数字滤波 (10) 第 5 章图像编码与压缩 (16) 第 6 章图像增强 (20) 第 7 章图像复原 (25) 第 8 章图像分割 (27) 第 9 章数学形态学及其应用 (31) 第 10 章彩色图像处理 (32) 第1章概述 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。 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。 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。 说出图像、视频（video）、图形（drawing）及动画（animation）等视觉信息之间的联系和区别。 答：图像是用成像技术形成的静态画面；视频用摄像技术获取动态连续画面，每一帧可 中南大学考试试卷 2015-- 2016 学年1学期 时间100分钟 2015 年11月4日 数字图像处理 课程32学时2学分考试形式：也卷 专业年级： 电子信息2013级 总分100分，占总评成绩 70% 注：此页不作答题纸，请将答案写在答题纸上 一、填空题（本题20分，每小题1分） 1. 图像中像素具有两个属性： _空间位置 ______ 和—灰度 ______ 。 2. _红（R ）_、_绿（G ）_、 _____________ 蓝（B ）_这三种颜色被称为图像的三基色。 3. 对于一个6位的灰度图像，其灰度值范围是 __0-63 _________ 。 4. RGB 模型中黑色表示为 _____ （0，0，0） _____ 。 5. 直方图修正法包括 —直方图均衡 ___________ 和 _直方图规定化_ 两种方法。 6. 常用的灰度内插法有最近邻内插法、 _双线性内插法_和 三次内插法。 7. 依据图像的保真度，图像压缩可分为一无损压缩_和一有损压缩。 8. 图像压缩是建立在图像存在 _编码冗余，空间和时间冗余（像素间冗余） ， 视觉心理冗余三种冗余基础上。 9. 根据分割时所依据的图像特性的不同，图像分割方法大致可以分为阈值分割法、边缘检 ________ 测法和一区域分割法一三大类。 10. 傅立叶频谱中，与图像的平均灰度值对应的系数是 F （0 ， 0） _________ 。 二、选择题（本题20分，每小题2分） 1. 图像与灰度直方图间的对应关系是： （b ） a. ------- 对应 b. 多对一 c. 一对多 d. 都不对 2. 下列算法中属于图像平滑处理的是： （c ） a.梯度锐化 b. 直方图均衡 c. 中值滤波 https://www.doczj.com/doc/3211772060.html,placian 增强 3. 下列图像边缘检测算子中抗噪性能最好的是： （b ） a.梯度算子 b.Prewitt 算子 c.Roberts 算子 d. Laplacian 算子 6. 维纳滤波器通常用于：（c ） a.去噪 b. 减小图像动态范围 7. 采用幕次变换进行灰度变换时，当幕次 4. 5. 采用模板］-1 1 ］主要检测__ a.水平 b.45 0 c. 一幅256*256的图像，若灰度级为 a. 256Kb b.512Kb c.1Mb 方向的边缘。（c ） 垂直 d.135 16,则存储它所需的总比特数是 d. 2M c.复原图像 d.平滑图像 第一章数字图像处理概论 *图像是对客观存在对象的一种相似性的、生动性的描述或写真。 *模拟图像 空间坐标和明暗程度都是连续变化的、计算机无法直接处理的图像 *数字图像 空间坐标和灰度均不连续的、用离散的数字（一般整数）表示的图像（计算机能处理）。是图像的数字表示，像素是其最小的单位。 *数字图像处理（Digital Image Processing） 利用计算机对数字图像进行（去除噪声、增强、复原、分割、特征提取、识别等）系列操作，从而获得某种预期的结果的技术。（计算机图像处理） *数字图像处理的特点（优势） （1）处理精度高，再现性好。（2）易于控制处理效果。（3）处理的多样性。（4）图像数据量庞大。（5）图像处理技术综合性强。 *数字图像处理的目的 （1）提高图像的视感质量，以达到赏心悦目的目的 a.去除图像中的噪声； b.改变图像的亮度、颜色； c.增强图像中的某些成份、抑制某些成份； d.对图像进行几何变换等，达到艺术效果； （2）提取图像中所包含的某些特征或特殊信息。 a.模式识别、计算机视觉的预处理 （3）对图像数据进行变换、编码和压缩，以便于图像的存储和传输。 **数字图像处理的主要研究内容 （1）图像的数字化 a.如何将一幅光学图像表示成一组数字，既不失真又便于计算机分析处理 b.