第4章 图像信息处理技术

《数字图像处理》习题参考答案第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。

]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，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。

$图数字图像处理系统结构图1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。

4.16 证明连续和离散二维傅里叶变换都是平移和旋转不变的。

首先列出平移和旋转性质：002(//)00(,)(,)j u x M v y N f x y e F u u v v π+⇔-- (4.6-3) 002(//)00(,)(,)j x r M y v N f x x y y F u v e π-+--⇔ (4.6-4)旋转性质：cos ,sin ,cos ,sin x r y r u v θθωϕωϕ====00(,)(,)f r F θθωϕϕ+⇔+ (4.6-5) 证明：由式(4.5-15)得：由式(4.5-16)得：依次类推证明其它项。

4.17 由习题4.3可以推出1(,)u v δ⇔和(,)1t z δ⇔。

使用前一个性质和表4.3中的平移性质证明连续函数00(,)cos(22)f t z A u t v z ππ=+的傅里叶变换是0000(,)[(,)(,)]2AF u v u u v v u u v v δδ=+++-- 证明：000000002()2()002()2()2()2()2()2()2((,)(,)cos(22)[]222j ut vz j ut vz j u t v z j u t v z j ut vz j u t v z j u t v z j ut vz j u F u v f t z e dtdzA u t v z e dtdzA e e e dtdzA A e e dtdz e e πππππππππππ∞∞-+-∞-∞∞∞-+-∞-∞∞∞+-+-+-∞-∞∞∞+-+-+--∞-∞==+=+=+⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰⎰)00000000(,)(,)22[(,)(,)]2t vz dtdz A Au u v v u u v v Au u v v u u v v δδδδ∞∞+-∞-∞=--+++=--+++⎰⎰ 4.18 证明离散函数(,)1f x y =的DFT 是1,0{1}(,)0,u v u v δ==⎧ℑ==⎨⎩其它证明：离散傅里叶变换112(//)00(,)(,)M N j ux M vy N x y F u v f x y e π---+===∑∑112(//)00112(//)00{1}M N j ux M vy N x y M N j ux M vy N x y e e ππ---+==---+==ℑ==∑∑∑∑如果0u v ==，{1}1ℑ=，否则：1100{1}{cos[2(//)]sin[2(//)]}M N x y ux M vy N j ux M vy N ππ--==ℑ=+-+∑∑考虑实部，1100{1}cos[2(//)]M N x y ux M vy N π--==ℑ=+∑∑，cos[2(//)]ux M vy N π+的值介于[-1, 1]，可以想象，1100{1}cos[2(//)]0M N x y ux M vy N π--==ℑ=+=∑∑，虚部相同，所以1,0{1}(,)0,u v u v δ==⎧ℑ==⎨⎩其它4.19 证明离散函数00cos(22)u x v y ππ+的DFT 是00001(,)[(,)(,)]2F u v u Mu v Nv u Mu v Nv δδ=+++--证明：000000112(//)00112(//)0000112()2()2(//)00112()2(//)00(,)(,)cos(22)1[]21{2M N j ux M vy N x y M N j ux M vy N x y M N j u x v y j u x v y j ux M vy N x y M N j u x v y j ux M vy N x y F u v f x y e u x v y e e e e e e πππππππππ---+==---+==--+-+-+==--+-+====+=+=∑∑∑∑∑∑∑∑000000112()2(//)0011112(//)2(//)2(//)2(//)00000000}1{}21[(,)(,)]2M N j u x v y j ux M vy N x y M N M N j Mu x M Nv y N j Mu x M Nv y N j ux M vy N j ux M vy N x y x y e e e e e e u Mu v Nv u Mu v Nv ππππππδδ---+-+==----+-+-+-+====+=+=+++--∑∑∑∑∑∑4.20 下列问题与表4.1中的性质有关。

图形图像信息处理技术《多媒体技术与应用立体化教程￿》第￿三￿章三.一图形图像基础知识三.二　Photoshop CS六基本操作三.四　编辑图像三.三　选择图像三.五　图层地使用三.六　通道地使用三.七　路径地使用三.八　滤镜特效u内容提要u图形图像基础知识u Photoshop￿CS六￿基本操作u选择与编辑图像u图层,通道,路径地使用u滤镜特效制作￿￿￿￿￿￿￿￿图形与图像是多媒体技术地重要组成部分,也是们非常容易接受地信息媒体。

