數(shù)字圖像處理復習材料

1、考試題型一、填空題（10分，10空）二、判斷題（5分，5題）三、名詞解釋（15分，5題）圖像 ，數(shù)字圖像 ，數(shù)字圖像處理 ，彩色圖像 ，灰度圖像 ，色度 ，采樣 ，量化 ，灰度直方圖 ，直方圖均衡化 ，直方圖規(guī)定化 ，圖像增強 ，圖像銳化 ，圖像復原 ，圖像濾化 ，中值濾波 ，均值濾波 ，數(shù)據(jù)壓縮 ，無失真編碼 ，幾何畸變 四、簡答題（20分，4題）1. RGB,HIS模型2. 視覺效應（判斷，填空）3. 圖像復原（5.3 5.4 5.5 簡答，名詞解釋）4. 第六章5. 7.2 邊緣檢測五、計算題（50分，5題）1. 平移鏡像錯切（作業(yè)題）2. 放大縮?。ㄗ鳂I(yè)題）3. 平滑，中值濾波，均值濾

2、波（PPT）4. 哈夫曼編碼（參數(shù)計算，熵，效率，編碼 P148）5. 均衡化（第四章 P69 4.1）注意：看一下 小波變換 怎么用 原理第一章 緒論1.圖像：對客觀存在對象的一種相似性的、生動性的描述或寫真。2.模擬圖像：空間坐標和明暗程度都是連續(xù)變化的、計算機無法直接處理的圖像3.數(shù)字圖像：空間坐標和灰度均不連續(xù)的、用離散的數(shù)字（一般整數(shù)）表示的圖像（計算機能處理）。是圖像的數(shù)字表示，像素是其最小的單位。4數(shù)字圖像處理（Digital Image Processing）：利用計算機對數(shù)字圖像進行（去除噪聲、增強、復原、分割、特征提取、識別等）系列操作，從而獲得某種預期的結果的技術。（計算

3、機圖像處理）5.數(shù)字圖像處理的特點（優(yōu)勢）：（1）處理精度高，再現(xiàn)性好。（2）易于控制處理效果。（3）處理的多樣性。（4）圖像數(shù)據(jù)量龐大。（5）圖像處理技術綜合性強。6.數(shù)字圖像處理的主要研究內容：（1） 圖像的數(shù)字化：如何將一幅光學圖像表示成一組數(shù)字，既不失真又便于計算機分析處理 ；主要包括的是圖像的采樣與量化（2） 圖像的增強：加強圖像的有用信息，消弱干擾和噪聲（3）圖像的恢復：把退化、模糊了的圖像復原。模糊的原因有許多種，最常見的有運動模糊，散焦模糊等（4）圖像的編碼：簡化圖像的表示，壓縮表示圖像的數(shù)據(jù)，以便于存儲和傳輸。（5）圖像的重建：由二維圖像重建三維圖像（如CT）（6）圖像的分析

4、：對圖像中的不同對象進行分割、分類、識別和描述、解釋。（7）圖像分割與特征提取：圖像分割是指將一幅圖像的區(qū)域根據(jù)分析對象進行分割。圖像的特征提取包括了形狀特征、紋理特征、顏色特征等。（8）圖像隱藏：是指媒體信息的相互隱藏、數(shù)字水印、圖像的信息偽裝。（9）圖像通信7.數(shù)字圖像處理的應用領域：通信：圖象傳輸，電視電話等。宇宙探測：星體圖片處理。遙感：地形、地質、礦藏探查，森林、水利、海洋、農業(yè)等資源調查，自然災害預測，環(huán)境污染的監(jiān)測，氣象云圖。生物醫(yī)學：CT，X射線成象，B超，紅外圖象，顯微圖象。工業(yè)生產(chǎn)： 產(chǎn)品質量檢測，生產(chǎn)過程控制，CAD，CAM。軍事： 軍事目標偵察，制導系統(tǒng)，警戒系統(tǒng)，自動

5、火器控制等。公安： 現(xiàn)場照片，指紋，手跡，印章，人像等處理和鑒別。檔案： 過期的文字、圖片檔案的修復和處理。機器人視覺:娛樂： 電影特技，動畫，廣告，MTV等第二章 數(shù)字圖像處理基礎8.三基色原理 面向機器的RGB模型面向人眼視覺的HIS模型9.人的視覺特性同時對比度效應馬赫帶效應10.取樣、量化、數(shù)字化的概念所謂的圖像數(shù)字化是指將模擬圖像經(jīng)過離散化之后，得到用數(shù)字表示的圖像。數(shù)字化包括采樣和量化。取樣（采樣）：連續(xù)圖像空間坐標的離散化是將在空間上連續(xù)的圖像轉換成離散的采樣點（即像素）集的操作。量化：連續(xù)圖像幅值的離散化是將各個像素所含的明暗信息離散化后，用數(shù)字來表示稱為圖像的量化，一般的量化