主要包括的是图像的采样与量化 （2*）图像的增强 a.加强图像的有用信息，消弱干扰和噪声 （3）图像的恢复 a.把退化、模糊了的图像复原。模糊的原因有许多种，最常见的有运动模糊，散焦模糊等（4*）图像的编码 a.简化图像的表示，压缩表示图像的数据，以便于存储和传输。 （5）图像的重建 a.由二维图像重建三维图像（如CT） （6）图像的分析 a.对图像中的不同对象进行分割、分类、识别和描述、解释。 （7）图像分割与特征提取 a.图像分割是指将一幅图像的区域根据分析对象进行分割。 b.图像的特征提取包括了形状特征、纹理特征、颜色特征等。 （8）图像隐藏 a.是指媒体信息的相互隐藏。 b.数字水印。 c.图像的信息伪装。 （9）图像通信 3.数字化图像的数据量与哪些因素有关？ 答：数字化前需要决定影像大小（行数M、列数N）和灰度级数G的取值。一般数字图像灰度级数G为2的整数幂。那么一幅大小为M*N，灰度级数为G的图像所需的存储空间M*N*g(bit),称为图像的数据量 6.什么是灰度直方图？它有哪些应用？从灰度直方图你能获得图像的哪些信息？ 答：灰度直方图反映的是一幅图像中各灰度级像素出项的频率之间的关系。以灰度级为横坐标，纵坐标为灰度级的频率，绘制频率同灰度级的关系图就是灰度直方图。 应用：通过变换图像的灰度直方图可以，使图像更清晰，达到图像增强的目的。 获得的信息：灰度范围，灰度级的分布，整幅图像的平均亮度。但不能反映图像像素的位置。 2. 写出将具有双峰直方图的两个峰分别从23和155移到16和255的图像线性变换。 答：将a=23,b=155 ;c=16,d=255代入公式： 得 1，二维傅里叶变换有哪些性质？二维傅里叶变换的可分离性有何意义？ 周期性，线性，可分离性，比例性质，位移性质，对称性质，共轭对称性，差分，积分，卷积，能量。 意义：分离性表明：二维离散傅立叶变换和反变换可用两组一维离散傅立叶变换和反变换来完成。 8.何谓图像平滑？试述均值滤波的基本原理。 答：为了抑制噪声改善图像质量所进行的处理称图像平滑或去噪。 均值滤波是一种局部空间域处理的算法，就是对含有噪声的原始图像f(x,y)的每个像素点取一个领域S，计算S中所有像素的灰度级平均值，作为空间域平均处理后图像g(x,y)像素值。 9.何谓中值滤波？有何特点？ 答：中值滤波是对一个滑动窗口内的诸像素灰度值排序，用中值代替窗口中心像素的原来灰度值，它是一种非线性的图像平滑法。 它对脉冲干扰及椒盐噪声的的图像却不太合适。抑制效果好，在抑制随机噪声的同时能有效保护边缘少受模糊。但它对点、线等细节较多 6图像几何校正的一般包括哪两步？像素灰度内插有哪三种方法？各有何特点？ 答：1）建立失真图像和标准图像的函数关系式，根据函数关系进行几何校正。 2）最近邻插值，双线性插值，三次卷积法 3）最近邻插值：这种插值方法运算量小，但频域特性不好。 3、若f(1,1)=4，f(1,2)=7，f(2,1)=5，f(2,2)=6,分别按最近邻元法、双线性插值法确定点(1.2,1.6)的灰度值。 最近邻元法：点(1.2,1.6)离(1,2)最近,所以其灰度值为7.双线性法：f(i+u,j+v)=(1-u)(1-v)f(i,j)+(1-u)vf(i,j+1)+u(1-v)f(i+1,j)+uvf(i+1,j+1) 将i=1,j=1,u=0.2,v=0.6代入,求得：f(i+u,j+v)=5.76。四舍五入取整后，得该点其灰度值为6 电子科技大学网络教育考卷（A 卷）答案 一、名词解释（每题2分，共10分） 1. 一幅图像可定义为一个二维函数f(x,y)，这里x 和y 是空间坐标，而在任何一对空间坐标(x,y)上的幅值f 称为该点图像的强度或灰度。当x,y 和幅值f 为有限的、离散的数值时，称该图像为数字图像。 2. 对数变换是一种灰度变换方法，其一般表达式是s=clog(1+r)。其中c 是一个常数，并假设r≥0。此种变换使一窄带低灰度输入图像值映射为一宽带输出值。相对的是输入灰度的高调整值。可以利用这种变换来扩展被压缩的高值图像中的暗像素。 3. CMY 是一种颜色模型，常用于打印机。CMY 表示青、品红、黄，等量的颜料原色(青、品 红和黄色)可以产生黑色。实际上，为打印组合这些颜色产生的黑色是不纯的。因此，为 了产生真正的黑色(在打印中起主要作用的颜色)加入了第四种颜色——黑色，提出了 CMYK 彩色模型。 4. 空间分辨率是图像中可辨别的最小细节.涉及物理意义时可以用每单位距离可分辨的最 小线对数目，当不涉及物理意义时也可用图像的像素数目表示。 5. 令H 是一种算子，其输入和输出都是图像。如果对于任何两幅图像f 和g 及任何两个标 量a 和b 有如下关系，称H 为线性算子： 。 