常言道,"百闻不如一见",这说明图形与图像是信息量极丰富地媒体。

一幅图画可以形象,生动,直观地表现大量地信息,具有文本与声音所不能比拟地优点。

因此在多媒体应用系统,灵活地使用图形与图像,可以达到事半功倍地效果。

￿三.一.一　声音媒体￿￿￿￿￿￿￿们对颜色感觉地形成有￿四￿个要素,即光源,物体,眼睛,大脑。

这￿四￿个要素也是能正确判断色彩地条件。

￿￿￿￿￿￿￿￿色彩是视觉系统对可见光地感知结果。

￿从物理学上讲:￿可见光是指波长在三八零nm￿～￿七八零nm￿之间地电磁波。

在这段可见光谱内,不同波长地光会引起们不同地色彩感觉。

在光谱将不能再分解地色光称为单色光（如红,绿,蓝光）,将由单色光混合而成地光称为复色光（如白光）。

￿￿￿￿￿￿￿实际上,自然界绝大多数地光源色都是由红（Red）,绿（Green）,蓝（Blue）三原色混合组成地。

把红,绿,蓝三束单色光投射到白色地屏幕上相互叠加,可以看到:红￿+￿绿￿=￿黄,红￿+￿蓝￿=￿品红,绿￿+￿蓝￿=￿青,红￿+￿绿￿+￿蓝￿=￿白。

这里"+"表示光地混合,"="表示左,右两边颜色与亮度一致,如图￿三.一￿所示。

￿图 三.一￿￿￿￿￿￿￿这种经过颜色混合相加产生新颜色地方法被称为加色法。

们常常将红,绿,蓝称为色光三原色。

从生理学上讲:眼地视网膜上存在着￿三￿种不同类型地锥体细胞,它们分别对红,绿,蓝有很高地灵敏度,物体地反射光入眼以后,在￿三￿种锥体细胞地作用下,产生不同颜色地光感。

医学图像处理教案第一章：医学图像处理概述1.1 医学图像的类型与来源1.2 医学图像处理的重要性1.3 医学图像处理的基本流程1.4 医学图像处理的发展趋势第二章：医学图像处理基本原理2.1 图像数字化2.2 图像增强2.3 图像复原2.4 图像分割2.5 特征提取与表示第三章：医学图像处理方法3.1 灰度处理方法3.2 彩色处理方法3.3 形态学处理方法3.4 滤波处理方法3.5 机器学习与深度学习方法第四章：医学图像分析与应用4.1 医学图像分析概述4.2 医学图像配准4.3 医学图像重建4.4 医学图像分割在临床应用中的实例4.5 医学图像处理在科研中的应用第五章：医学图像处理软件与工具5.1 医学图像处理软件概述5.2 Photoshop医学图像处理应用实例5.3 MATLAB医学图像处理工具箱5.4 ITK医学图像处理软件库5.5 医学图像处理与分析在实际应用中的选择策略第六章：医学图像的预处理6.1 图像标准化6.2 图像归一化6.3 图像配准6.4 图像滤波6.5 图像预处理在医学图像分析中的应用第七章：图像增强技术7.1 图像增强的目的与方法7.2 直方图均衡化7.3 对比度增强7.4 锐化技术7.5 伪彩色增强7.6 图像增强算法的评估第八章：图像复原技术8.1 图像退化的模型8.2 线性滤波器8.3 非线性滤波器8.4 图像去噪8.5 图像去模糊8.6 图像复原技术的应用实例第九章：图像分割技术9.1 阈值分割9.2 区域增长9.3 边缘检测9.4 基于梯度的分割方法9.5 聚类分割9.6 图像分割的评价指标第十章：特征提取与表示10.1 特征提取的重要性10.2 基于几何的特征提取10.3 基于纹理的特征提取10.4 基于形状的特征提取10.5 特征选择与降维10.6 特征表示技术第十一章：医学图像配准技术11.1 图像配准的概念与意义11.2 基于互信息的图像配准11.3 基于特征的图像配准11.4 基于变换模型的图像配准11.5 医学图像配准的应用实例11.6 图像配准技术的评估与优化第十二章：医学图像重建技术12.1 图像重建的基本原理12.2 计算机断层扫描（CT）图像重建12.3 磁共振成像（MRI）图像重建12.4 正电子发射断层扫描（PET）图像重建12.5 单光子发射计算机断层扫描（SPECT）图像重建12.6 医学图像重建技术的应用与挑战第十三章：医学图像分割在临床应用中的实例分析13.1 胸部X光图像分割13.2 磁共振成像（MRI）脑部图像分割13.3 超声图像分割在腹部器官检测中的应用13.4 计算机断层扫描（CT）图像分割在肿瘤诊断中的应用13.5 医学图像分割在手术规划与导航中的应用第十四章：医学图像处理在科研中的应用案例分析14.1 医学图像处理在生物医学研究中的应用14.2 医学图像处理在药理学研究中的应用14.3 医学图像处理在神经科学研究中的应用14.4 医学图像处理在心脏病学研究中的应用14.5 医学图像处理在其他领域的研究应用第十五章：医学图像处理与分析的未来趋势15.1 与机器学习在医学图像处理中的应用15.2 深度学习技术在医学图像诊断与分析中的应用15.3 增强现实（AR）与虚拟现实（VR）在医学图像教学与培训中的应用15.4 云计算与大数据在医学图像处理与分析中的挑战与机遇15.5 跨学科研究与国际合作在医学图像处理领域的进展重点和难点解析重点：1. 医学图像的类型与来源，及其在医疗领域的重要性。