6、值用整數(shù)來表示。11.什么是奈奎斯特取樣定理？其意義是什么？采樣需滿足取樣定理取樣定理的意義：取樣定理指出了要使取樣信號能不失真地描述原信號，其采樣頻率必須大于或等于信號所含有最高截止頻率的2倍。 在進行模擬/數(shù)字信號的轉換過程中，當采樣頻率fs.max大于信號中最高頻率fmax的2倍時(fs.max>=2fmax)，采樣之后的數(shù)字信號完整地保留了原始信號中的信息，一般實際應用中保證采樣頻率為信號最高頻率的510倍；采樣定理又稱奈奎斯特定理。要使實信號采樣后能夠不失真還原，采樣頻率必須大于信號最高頻率的兩倍。12.量化的分類量化可分為均勻量化和非均勻量化。均勻量化是簡單地在灰度范圍內等間

7、隔量化。非均勻量化是對像素出現(xiàn)頻度少的部分量化間隔取大，而對頻度大的量化間隔取小。量化采樣點相互間的相關性分：無記憶量化和有記憶量化量化時處理的采樣點數(shù)：標量量化和向量量化13.常見的圖像輸入設備有哪些？圖像輸入設備主要有：電視攝像機 掃描儀 數(shù)碼照相機 各種遙感圖像獲取設備（如紅 外攝影設備 微波設備）14.數(shù)字圖像的表示: 為了描述上的方便,本書仍用f(x,y)表示數(shù)字圖像。設x0，M-1，y0，N-1，f0，L-1，則數(shù)字圖像可表示成一個M×N的二維數(shù)字陣列。每個(x,y)對應數(shù)字圖像中的一個基本單元，稱其為圖像元素(picture element)，簡稱為像素（pixel）；

8、且一般取M、N和的灰度級L為2的整次冪即： M=2m N=2n L=2k 這里，m、n和k為正整數(shù)15.為存儲一幅M×N的數(shù)字圖像，需要的存儲位數(shù)為： b = M × N × k bit字節(jié)數(shù)為：B=b/816.空間分辨率17.幅度分辨率18.簡答： （1）. 圖像的數(shù)字化包含哪些步驟？簡述這些步驟。圖像的數(shù)字化是將模擬圖像經(jīng)過離散化之后，得到用數(shù)字表示的圖像。也就是將一幅畫面轉化成計算機能夠處理的形式。具體來說，就是把一幅圖畫分割成如上圖所示的一個個小區(qū)域（像素），并將各小區(qū)域灰度用整數(shù)來表示，形成一幅數(shù)字圖像。將一幅圖像從其原來的形式轉換為數(shù)字形式的處理過程，

9、包括“掃描”、“采樣”與“量化”三個步驟。 圖像在位置上的離散化稱為采樣。量化是將各個像素所含的明暗信息離散化后，用數(shù)字來表示*圖像的數(shù)字化過程主要分采樣、量化與編碼三個步驟。1采樣 采樣的實質就是要用多少點來描述一幅圖像，采樣結果質量的高低就是用前面所說的圖像分辨率來衡量。2量化 量化是指要使用多大范圍的數(shù)值來表示圖像采樣之后的每一個點。量化的結果是圖像能夠容納的顏色總數(shù)，它反映了采樣的質量.3壓縮編碼 數(shù)字化后得到的圖像數(shù)據(jù)量十分巨大，必須采用編碼技術來壓縮其信息量。在一定意義上講，編碼壓縮技術是實現(xiàn)圖像傳輸與儲存的關鍵。（2）. 圖像量化時，如果量化級比較小會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？圖像量

10、化時,一般情況下,如果量化級小于等于3時,會出現(xiàn)偽輪廓現(xiàn)像或稱為虛假輪廓效應,除特殊情況外,量化級數(shù)為8,灰度值范圍為:0-255.（3）. 簡述二值圖像、灰度圖像與彩色圖像的區(qū)別?；叶葓D像可由黑白照片數(shù)字化得到，或從彩色圖像進行去色處理得到（256灰度級）二值圖像是灰度圖像經(jīng)過二值化處理后的結果，兩個灰度級，只需用1bit表示。彩色圖像的數(shù)據(jù)不僅包含亮度信息，還要包含顏色信息。彩色的表示方法是多樣化的*二值圖像（binary image），即圖像上的每一個像素只有兩種可能的取值或灰度等級狀態(tài)，人們經(jīng)常用黑白、B&W、單色圖像表示二值圖像。 *灰度圖像（gray image）是每個像素