二、判断正误 × × × × √ 三、单项选择题 1、D 2、D 3、C 4、C 5、A 6、B 7、D 8、B 9、D 10、D 四、简答题 (每题5分，共10分) 1. 什么是直接逆滤波？这种方法有何缺点？如何改进？ 直接逆滤波方法是用退化函数除退化图像的傅里叶变换(G(u,v))来计算原始图像的傅里叶变换估计：? (,)(,)/(,)F u v G u v H u v =。但考虑到噪声的影响，我们即使知道退化函数，也不能准确地复原未退化的图像。 (,)(,)(,)?(,)(,)F u v H u v N u v F u v H u v += 因为N(u,v)是一个随机函数，而它的傅里叶变换未知。还有更糟的情况。如果退化是零或非常小的值，N(u,v)/H(u,v)之比很容易决定^ F (u,v)的估计值。—种解决退化是零或者很小值问题的途径是限制滤波的频率使其接近原点值。 2. 伪彩色图像处理(也称假彩色)是根据特定的准则对灰度值赋以彩色的处理。伪彩色的主要应用是为了人眼观察和解释一幅图像或序列图像中的灰度目标。人类可以辨别上千种颜色和强度，而相形之下只能辨别几十种灰度。 3、彩色模型(也称彩色空间或彩色系统)的用途是在某些标准下用通常可接受的方式简化彩色规范。本质上，彩色模型是坐标系统和子空间的规范。位于系统中的每种颜色都由单个点 数字图像处理每章课后题参考答案 第一章和第二章作业：1.简述数字图像处理的研究内容。 2.什么是图像工程？根据抽象程度和研究方法等的不同，图像工程可分为哪几个层次？每个层次包含哪些研究内容？ 3.列举并简述常用表色系。 1.简述数字图像处理的研究内容？ 答：数字图像处理的主要研究内容，根据其主要的处理流程与处理目标大致可以分为图像信息的描述、图像信息的处理、图像信息的分析、图像信息的编码以及图像信息的显示等几个方面， 将这几个方面展开，具体有以下的研究方向： 1.图像数字化， 2.图像增强， 3.图像几何变换， 4.图像恢复， 5.图像重建， 6.图像隐藏， 7.图像变换， 8.图像编码， 9.图像识别与理解。 2.什么是图像工程？根据抽象程度和研究方法等的不同，图像工程可分为哪几个层次？每个层次包含哪些研究内容？ 答：图像工程是一门系统地研究各种图像理论、技术和应用的新的交叉科学。 根据抽象程度、研究方法、操作对象和数据量等的不同，图像工程可分为三个层次：图像处理、图像分析、图像理解。 图像处理着重强调在图像之间进行的变换。比较狭义的图像处理主要满足对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果。图像处理主要在图像的像素级上进行处理，处理的数据量非常大。图像分析则主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，以获得它们的客观信息从而建立对图像的描述。图像分析处于中层，分割和特征提取把原来以像素描述的图像转变成比较简洁的非图形式描述。 图像理解的重点是进一步研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系，并得出对图像内容含义的理解以及对原来客观场景的解释，从而指导和规划行为。图像理解主要描述高层的操作，基本上根据较抽象地描述进行解析、判断、决策，其处理过程与方法与人类的思维推理有许多相似之处。 第三章图像基本概念 符号 ａ1 a2 a3 a4 a5 ａ6 概率 0、１ 0、4 0、０6 0、１ 0、04 0、3 解：霍夫曼编码: 原始信源 信源简化 符号 概率 1 2 3 4 a2 ０、4 0、4 ０、4 0、4 0、6 a ６ 0、３ ０、3 0、３ ０、３ ０、4 a １ ０、1 0、1 ０、2 0、3 a4 0、1 0、1 0、1 a ３ 0、06 ０、１ a5 0、04 霍夫曼化简后得信源编码： 从最小得信源开始一直到原始得信源 编码得平均长度： 压缩率： 冗余度: 1、 简述灰度分辨率、空间分辨率与图像质量得关系。： 空间分辨率就是瞧原图像转化为数字图像得像素点数，越多图像质量越高；灰度分辨率，即每一个像素点得灰度级数，灰度级越大，图像越清晰、 (0.4)(1)(0.3)(2)(0.1)3(0.1)(4)(0.06)(5)(0.04)(5) 2.2/avg L bit =+++++=（）符号 2、简述采样与量化得一般原则：空间坐标得离散化叫做空间采样, 而灰度得离散化叫做灰度量化。图像得空间分辨率主要由采样所决定，而图像得幅度分辨率主要由量化所决定。 3、图像锐化与图像平滑有何区别与联系?：图象锐化就是用于增强边缘，导致高频分量增强,会使图象清晰；图象平滑用于去噪，对图象高频分量即图象边缘会有影响。