《多媒体信息处理技术》教学大纲一、课程基本信息课程名称：多媒体信息处理技术课程性质：专业必修先修课程：计算机应用基础适用专业：计算机信息管理、软件技术开课学期：第2学期学时：54学时学分：3学分二、课程的性质和任务《多媒体信息处理技术》课程是广东理工职业学院计算机信息管理专业与软件技术专业的一门专业必修课。

主要任务是介绍多媒体技术的基本概念、硬件环境，多媒体音频、图像、视频、动画制作技术及多媒体作品的设计与制作。

三、相关课程的衔接学习该课程前要求学生对计算机系统的构成和Windows操作界面的使用有所了解，多媒体信息音频、图像、视频、动画制作技术应用于计算机辅助教育，为其他专业课程做辅助。

四、教学方法与重点、难点教学方法：理论+课内实践重点和难点：第3章多媒体音频技术、第4章多媒体图像处理技术、第5章多媒体视频处理技术、第6章多媒体动画制作技术、第7章多媒体作品的设计与制作五、建议学时分配以表格方式表现各章节的学时分配，表格如下：六、课程考核本课采用闭卷上机操作考试，时间120分钟。

平时成绩占总评成绩的50%，期末成绩占总评成绩的50%。

七、教材及主要参考书教材：《多媒体技术与应用教程》雷运发主编，清华大学出版社，2019年9月第1版。

参考书：《Adobe Audition2.0经典教程》美国Adobe公司著，人民邮电出版社，2019年9月第1版《计算机图像处理技术—Adobe Photoshop CS2》汪可、张明真主编，高等教育出版社，2019年1月第1版《精通Authorware 7.0》张远龙王兢等编著，中国科学技术出版社，2019年4月第1版、《Adobe Premiere Pro CS3经典教程》美国Adobe公司著，人民邮电出版社，2019年9月第1版八、教学内容以“章节”为单位说明本章节的教学内容、教学基本要求和重点、难点，各章节格式如下：第一章多媒体的基本概念1、教学内容●多媒体的基本概念●多媒体相关技术简介●多媒体技术的发展与应用2、教学基本要求●了解媒体、多媒体的定义以及媒体的分类；●了解多媒体的相关技术（如压缩技术、音视频技术等）及其应用；●掌握多媒体的特征和多媒体系统的构成；●了解多媒体的发展历史及其发展趋势。

第四章 图像增强1. 图像增强的目的是什么？它包含哪些内容？图像增强的目的在于：1.采用一系列技术改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度；2.将图像转换成一种更适合于人或机器进行分析处理的形式。

2. 直方图修正有哪两种方法？二者有何主要区别与联系？直方图修正方法通常有直方图均衡化及直方图规定化两类。

区别与联系：直方图均衡化是通过对原图像进行某种变换使原图像的灰度直方图修正为均匀的直方图的。

直方图规定化是使原图像灰度直方图变成规定形状的直方图而对直方图做出修正的增强方法。

在做直方图规定化时首先要将原始图像作均衡化处理。

直方图均衡化是直方图规定化的一个特例，而规定化是对均衡化的一种有效拓展。

3.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空间域点运算 局部运算灰度变换直方图修正法局部统计法均衡化规定化图像平滑图像锐化频率域高通滤波低通滤波同态滤波增强彩色增强伪彩色增强彩色图像增强常规处理假彩色增强彩色平衡彩色变换增强代数运算图像增强函数？什么情况下采用直方图均衡法增强图像？T(r)为变换函数，应满足下列条件：（1）在0 ≤r ≤1内为单调递增函数；（2）在0≤r ≤1内，有0≤T(r)≤1。

s=T(r)=∫ p r (r)dr 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。

4. 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。

5. 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。