數(shù)字圖像處理與分析習(xí)題及答案

1、第一章 緒論課后4.防阪虬理王要是對(duì)已有幅備 比如說可見光的區(qū)飮 用因饑?yán)走_(dá)戒螢樹亍帳聲瞬、眩戰(zhàn)師R岡像I頫爭(zhēng)刪，就像用ps處理照 片一擇的別臥崔紋i隔咆.送卿1*銀轉(zhuǎn)哽都底于團(tuán)灘建。如崔各種遽逆豈心茸他R泊苓陳攢直化亙法川膚里葉變K-屮帔換罟有很歩遼方面那帯酰學(xué)壬要研舷何勿酬曲總用如ADT團(tuán)蔚是團(tuán) ff 殍中算送的應(yīng)用.音種動(dòng)糠件中國(guó)刑算法前生戰(zhàn)瓠1.數(shù)字圖像處理的主要研究?jī)?nèi)容包含很多方面，請(qǐng)列出并簡(jiǎn)述其中的4種。1圖像數(shù)字化：將一幅圖像以數(shù)字的形式表示。主要包括采樣和量化兩個(gè)過程。2圖像增強(qiáng)：將一幅圖像中的有用信息進(jìn)行增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)其無(wú)用信息進(jìn)行抑制，提高圖像的可觀察性。3圖像的幾何變換：改

2、變圖像的大小或形狀。4圖像變換：通過數(shù)學(xué)映射的方法，將空域的圖像信息轉(zhuǎn)換到頻域、時(shí)頻域等空間上進(jìn)行分析。5圖像識(shí)別與理解：通過對(duì)圖像中各種不同的物體特征進(jìn)行定量化描述后，將其所期望獲得的目標(biāo)物進(jìn)行提取，并且對(duì)所提取的目標(biāo)物進(jìn)行一定的定量分析。2.什么是圖像識(shí)別與理解？圖像識(shí)別與理解是指通過對(duì)圖像中各種不同的物體特征進(jìn)行定量化描述后，將其所期望獲得的目標(biāo)物進(jìn)行提取，并且對(duì)所提取的目標(biāo)物進(jìn)行一定的定量分析。比如要從一幅照片上確定是否包含某個(gè)犯罪分子的人臉信息，就需要先將照片上的人臉檢測(cè)出來(lái)，進(jìn)而將檢測(cè)出來(lái)的人臉區(qū)域進(jìn)行分析，確定其是否是該犯罪分子。3.簡(jiǎn)述圖像幾何變換與圖像變換的區(qū)別。1圖像的幾何

3、變換：改變圖像的大小或形狀。比如圖像的平移、旋轉(zhuǎn)、放大、縮小等，這些方法在圖像配準(zhǔn)中使用較多。2圖像變換：通過數(shù)學(xué)映射的方法，將空域的圖像信息轉(zhuǎn)換到頻域、時(shí)頻域等空間上進(jìn)行分析。比如傅里葉變換、小波變換等。4.一個(gè)數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由哪幾個(gè)模塊組成?答：一個(gè)基本的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)由圖像輸入、圖像存儲(chǔ)、圖像輸出、圖像通信、圖像處理和分析5個(gè)模塊組成5.連續(xù)圖像和數(shù)字圖像如何相互轉(zhuǎn)換？答：數(shù)字圖像將圖像看成是許多大小相同、 形狀一致的像素組成。 這樣，數(shù)字圖像可以 用二維 矩陣表示。將自然界的圖像通過光學(xué)系統(tǒng)成像并由電子器件或系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為模擬圖像（連續(xù)圖像）信號(hào)，再由模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)化器（ADC得到原始的

4、數(shù)字圖像信號(hào)。圖像的數(shù)字 化包括離 散和量化兩個(gè)主要步驟。在空間將連續(xù)坐標(biāo)過程稱為離散化，而進(jìn)一步將圖像的幅度值（可能 是灰度或色彩）整數(shù)化的過程稱為量化。6.采用數(shù)字圖像處理有何優(yōu)點(diǎn)？答：數(shù)字圖像處理與光學(xué)等模擬方式相比具有以下鮮明的特點(diǎn)：1具有數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)共有的特點(diǎn)。（1）處理精度高。（2）重現(xiàn)性能好。（3）靈活 性高。2數(shù)字圖像處理后的圖像是供人觀察和評(píng)價(jià)的，也可能作為機(jī)器視覺的預(yù)處理結(jié)果。3數(shù)字圖像處理技術(shù)適用面寬。4數(shù)字圖像處理技術(shù)綜合性強(qiáng)。7.數(shù)字圖像處理主要包括哪些研究?jī)?nèi)容？答:圖像處理的任務(wù)是將客觀世界的景象進(jìn)行獲取并轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖像、進(jìn)行增強(qiáng)、變換、編碼、恢復(fù)、重建、編碼和

5、壓縮、分割等處理，它將一幅圖像轉(zhuǎn)化為另一幅具有新的意義的圖像。8.常見的數(shù)字圖像處理開發(fā)工具有哪些？各有什么特點(diǎn)？答目前圖像處理系統(tǒng)開發(fā)的主流工具為Visual C+（面向?qū)ο罂梢暬晒ぞ撸┖蚆ATLAB的圖像處理工具箱（Image Processing Tool box。兩種開發(fā)工具各有所長(zhǎng)且有相互間的軟件接口。Microsoft公司的VC+是種具有高度綜合性能的面向?qū)ο罂梢暬晒ぞ撸盟_發(fā)出來(lái)的Win 32程序有著運(yùn)行速度快、可移植能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。VC+所提供的Microsoft基礎(chǔ)類庫(kù)MFC對(duì)大部分與用戶設(shè)計(jì)有關(guān)的Wn 32應(yīng)用程序接口API進(jìn)行了封裝，提高了代碼 的可重用性，大大縮