都属于图象增强，改善图象效果。 ４、伪彩色增强与假彩色增强有何异同点？: 伪彩色增强就是对一幅灰度图象经过三种变换得到三幅图象,进行彩色合成得到一幅彩色图像；假彩色增强则就是对一幅彩色图像进行处理得到与原图象不同得彩色图像;主要差异在于处理对象不同。 1、对于椒盐噪声,为什么中值滤波效果比均值滤波效果好?：均值滤波器就是一种最常用得线性低通平滑滤波器,可抑制图像中得加性噪声，但同时也使图像变得模糊;中值滤波器就是一种最常用得非线性平滑滤波器,可消除图像中孤立得噪声点,又可产生较少得模糊。一般情况下中值滤波得效果要比邻域平均处理得低通滤波效果好,主要特点就是滤波后图像中得轮廓比较清晰.因此,滤除图像中得椒盐噪声采用中值滤波。 2.什么就是区域？什么就是图像分割?:图像分割就就是把图像分成若干 个特定得、具有独特性质得区域并提出感兴趣目标得技术与过程。它就是由图像处理到图像分析得关键步骤. 3.写出颜色RGB模型转换到ＨIS模型得变换公式;并说明HSI模型各分 量得含义及取值范围对应得颜色信息。书上 4.灰度图像：当点足够小,观察距离足够远时,人眼就不容易分开各个小点， 从而得到比较连续，平滑得灰度图像. 5.GIF格式：GIＦ格式就是一种公用得图像文件格式，它就是8位文件格 式,所以最多只能存储25６色图像，不支持24位得真彩色图像.GＩF文件中得图像数据均经过压缩,采用得压缩算法就是改进得LZW算法，所提供得压缩率通常在1：1到1：3之间,当图像中有随机噪声时效果不好 6.图像直方图:一幅图得灰度统计直方图就是一个1-D得离散函数,即Ｐｆ (fk)=nk/ｎ，ｋ＝０、1、、、，L—１。可以设置一个有L个元素得数组，通过对不同灰度值像素个数得统计来获得图像得直方图。 7.中值滤波：它实现一种非线性得平滑滤波、１、将模板在图像中漫游， 并将模板中心与图像中某个像素位置重合.2、读取模板下各对应像素得 第二章 （2.1、2.2略） 2.4 图像逼真度就是描述被评价图像与标准图像的偏离程度。 图像的可懂度就是表示它能向人或机器提供信息的能力。 2.5 所以第一副图像中的目标人眼观察时会觉得更亮些。 第三章 3.1 解：（a ）??+-= y x dxdy vy ux j y x f v u F ,)](2exp[),(),(π （b ） 由（a ）的结果可得： 根据旋转不变性可得： （注：本题由不同方法得到的最终表达式可能有所不同，但通过变形可以互换） 3.2 证：作以下代换： ?? ?==θθ s i n c o s r y r x ，a r ≤≤0，πθ20≤≤ 利用Jacobi 变换式，有： 3.3 二维离散傅立叶变换对的矩阵表达式为 当4N =时 3.4 以3.3 题的DFT 矩阵表达式求下列数字图像的 DFT: 解：(1) 当N=4 时 (2) 3.5解： 3.6 解： 3.11 求下列离散图像信号的二维 DFT , DWT,DHT 解： （1） (2) 第四章 4.1阐述哈夫曼编码和香农编码方法的理论依据，并扼要证明之。 答：哈夫曼编码依据的是可变长度最佳编码定理：在变长编码中，对出现概率大的信息符号赋予短码字，而对出现概率小的信息符号赋予长码字。如果码字长度严格按照所对应符号出现概率大小逆序排列，则编码结果平均码字长度一定小于其它排列方式。 香农编码依据是：可变长度最佳编码的平均码字长度。 证明：变长最佳编码定理 课本88页，第1行到第12行 变长最佳编码的平均码字长度 课本88页，第14行到第22行 4.2设某一幅图像共有8个灰度级，各灰度级出现的概率分别为 数字图像处理习题集 1.图像的概念及分类； 2.决定图像质量的主要因素有哪些？ 3.图像可用数学函数I= f (x, y, z, λ, t)表示，请解释函数中各 参量的含义。 4.说明图像技术的层次，并叙述各层次的主要研究内容； 5.简述图像处理的主要目的及主要处理技术； 6.什么是彩色三要素，解释各要素的含义； 7.简述三基色原理； 8.简述RGB彩色模型及HIS彩色模型的概念及定义； 9.叙述数字图像采样及量化的概念，什么是图像的空间分辨率及灰度 分辨率，并说明空间分辨率及灰度分辨率的大小对图像质量的影响； 10.叙述灰度、颜色、色度、亮度、饱和度、层次、对比度、清晰度等 基本概念。 11.叙述像素、邻域等基本概念。 12.叙述BMP格式图像的文件存储结构。 13.说明数字图像每行所占字节数与图像宽度的关系； 14.叙述将一副数字图像缩小一半的图像处理运算方法； 15.叙述将一副数字图像放大k倍的图像处理运算方法，如果采用k×k 子块填充的放大运算方法，其缺点是什么，采用何种算法可以改善； 16.