数字图像处理第六章线性系统
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《数字图像处理》试卷答案(2009级)一、名词解释(每题4分,共20分)1.灰度直方图:灰度直方图(histogram)是灰度级的函数,它表示图象中具有每种灰度级的象素的个数,反映图象中每种灰度出现的频率。
它是多种空间域处理技术的基础。
直方图操作能够有效用于图像增强;提供有用的图像统计资料,其在软件中易于计算,适用于商用硬件设备。
灰度直方图性质:1)表征了图像的一维信息。
只反映图像中像素不同灰度值出现的次数(或频数)而未反映像素所在位置。
2)与图像之间的关系是多对一的映射关系。
一幅图像唯一确定出与之对应的直方图,但不同图像可能有相同的直方图。
3)子图直方图之和为整图的直方图。
2.线性移不变系统:一个系统,如果满足线性叠加原理,则称为线性系统,用数学语言可作如下描述:对于,若T[a+b]=aT[]+bT[]=a+b(2.15)则系统T[·]是线性的。
这里,、分别是系统输入,、分别是系统输出。
T[·]表示系统变换,描述了输入输出序列关系,反映出系统特征。
对T[·]加上不同的约束条件,可定义不同的系统。
一个系统,如果系统特征T[·]不受输入序列移位(序列到来的早晚)的影响,则系统称为移不变系统。
由于很多情况下序号对应于时间的顺序,这时也把“移不变”说成是“时不变”。
用数学式表示:对于y(n)= T[x(n)] 若y(n-)=T[x(n-)] (2.16)则系统是移不变的。
既满足线性,又满足移不变条件的系统是线性移不变系统。
这是一种最常用、也最容易理论分析的系统。
这里约定:此后如不加说明,所说的系统均指线性移不变/时不变系统,简称LSI/LTI系统。
3.图像分割:为后续工作有效进行而将图像划分为若干个有意义的区域的技术称为图像分割(Image Segmentation)而目前广为人们所接受的是通过集合所进行的定义:令集合R代表整个图像区域,对R的图像分割可以看做是将R分成N个满足以下条件的非空子集R1,R2,R3,…,RN;(1)在分割结果中,每个区域的像素有着相同的特性(2)在分割结果中,不同子区域具有不同的特性,并且它们没有公共特性(3)分割的所有子区域的并集就是原来的图像(4)各个子集是连通的区域4.数字图像处理: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1.图像量化时,如果量化级比较小时会出现什么现象?为什么?答:当实际场景中存在如天空、白色墙面、人脸等灰度变化比较平缓的区域时,采用比较低的量化级数,则这类图像会在画面上产生伪轮廓(即原始场景中不存在的轮廓)。
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。
1.欧氏距离:坐标分别位于(x,y)和(u,v)处的像素p和像素q之间的欧氏距离定义为:D e(p,q)=(x−u)2+(y−u)212。
2.街区距离:坐标分别位于(x,y)和(u,v)处的像素p和像素q之间的街区距离定义为:D4p,q=x−u+y−v。
3.棋盘距离:坐标分别位于(x,y)和(u,v)处的像素p和像素q之间的街区距离定义为:D8p,q=man(x−u,y−v)。
4.灰度数字图像有什么特点?答:灰度数字图像的特点是只有灰度(亮度)属性,没有彩色属性。
对于灰度级为L的图像,起灰度取值范围为[0,L-1].5.一副200×300的二值图像、16灰度级图像和256灰度级图像分别需要多少存储空间?答:由于存储一副M×N的灰度级为L 的数字图像所需的位数为:M ×N×L,其中L=2k。
二值图像,16灰度级图像和256灰度级图像的k值分别为1、4和8,也即存储一个像素需要的位数分别为1位、4位和8位。
所以,一副200×300的二值图像所需的存储空间为200×300×1/8=7.5kB;一副200×300的16灰度级图像所需的存储空间为200×300×4/8=30kB;一副200×300的256灰度级的图像所需的存储空间为200×300×8/8=60kB。
6.简述采样数变化对图像视觉效果的影响。
答:在对某景物的连续图像进行均匀采样时,在空间分辨率(这里指线对宽度)不变的情况下,采样数越少,即采样密度越低,得到的数字图像阵列M×N越小,也即数字图像尺寸就越小。
反之,采样数越多,即采样密度越高,得到的数字图像阵列M×N 越大,也即数字图像的尺寸就越大。
7.简述灰度级分辨率变化对图像视觉效果的影响。
答:灰度级分辨率是指在灰度级别克分辨的最小变化。
灰度级别越大,也即图像的灰度级分辨率越高,景物图像总共反映其亮度的细节就越丰富,图像质量也就越高。