数字图像处理期末复习总结题库

数字图像处理知识总结

1、基本概念解释

（1）图像

图像是对客观对象的一种相似性、生动性的一种描述或写真

（2）数字图像

数字图像是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

（3）数字图像处理学

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，是研究图像的获取、传输、存储、变换、显示、理解与综合利用的一门学科

（4）图像对比度与图像相对对比度

图像对比度指的是一幅图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，即指一幅图像灰度反差的大小（图像中最大亮度与最小亮度之比）

图像相对对比度是最大亮度与最小亮度之差同最小亮度之比

（5）图像数字化

图像数字化是将一幅画面转换成计算机能处理的形式——数字图像的过程

（6）采样与量化

将空间上连续的图像变换成离散的操作称为采样

将像素灰度级转换成离散的整数值的过程叫量化

（7）局部处理与点处理

在对输入图像进行处理时，计算某一输出像素𝐽𝑃(𝑖,𝑗)值由输入图像𝐼𝑃(𝑖,𝑗)像素的小邻域𝑁[𝐼𝑃(𝑖,𝑗)]中的像素值确定，这样的处理称为局部处理

在局部处理中，当输出值𝐽𝑃(𝑖,𝑗)仅与𝐼𝑃(𝑖,𝑗)像素灰度有关的处理称为点处理

（8）特征向量与特征空间

把从图像提取的𝑚个特征量𝑦1，𝑦2,···，𝑦𝑚用m维的向量Y=[𝑦1，𝑦2,···，𝑦𝑚]表示称为特征向量

由各特征构成的m维空间叫做特征空间

（9）空间域图像

通常称傅立叶变换前变量变化的空间为空间域

（10）频率域图像 通常称傅立叶变换后变量变化的空间为频率域

（11）点处理

在局部处理中，当输出值𝐽𝑃(𝑖,𝑗)仅与𝐼𝑃(𝑖,𝑗)像素灰度有关的处理称为点处理

（12）局部处理

在对输入图像进行处理时，计算某一输出像素𝐽𝑃(𝑖,𝑗)值由输入图像𝐼𝑃(𝑖,𝑗)像素的小邻域𝑁[𝐼𝑃(𝑖,𝑗)]中的像素值确定，这样的处理称为局部处理

（13）空间低通滤波

空间低通滤波法是应用模板卷积方法对图像每一像素进行局部处理。

（14）中值滤波

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灰度值的滤波的方法。

（15）伪彩色增强

伪彩色增强是把一幅灰度图像的各个不同灰度级按照线性或非线性的映射函数变换成不同的颜色，得到一幅彩色图像的技术

（16）𝐻𝑆𝐼正变换

把彩色的𝑅、𝐺、𝐵变换成明度(𝐼)、色别(𝐻)、饱和度(𝑆)，称为𝐻𝐼𝑆正变换

（17）几何变换

调整图像像素的空间位置关系

（18）同名像素

同名像素是可以将像素视为整个图像中不可分割的单位或者是元素

（19）几何校正

将存在几何失真的图像校正成无几何失真的图像

（20）图像分割

图像分割是指把图像分成互为不重叠的区域并提取出感兴趣目标的技术

（21）特征空间聚类

根据提取的特征值将一组目标划分到各类中的技术将图像空间中的像素用对应的特征空间点表示，根据他们在特殊空间的聚集性对特征空间进行分割，然后将它们映射回原图像空间，得到分割的结果

（22）连接成分、单连接成分、多重连接成分

在二值图像中，把相互连接的像素的几何汇集为一组，于是具有若干个0值得像素（0像素）和具有若干个1值的像素（1像素）的组就产生了，把这些组叫做连接成分 不包含孔的1值像素连接成分叫做单连接成分

含有孔的1值连接成分叫做多重连接成分

（23）二值图像的欧拉数

在二值图像中，1像素连接成分数C减去孔数H的差值叫做这幅图像的欧拉数

（24）1连接成分的欧拉数

对于1个1像素连接成分，1减去这个连接成分中所包含的孔数的差值叫做这个1像素连接成分的欧拉数

2、简述：

（1）数字图像处理包括哪几个层次？各层次之间有何联系与区别？

三个层次：狭义图像处理、图像分析、图像理解

联系与区别：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。其中图像理解是在图像分析的基础上进行的。随着抽象程度的提高，数据量逐渐减少。一方面，原始图像数据经过一系列的处理逐步转化为更有组织和用途的信息，在这个过程中，语义不断引入，操作对象发生变化，数据量得到了压缩；另一方面，高层操作对底层操作有指导作用，能提高低层操作的效率。

（2）采样、量化参数与数字化图像间的关系

一般来说，采样间隔越大，所用图像像素越少，空间分辨率低，质量差，严重时出现像素成块状的国际棋盘效应；采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨率高，图像质量好，但数据量大量化等级越多，所的图像层次越丰富，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

（3）直方图的性质

①灰度直方图只能反映图像的灰度分布情况，而不能反映图像像素的位置，即丢失了图像像素的位置信息

②一幅图像对应唯一的灰度直方图，反之不成立。不同的图像可对应相同的灰度直方图

③一幅图像分为多个区域，多个区域的直方图之和即为原图像的灰度直方图

（4）BMP文件索引色和真彩色图像的构成部分

共有部分：位图文件头、位置信息头、位图数据

索引色图像有一个调色板，其本质是一个数组，共有biClrUsed(颜色数)个元素（如果该值为0，则为2 的biBitCount 次幂）。数组中每个元素(颜色)的类型为一个RGBQUAD 结构，占4 个字节。结构定义如下：

typedef struct tagRGBQUAD{

BYTE rgbBlue;