说明双线性插值法进行图像放大的基本算法； 17.说明有哪几种图像镜像的方式，并叙述各自的算法； 18.以据，请将该图像缩小为原图的2/3。 19.以据，请采用双线性差值法将该图像放大为 20.以的图像数据，请分别给出该图像的水平、垂直、对 。 21.图式如下， ???? ???????????????????=??????????11001''y x y d c x b a y x 请分别用该公式的形式表示出图像平移、镜像、旋转等的运算公式。 22. 列举代数运算的种类及各种代数运算的主要应用。 23. 说明图像加、减运算有哪些应用； 24. 简述直方图的概念； 25. 以下为一幅3位灰度图像的图像数据，请绘制出该图像的灰度直方 26. 叙作用。 27. 请编写一段C 语言程序，用于计算数字图像的直方图； 28. 请说明有那些常用的图像点运算算法。 29. 请说明对图像进行阈值变换有何应用； 30. 常用的线性变换有哪些种类； 31. 叙述常用的图像对比度增强方法，以及他们的优缺点。 32. 以下为一幅4位灰度图像的图像数据，请分别采用基本线性增强及 强运算。 33. 以数据，请对该幅图像进行直方图均 及计算结果。 34. 叙； 35. 简述图像噪声的概念； 36. 分别按照噪声产生原因、噪声频谱、噪声与信号的关系、概率密度 函数等方式对图像噪声进行分类； 1. 图像处理的主要方法分几大类 答：图字图像处理方法分为大两类：空间域处理（空域法）和变换域处理（频域法）。 空域法：直接对获取的数字图像进行处理。 频域法：对先对获取的数字图像进行正交变换，得到变换系数阵列，然后再进行处理，最后再逆变换到空 间域，得到图像的处理结果 2. 图像处理的主要内容是什么 答：图形数字化（图像获取）：把连续图像用一组数字表示，便于用计算机分析处理。图像变换：对图像进 行正交变换，以便进行处理。图像增强：对图像的某些特征进行强调或锐化而不增加图像的相关数据。图 像复原：去除图像中的噪声干扰和模糊，恢复图像的客观面目。图像编码：在满足一定的图形质量要求下 对图像进行编码，可以压缩表示图像的数据。图像分析：对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，从而获 得所需的客观信息。图像识别：找到图像的特征，以便进一步处理。图像理解：在图像分析的基础上得出 对图像内容含义的理解及解释，从而指导和规划行为。 3. 名词解释：灰度、像素、图像分辨率、图像深度、图像数据量。 答：像素：在卫星图像上，由卫星传感器记录下的最小的分立要素(有空间分量和谱分量两种)。通常，表 示图像的二维数组是连续的，将连续参数 x,y ，和 f 取离散值后，图像被分割成很多小的网格，每个网格 即为像素 图像分辨率：指对原始图像的采样分辨率，即图像水平或垂直方向单位长度上所包含的采样点 数。单位是“像素点/单位长度” 图像深度是指存储每个像素所用的位数,也用于量度图像的色彩分辨率.图像深度确定彩色图像的每个像素 可能有的颜色数,或者确定灰度图像的每个像素可能有的灰度级数.它决定了彩色图像中可出现的最多颜色 数,或灰度图像中的最大灰度等级（图像深度：位图图像中，各像素点的亮度或色彩信息用二进制数位来表 示，这一数据位的位数即为像素深度，也叫图像深度。图像深度越深，能够表现的颜色数量越多，图像的 色彩也越丰富。） 图像数据量：图像数据量是一幅图像的总像素点数目与每个像素点所需字节数的乘积。 4. , 5. 什么是采样与量化 答：扫描：按照一定的先后顺序对图像进行遍历的过程。采样：将空间上连续的图像变成离散点的操作。 采样过程即可看作将图像平面划分成网格的过程。量化：将采样得到的灰度值转换为离散的整数值。灰度 级：一幅图像中不同灰度值的个数。一般取0~255，即256个灰度级 5.说明图像函数 的各个参数的具体含义。 答：其中，x 、y 、z 是空间坐标，λ是波长，t 是时间，I 是像素点的强度。它表示活动的、彩色的、三维 的视频图像。对于静止图像，则与时间t 无关；对于单色图像，则波长λ为常数；对于平面图像，则与坐 标z 无关。 1.请解释马赫带效应，马赫带效应和同时对比度反映了什么共同的问题 答：马赫带效应：基于视觉系统有趋向于过高或过低估计不同亮度区域边界值的现象。同时对比度现象： 此现象表明人眼对某个区域感觉到的亮度不仅仅依赖它的强度，而与环境亮度有关 共同点： 它们都反映了人类视觉感知的主观亮度并不是物体表面照度的简单函数。 2. 色彩具有那几个基本属性描述这些基本属性的含义。 答：色彩是光的物理属性和人眼的视觉属性的综合反映。