11、只有一個采樣顏色的圖像，這類圖像通常顯示為從最暗黑色到最亮的白色的灰度，盡管理論上這個采樣可以任何顏色的不同深淺，甚至可以是不同亮度上的不同顏色?；叶葓D像與黑白圖像不同，在計算機圖像領域中黑白圖像只有黑色與白色兩種顏色；但是，灰度圖像在黑色與白色之間還有許多級的顏色深度?；叶葓D像經(jīng)常是在單個電磁波頻譜如可見光內測量每個像素的亮度得到的，用于顯示的灰度圖像通常用每個采樣像素8位的非線性尺度來保存，這樣可以有256級灰度（如果用16位，則有65536級）。 *彩色圖像，每個像素通常是由紅（R）、綠（G）、藍（B）三個分量來表示的，分量介于（0，255）。 第三章 圖像變換19.圖像的幾何變換：改變

12、圖像的大小或形狀。平移、旋轉、縮放、鏡像、錯切（重點掌握）大題20圖像變換：通過數(shù)學映射的方法，將空域的圖像信息轉換到頻域、時頻域等空間上進行分析。第四章 圖像增強*什么是圖象增強？圖像增強是對圖像進行加工，以得到對具體應用來說視覺效果更“好”，或更“有用”的圖像的技術。*為什么要增強圖象？圖像在傳輸或者處理過程中會引入噪聲或使圖像變模糊，從而降低了圖像質量，甚至淹沒了特征，給分析帶來了困難。21.圖像噪聲的類型與特點圖像噪聲從統(tǒng)計理論觀點可以分為平穩(wěn)和非平穩(wěn)噪聲兩種。在實際應用中，不去追究嚴格的數(shù)學定義，這兩種噪聲可以理解為：其統(tǒng)計特性不隨時間變化的噪聲稱其為平穩(wěn)噪聲。其統(tǒng)計特性隨時間變化而

13、變化的稱其為非平穩(wěn)噪聲。還可以按噪聲幅度隨時間分布形狀來定義如其幅度分布是按高斯分布的就稱其為高斯噪聲，而按雷利分布的就稱其為雷利噪聲。圖像特點：幅值噪聲，點位置噪聲，感光片顆粒噪聲22.灰度直方圖的概念*灰度直方圖用來表示圖像的灰度分布。 灰度直方圖是圖像的一個重要特征，反映了圖像灰度分布的情況?；叶戎狈綀D是灰度級的函數(shù)，是對圖像中灰度級分布的統(tǒng)計。反映的是一幅圖像中各灰度級像素出現(xiàn)的頻率。即：橫坐標表示灰度級，縱坐標表示圖像中對應某灰度級所出現(xiàn)的像素個數(shù)，也可以是某一灰度值的像素數(shù)占全圖像素數(shù)的百分比，即灰度級的頻率。 繪制的頻率同灰度級的關系圖就是灰度直方圖。23.灰度變換的原理（對具體

14、方法的分析）書上P62到P6424.直方圖均衡和直方圖指定化的概念，如何進行直方圖的規(guī)格化（具體計算）*為什么要進行直方圖均衡化我們可通過對直方圖的調整，使得圖像數(shù)據(jù)信息量增大，這樣也就使畫面更清晰。圖像均衡化的概念： 是將原圖像通過某種變換，得到一幅灰度直方圖為均勻分布的新圖像的方法。設圖像均衡化處理后，圖像的直方圖是平直的，即各灰度級具有相同的出現(xiàn)頻數(shù)，那么由于灰度級具有均勻的概率分布，圖像看起來就更清晰了。直方圖指定化的概念：能自動增強整個圖像的對比度，但具體的增強效果不易控制，處理的結果是全局均衡的直方圖，實際中需特定形狀的直方圖，從而有選擇的增強某個灰度值范圍內的對比度。分別對原始直

15、方圖和規(guī)定化處理后的直方圖進行均衡化處理25.圖像平滑代表算法及效果（均值、中值濾波的原理）P75頁中值濾波（Median filtering）：非線性的處理方法，在去噪的同時可以兼顧到邊界信息的保留。均值濾波的特點： 局部求均值的運算或平均計算使數(shù)字信號變“平坦”，可以在圖像中消除或抑制噪聲。同時，圖像中景物邊緣也會不同程度地變得模糊。中值濾波與均值濾波的區(qū)別僅限于：中值濾波是求局部中值而不是局部均值，即對參與計算的像素灰度值按大小排序，然后取位置居中的像素灰度值。中值濾波的原理：選一個含有奇數(shù)點的窗口W，將這個窗口在圖像上掃描，把該窗口中所含的像素點按灰度級的升（或降）序排列，取位于中間的