BYTE rgbGreen;

BYTE rgbRed;

BYTE rgbReserved;

}RGBQUAD;

真彩色图像没有调色板。他们的位图信息头（BITMAPINFOHEADER）后直接是DIB 数据。

（5）描述数字图像经二维傅里叶变换（继之平移），𝐹(𝑢,𝑣)的频谱在频率域空间的分布特征；

①如果图像中有条状的细线，那么沿着此条状细线的走向方向，没有灰度值的变化或变化很小，这样其频谱图就有一条垂直于该条状细线的亮线。这是因为数字图像频谱图的得出和图像的灰度变化（梯度）有关

②图像中央点的值应该和图像的平均灰度有关，所有的能量都集中在频谱图中央的单个白色像素块中

③频谱移频到显示屏中心后，图像的频谱分布是以中心为圆心，对称分布的

（6）指数变换和对数变换分别有什么作用？

指数变换：对图像的低灰度级区进行较大的拉伸而对高灰度区进行压缩时，能使图像灰度分布与人的视觉特性相匹配

对数变换：能对图像的高灰度区给予较大的拉伸

（7）直方图修正方法包括哪两类方法？分别是什么含义？

直方图均衡化和直方图规定化

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一种方法

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图像作修正的增强方法

（8）最大均匀性平滑法原理。

先找出环绕每像素的灰度最均匀窗口，然后用这窗口的灰度均值代替该像素原来的灰度值，具体来说，对图像中任一像素（𝑥，𝑦）的5个有重叠的3x3领域，用梯度衡量它们灰度变换的大小。把其中灰度变换最小的领域作为最均匀的窗口，用其像素平均灰度代替像素（𝑥，𝑦）的灰度值

（9）有选择保边缘平滑法原理。 对图像中任一像素（𝑥，𝑦）的5x5领域，采用其对应的掩模（其中包括一个3×3正方形、4个五边形和四个六边形共9个领域），计算各个掩模的均值和方差，按方差进行排序，最小方差所对应的掩模的灰度均值就是像素（𝑥,𝑦）的输出值

（10）频率域增强处理的一般过程。

频率域增强就是选择合适的滤波器𝐻(𝑢,𝑣)对𝐹(𝑢,𝑣)的频谱成分进行调整，然后经傅里叶逆变换得到增强的图像𝑔(𝑥,𝑦)，如图所示：

𝐷𝐹𝑇 𝐻(𝑢,𝑣) 𝐼𝐷𝐹𝑇

𝑓(𝑥,𝑦)——>𝐹(𝑢,𝑣)——>𝐹(𝑢,𝑣)𝐻(𝑢,𝑣)——>𝑔(𝑥,𝑦)

滤波

（11）课程介绍了哪些频率域低通和高通滤波器？

低通滤波器：

1.理想低通滤波器

2.𝐵𝑢𝑡𝑡𝑒𝑟𝑤𝑜𝑟𝑡ℎ低通滤波器

3.指数低通滤波器

4.梯形低通滤波器

高通滤波器：

1.理想高通滤波器

2.巴特沃斯高通滤波器

3.指数高通滤波器

4.梯形高通滤波器

（12）基于频域理想低通滤波器和理想高通滤波器是如何作用于频率图像，实现滤波处理的？

由于噪声主要集中在高频部分，低通滤波器𝐻(𝑢,𝑣)可以抑制高频部分，然后在进行傅里叶逆变换获得滤波图像，就可以达到平滑图像的目的。图像的模糊是由于高频成分比较弱产生的，高频滤波器让高频成分通过，使低频成分削弱，在经过傅里叶逆变换得到边缘锐化的图像

（13）绘制HIS圆柱体表色模型，并解释𝐻𝐼𝑆圆柱体模型是如何表色的？

圆柱体变色模型

𝐻𝐼𝑆圆柱体模型中H表示色别、I表示亮度、S表示饱和度。一般地假定0°的彩色为红色，120°的为绿色，240°的为蓝色。色调从0变到240度覆盖了所有可见光谱的彩色。在240°到300°之间是人眼可见的非光谱色（紫色）。饱和度参数是原点到彩色点的半径长度。在外围圆周是纯的或称饱和的颜色，其饱和度值为1。在中心是灰色阴影，即饱和度为0。

（14）有哪些基本的图像代数运算方法？每种运算有什么作用？

加运算：

①使两幅图像内容叠加

②对所获取的同一场景的多幅图像求平均，来削弱图像的加性随机噪声

减运算：

①若对同景物在不同时间拍摄的图像配准后相减，可用于动态监测、运动目标检测和跟踪、图像背景消除

②在动态监测时，用差值图像可以发现森林火灾、洪水灾情，也能用于监测河口、河岸的泥沙淤积及监视江河、湖泊、海岸等的污染。

③利用减影技术消除图像背景相当成功，典型应用表现在医学上。如在血管造影技术中肾动脉造影术采用减影技术对诊断肾脏疾病就有独特效果。

乘运算：

用来遮掉图像的某些部分

除运算：

图像的相除又称比值处理，是遥感图像处理中常用的方法。对多光谱图像而言，各波段图像的照射分量几乎相同，对它们作比值处理，就能把它去掉，而对反映地物细节的射分量，经比值后能把差异扩大，有利于地物的识别。

（15）图像几何校正的一般步骤

①图像空间坐标的变换

②确定校正空间各像素灰度值（灰度内插）

（16）有哪些灰度插值方法？各有何特点？

①最近邻元法

该方法最简单，但校正后的图像有明显的锯齿状，即存在灰度不连续性