色彩具有三个基本属性：色调、饱和度和亮度 色调是与混合光谱中主要光波长相联系的（红绿蓝）饱和度表示颜色的深浅程度，与一定色调的纯度有关， 纯光谱色是完全饱和的，随着白光的加入饱和度逐渐减少。（如深红、浅红等）亮度与物体的反射率成正比。 颜色中掺入白色越多就越明亮，掺入黑色越多亮度越小。 { 3.什么是视觉的空间频率特性什么是视觉的时间特性 答：视觉的空间频率特性：空间频率是指视像空间变化的快慢。明亮的图像（清晰明快的画面）意味着有 ),,,,(t z y x f I λ= 关于数字图像处理的理论基础及常用处理方法 数字图像处理(DigitalImageProcessing)是通过计算机对图像进行去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术。数字图像处理的产生和迅速发展主要受三个因素的影响:一是计算机的发展;二是数学的发展(特别是离散数学理论的创立和完善);三是广泛的农牧业、林业、环境、军事、工业和医学等方面的应用需求的增长。 摘要：本文介绍了数字信号处理的起源、发展，并简要概述了数字图像处理所研究的内容和处理数字图像的几大模块。同时，也大致介绍了常用的处理数字图像的方法。最后展望了数字图像处理的发展前景。 Abstract: This paper describes the origin of digital image processing, development, and a brief overview of digital image processing of the content and process digital images of several modules. Also a broad overview of the commonly used method of processing digital images. Finally, looking ahead the future prospects for the development of digital image processing. 关键词：数字图像处理（Digital Image Processing）；理论基础；处理方法 一、数字图像处理的起源及发展 数字图像处理（Digital Image Processing）又称为计算机图像处理，它是指将图像信号转换成数字信号并利用计算机对其进行处理的过程。 数字图像处理最早出现于20世纪50年代，当时的电子计算机已经发展到一定水平，人们开始利用计算机来处理图形和图像信息。但是50年代的计算机主要还是用于数值计算，满足不了处理大量数据图像的要求。 数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。伴随着第三代计算机的研制成功，以及快速傅里叶变换算法的的发现和应用使得对图像的某些计算得以实际实践。 早期的图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。在70年代图像技术有了长足进展，80年代，硬件的发展使得人们不仅能处理2-D图像而且能处理3-D图像，许多能获取3-D图像的设备和处理分析3-D图像的系统研制成功，图像技术得到广泛应用。 二、数字图像处理的研究内容 数字图象处理，就是采用计算机对图象进行信息加工。图象处理的主要内容有：图像的采集、增强、复原、变换、编码、重建、分割、配准、嵌拼、融合、特征提取、模式识别和图象理解。 对图像进行处理(或加工、分析)的主要目的有三个方面： 数字图像处理 一、填空题（每题1分，共15分) 1、列举数字图像处理的三个应用领域 医学 、天文学 、 军事 ２、存储一幅大小为10241024?,２５６个灰度级的图像,需要 8M bit 。 3、亮度鉴别实验表明,韦伯比越大，则亮度鉴别能力越 差 。 4、直方图均衡化适用于增强直方图呈 尖峰 分布的图像。 5、依据图像的保真度，图像压缩可分为 无损压缩 和 有损压缩 6、图像压缩是建立在图像存在 编码冗余 、 像素间冗余 、 心理视觉冗余 三种冗余基础上。 7、对于彩色图像,通常用以区别颜色的特性是 色调 、 饱和度 亮度 。 8、对于拉普拉斯算子运算过程中图像出现负值的情况，写出一种标定方法: min max min ((,))*255/()g x y g g g -- 二、选择题(每题2分，共20分) 1、采用幂次变换进行灰度变换时,当幂次取大于１时,该变换是针对如下哪一类 图像进行增强。（ B ） Ａ 图像整体偏暗 B 图像整体偏亮 C 图像细节淹没在暗背景中 D 图像同时存在过亮和过暗背景 2、图像灰度方差说明了图像哪一个属性。