16、灰度值，來代替該點的灰度值。中值濾波的作用：對干擾脈沖和點噪聲有良好抑制作用，而對圖象邊緣能較好地保持的非線性圖象增強技術。中值濾波的依據(jù)：噪聲以孤立點的形式出現(xiàn)，這些點對應的像素數(shù)很少，而圖像則是由像素數(shù)較多、面積較大的塊構成26.圖像銳化代表算法及效果P88頁消除圖像模糊的增強方法稱為“圖像銳化”。27.圖像平滑模板與銳化模板的應用（具體模板的計算）模板平滑法1.根據(jù)實際需要，我們可以設計其它具有不同特性的平滑模板。2.用模板對原圖像從第2行第2列開始逐漸移法計算。（注：圖像四周邊界一般不處理（不考慮）3.平滑模板特點（1）模板內系數(shù)全為正，表示求和；所乘的小于1的系數(shù)表示取平均；（2）模

17、板系數(shù)之和為1，表示對常數(shù)圖像（常數(shù)）處理前后不變，而對一般圖像而言，處理前后平均亮度基本保持不變。28.低通、高通濾波及同態(tài)濾波實現(xiàn)圖像增強的原理P80+P93+P9729.彩色增強的分類與原理P99第四章總結基于像素點運算： 圖像直接灰度變換 離散圖像直方圖均衡化和規(guī)定化基于模板運算：圖像平滑：1、鄰域平均法 2、多幀圖像平均法：消除噪聲 3、中值濾波圖像銳化：1、梯度法 2、Roberts算子 3、Sobel 4、Prewitt算子 5、拉普拉斯算子第五章 圖像恢復與重建30.圖像退化因素光學系統(tǒng)的像差與成像衍射成像系統(tǒng)的非線性畸變環(huán)境隨機噪聲成像過程的相對運動31.退化模型的框圖及描述

18、原始圖像g(x,y)經(jīng)過一個退化過程H（退化算子或退化系統(tǒng)）的作用，再和噪聲 n(x,y)進行疊加，形成退化圖像 f (x,y) f(x,y)=Hg(x,y)+n(x,y)32.三種最常見的圖像恢復方法及其條件1. 圖像的無約束恢復-反向濾波器 P1142. 圖像的有約束最小二乘恢復-維納和約束最小平方濾波法 P1173.幾何畸變圖像的恢復-p12233.什么是圖像的幾何畸變？由于成像系統(tǒng)的非線性，成像后的圖像與原景物相比，產(chǎn)生比例失調，被描述的景物間產(chǎn)生扭曲第六章 圖像編碼與壓縮34圖像數(shù)據(jù)冗余度概念，壓縮編碼的分類冗余度的概念對于描述一幅圖像所需要的最少信息之外的多余信息，稱為冗余度。一般

19、圖像中都含有冗余度，去除圖像里的冗余度便完成了數(shù)據(jù)壓縮。圖像壓縮的分類以圖像信息保真為出發(fā)點，圖像壓縮技術分兩種：冗余度壓縮又稱為無損壓縮或無失真壓縮（行程編碼與Huffman 編碼）。熵壓縮又稱為有損壓縮35.變換編碼能實現(xiàn)壓縮的原理及應用變換編碼通過變換去除一部分不重要的參數(shù)，達到壓縮的目的。其依據(jù)是圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過變換后，出現(xiàn)能量集中的情況，則變換后可只選少量重要的系數(shù)進行編碼，以達到壓縮的目的。（如DCT 變換編碼）36.哈夫曼編碼的原理及應用（具體計算，包括熵、編碼平均長度、編碼效率）首先求出圖像中灰度分布的灰度直方圖； 根據(jù)該直方圖，對其按照分布概率從小到大的順序進行排列； 每一次從中選擇出兩個概率為最小的節(jié)點相加，形成一個新的節(jié)點，構造一個稱為“Huffman樹”的二叉樹； 對這個二叉樹進行編碼，就獲得了Huffman 編碼碼字。 例：圖像子塊如圖所示，現(xiàn)采用Huffman 編碼，畫出編碼過程，寫出編碼結果，并計算出編碼效率37.香農費諾編碼 38.算術編碼 39JPEG壓縮標準的壓縮步驟步驟：1 數(shù)據(jù)組織與系統(tǒng)框圖 2.DCT 變換 （正向離散余弦變換） 3.量化 4.Z 字形編排 5.編碼（直流系數(shù)的編碼 交流系數(shù)的編碼 熵編碼）1. 顏色模式轉化及取樣2. 離散余弦變換（