（ B ) A 平均灰度 B 图像对比度 C 图像整体亮度 D 图像细节 3、计算机显示器主要采用哪一种彩色模型（ Ａ ） A 、RG B B 、CMY 或 C ＭＹK Ｃ、H ＳI D 、HSV 4、采用模板［-1 １]Ｔ主要检测( A ）方向的边缘。 A.水平 B ．45? C ．垂直 D.135? ５、下列算法中属于图象锐化处理的是:( C ） Ａ.低通滤波 B.加权平均法 C.高通滤波 D ． 中值滤波 6、维纳滤波器通常用于（ Ｃ ） A 、去噪 B 、减小图像动态范围 C 、复原图像 D 、平滑图像 7、彩色图像增强时， C 处理可以采用RGB 彩色模型。 A. 直方图均衡化 B. 同态滤波 C. 加权均值滤波 D. 中值滤波 ８、_＿B__滤波器在对图像复原过程中需要计算噪声功率谱和图像功率谱。 A. 逆滤波 B. 维纳滤波 C. 约束最小二乘滤波 Ｄ. 同态滤 一、图像的预处理技术 图像处理按输入结果可以分为两类，即输入输出都是一副图像和输入一张图像输出不再是图像的数据。图像处理是个很广泛的概念，有时候我们仅仅需要对一幅图像做一些简单的处理，即按照我们的需求将它加工称我们想要得效果的图像，比如图像的降噪和增强、灰度变换等等。更多时候我们想要从一幅图像中获取更高级的结果，比如图像中的目标检测与识别。如果我们将输出图像中更高级的结果视为目的的话，那么我们可以把输入输出都是一幅图像看作是整个处理流程中的预处理。下面我们将谈到一些重要的预处理技术。 （一）图像增强与去噪 图像的增强是一个主观的结果，原来的图像按照我们的需求被处理成我们想要的效果，比如说模糊、锐化、灰度变换等等。图像的去噪则是尽可能让图像恢复到被噪声污染前的样子。衡量标准是可以度量的。不管是图像的增强与去噪，都是基于滤波操作的。 1．滤波器的设计方法 滤波操作是图像处理的一个基本操作，滤波又可分为空间滤波和频域滤波。空间滤波是用一个空间模板在图像每个像素点处进行卷积，卷积的结果就是滤波后的图像。频域滤波则是在频率域看待一幅图像，使用快速傅里叶变换将图像变换到频域，得到图像的频谱。我们可以在频域用函数来保留或减弱/去除相应频率分量，再变换回空间域，得到频域滤波的结果。而空间滤波和频域滤波有着一定的联系。频域滤波也可以指导空间模板的设计，卷积定理是二者连接的桥梁。 （1）频域滤波 使用二维离散傅里叶变换（DFT ）变换到频域： ∑∑-=+--==10)//(210),(),(N y N vy M ux i M x e y x f v u F π 使用二维离散傅里叶反变换（IDFT ）变换到空间域： ∑∑-=-=+=1010)//(2),(1),(M u N v N vy M ux i e v u F MN y x f π 在实际应用中，由于该过程时间复杂度过高，会使用快速傅里叶变换（FFT ）来加速这个过程。现在我们可以在频域的角度看待这些图像了。必须了解的是，图像中的细节即灰度变化剧烈的地方对应着高频分量，图像中平坦变化较少的地方对应着低频分量。图像中的周期性图案/噪声对应着某一个频率区域，那么在频域使用合适的滤波器就能去除相应的频率分量，再使用傅里叶反变换就能看到实际想要的结果。 不同的是，在频域的滤波器不再是做卷积，而是做乘积，因为做乘法的目的在于控制频率分量。比较有代表性的有如下几个滤波器： 高斯低通滤波器 222/),(),(σv u D e v u H -= D 是距离频率矩形中心的距离。该滤波器能保留低频分量，逐渐减小高频分量，对原图像具有模糊作用。 一、填空题（每空1分，共20分） 1、在计算机中，按颜色和灰度的多少可以将图像分为二值图像、灰度图像、 索引图像、真彩色RGP图像四种类型。 1024?，256个灰度级的图像，需 2、存储一幅大小为1024 要8M bit。 3、直方图均衡化适用于增强直方图呈尖峰分布的图像。 4、依据图像的保真度，图像压缩可分为有损压缩和无损压缩 5、图像压缩是建立在图像存在编码荣誉、像素间冗余、心理素质冗余三种冗 余基础上。 6、对于彩色图像，通常用以区别颜色的特性是、、。 7、对于拉普拉斯算子运算过程中图像出现负值的情况，写出一种标定方 法：。 8、图像处理技术主要包括图像的、、等技术。 9、在RGB彩色空间的原点上，三个基色均没有，即原点为色。 二、选择题（每题2分，共20分） 1、下列算法中属于点处理的是： A.梯度锐化 B.二值化 C.傅立叶变换 D.中值滤波 2、图像灰度方差说明了图像哪一个属性。（） A.平均灰度 B.图像对比度 C.图像整体亮度 D.图像细节 3、计算机显示器主要采用哪一种彩色模型（） A.RGB B.CMY或CMYK C.HSI D.HSV 4、采用模板［-1 1］T主要检测（）方向的边缘。 A.水平 B.45? C.垂直 D.135? 5、下列算法中属于图象锐化处理的是：( ) A.低通滤波 B.加权平均法 C.高通滤波 D. 中值滤波 6、维纳滤波器通常用于（） A.去噪 B.减小图像动态范围 C.复原图像 D.平滑图像 7、彩色图像增强时，处理可以采用RGB彩色模型。 A. 直方图均衡化 B. 同态滤波 C. 加权均值滤波 D. 中值滤波 8、____滤波器在对图像复原过程中需要计算噪声功率谱和图像功率谱。 A. 逆滤波 B. 维纳滤波 1. 图像处理的主要方法分几大类? 答：图字图像处理方法分为大两类：空间域处理（空域法）和变换域处理（频域法）。 空域法：直接对获取的数字图像进行处理。 频域法：对先对获取的数字图像进行正交变换，得到变换系数阵列，然后再进行处理，最后再逆变换到空 间域，得到图像的处理结果 2. 图像处理的主要内容是什么? 答：图形数字化（图像获取）：把连续图像用一组数字表示，便于用计算机分析处理。图像变换：对图像进 行正交变换，以便进行处理。图像增强：对图像的某些特征进行强调或锐化而不增加图像的相关数据。图 像复原：去除图像中的噪声干扰和模糊，恢复图像的客观面目。图像编码：在满足一定的图形质量要求下 对图像进行编码，可以压缩表示图像的数据。图像分析：对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，从而获 得所需的客观信息。图像识别：找到图像的特征，以便进一步处理。图像理解：在图像分析的基础上得出 对图像内容含义的理解及解释，从而指导和规划行为。 3. 名词解释：灰度、像素、图像分辨率、图像深度、图像数据量。 答：像素：在卫星图像上，由卫星传感器记录下的最小的分立要素(有空间分量和谱分量两种)。通常，表示 图像的二维数组是连续的，将连续参数 x,y ，和 f 取离散值后，图像被分割成很多小的网格，每个网格即 为像素 图像分辨率：指对原始图像的采样分辨率，即图像水平或垂直方向单位长度上所包含的采样点数。 单位是“像素点/单位长度” 图像深度是指存储每个像素所用的位数,也用于量度图像的色彩分辨率.图像深度确定彩色图像的每个像素 可能有的颜色数,或者确定灰度图像的每个像素可能有的灰度级数.它决定了彩色图像中可出现的最多颜色 数,或灰度图像中的最大灰度等级（图像深度：位图图像中，各像素点的亮度或色彩信息用二进制数位来表 示，这一数据位的位数即为像素深度，也叫图像深度。图像深度越深，能够表现的颜色数量越多，图像的 色彩也越丰富。） 图像数据量：图像数据量是一幅图像的总像素点数目与每个像素点所需字节数的乘积。 4. 什么是采样与量化？ 答：扫描：按照一定的先后顺序对图像进行遍历的过程。采样：将空间上连续的图像变成离散点的操作。 采样过程即可看作将图像平面划分成网格的过程。量化：将采样得到的灰度值转换为离散的整数值。灰度 级：一幅图像中不同灰度值的个数。一般取0~255，即256个灰度级 5.说明图像函数 的各个参数的具体含义。 答：其中，x 、y 、z 是空间坐标，λ是波长，t 是时间，I 是像素点的强度。它表示活动的、彩色的、三维的 视频图像。对于静止图像，则与时间t 无关；对于单色图像，则波长λ为常数；对于平面图像，则与坐标z 无关。 1.请解释马赫带效应，马赫带效应和同时对比度反映了什么共同的问题? 答：马赫带效应：基于视觉系统有趋向于过高或过低估计不同亮度区域边界值的现象。同时对比度现象： 此现象表明人眼对某个区域感觉到的亮度不仅仅依赖它的强度，而与环境亮度有关 共同点： 它们都反映了人类视觉感知的主观亮度并不是物体表面照度的简单函数。 2. 色彩具有那几个基本属性？描述这些基本属性的含义。 答：色彩是光的物理属性和人眼的视觉属性的综合反映。色彩具有三个基本属性：色调、饱和度和亮度 色调是与混合光谱中主要光波长相联系的（红绿蓝）饱和度表示颜色的深浅程度，与一定色调的纯度有关， 纯光谱色是完全饱和的，随着白光的加入饱和度逐渐减少。（如深红、浅红等）亮度与物体的反射率成正比。 颜色中掺入白色越多就越明亮，掺入黑色越多亮度越小。 3.什么是视觉的空间频率特性？什么是视觉的时间特性？ 答：视觉的空间频率特性：空间频率是指视像空间变化的快慢。明亮的图像（清晰明快的画面）意味着有 大量的高频空间成分；模糊的图像只有低频空间成分。视觉的时间特性：使视觉图像建立起来是需要时间 的，而视觉图像建立起来之后，即使把目标图像拿走，视觉反应也要持续一段时间。因此而产生视觉的运 ),,,,(t z y x f I λ =数字图像处理课后参考答案
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