6、短了應(yīng)用程序開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。由于圖像格式多且復(fù)雜，為了減輕程序員將主要精力放在特定問題的圖像處理算法上，VC+ 6.0提供的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)ImageLoad.dll支持BMP JPG TIF等常用6種格式的讀寫功能。MATLAB的圖像處理工具箱MATLAB是由MathWorks公司推出的用于數(shù)值計(jì)算的有力工具，是一種第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，它具有相當(dāng)強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算和操作功能，力求使人們擺脫繁雜的程序代碼。MATLAB圖像處理工具箱提供了豐富的圖像處理函數(shù)，靈活運(yùn)用這些函數(shù)可以完成大部分圖像處理工作，從而大大節(jié)省編寫低層算法代碼的時(shí)間，避免程序設(shè)計(jì) 中的重復(fù)勞動(dòng)。MATLAB圖像處理工具箱涵蓋了

7、在工程實(shí)踐中經(jīng)常遇到的圖像處理手段和算法，如圖形句柄、圖像的表示、 圖像變換、 二維濾波器、 圖像增強(qiáng)、 四叉樹分解域邊緣檢 測(cè)、二值圖像處 理、小波分析、分形幾何、圖形用戶界面等。但是，MATLAB也存在不足 之處限制了其在圖像處理軟件中實(shí)際應(yīng)用。 首先，強(qiáng)大的功能只能在安裝有MATLAB系統(tǒng) 的機(jī)器上使用圖像處理 工具箱中的函數(shù)或自編的m文件來(lái)實(shí)現(xiàn)。其次，MATLAB用行解 釋方式執(zhí)行代碼，執(zhí)行速度 很慢。第三，MATLAB擅長(zhǎng)矩陣運(yùn)算，但對(duì)于循環(huán)處理和圖形界面的處理不及C+等語(yǔ)言。為此，通應(yīng)用程序接口API和編譯器與其他高級(jí)語(yǔ)言（如C、C+、Java等）混合編程將會(huì)發(fā) 揮各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言

8、之長(zhǎng)協(xié)同完成圖像處理任務(wù)。API支持MATLAB與外部數(shù)據(jù)與程序的交互。編譯器產(chǎn)生獨(dú)立于MATLAB環(huán)境的程序，從而使其他語(yǔ)言的應(yīng)用程序使用MATLAB9.常見的數(shù)字圖像應(yīng)用軟件有哪些？各有什么特點(diǎn)？答：圖像應(yīng)用軟件是可直接供用戶使用的商品化軟件。 用戶從使用功能出發(fā)， 只要了解 軟件的操作方法就可以完成圖像處理的任務(wù)。 對(duì)大部分用戶來(lái)說， 商品化的圖像應(yīng)用軟件無(wú) 需用戶進(jìn)行編程， 操作方便， 功能齊全， 已經(jīng)能滿足一般需求， 因而得到廣泛應(yīng)用。 常用圖 像 處理應(yīng)用軟件有以下幾種：1.PHOTOSHOP當(dāng)今世界上一流的圖像設(shè)計(jì)與制作工具，其優(yōu)越性能令其產(chǎn)品望塵莫及。PHOTOSHO巳成為出版

9、界中圖像處理的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。高版本的PHOTOSHO支持多達(dá)20多種圖像格式和TWAIN接口，接受一般掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等圖像輸入設(shè)備采集的圖像。PHOTOSHO支持多圖層的工作方式，只是PHOTOSH O的最大特色。使用圖層功能可以很方便地編輯和修改圖像，使平面設(shè)計(jì)充滿創(chuàng)意。利用PHOTOSHO還可以方便地對(duì)圖像進(jìn)行各種平面處理、繪制 簡(jiǎn)單的幾何圖形、 對(duì)文字進(jìn)行藝術(shù)加工、 進(jìn)行圖像格式和顏色 模式的轉(zhuǎn)換、改變圖像的尺寸 和分辨率、制作網(wǎng)頁(yè)圖像等。2. CorelDRAW一種基于矢量繪圖、功能強(qiáng)大的圖形圖像制作與設(shè)計(jì)軟件。位圖式圖像是由象素組成的， 與其相對(duì)， 矢量式圖像以幾何、 色彩參數(shù)描述圖像

10、， 其內(nèi)容以線條和色塊 為主。 可見，采用不同的技術(shù)手段可以滿足用戶的設(shè)計(jì)要求。 位圖式圖像善于表現(xiàn)連續(xù)、 豐 富色調(diào) 的自然景物，數(shù)據(jù)量較大；而矢量式圖像強(qiáng)于表現(xiàn)線條、色塊的圖案，數(shù)據(jù)量較小。合理的利用兩種不同類型的圖像表現(xiàn)方式， 往往會(huì)收到意想不到的藝術(shù)效果。CorelDraw是當(dāng)今流行 的圖像處理軟件中為數(shù)不多的特點(diǎn)明顯、 功能強(qiáng)大的基于矢量繪圖的軟件包。 利用 它，可以方 便地制作精美的名片、賀卡、書簽、圖書封面、廣告、宣傳畫等作品。3.ACDSee快速、高性能的看圖程序，是目前最享盛名的圖片瀏覽器。它能廣泛應(yīng)用于圖片的獲取、管理、瀏覽和優(yōu)化，支持BMP GIF、JPG TGA TIF

11、等超過50種常見 的圖形文件格 式，圖片打開速度極快，可以直接查看動(dòng)畫GF，處理如Mpeg之類常用的視 頻文件，還可以為 每一個(gè)目錄建立一個(gè)相冊(cè)。ACDSee可以從數(shù)碼相機(jī)和掃描儀高效獲取圖片，并進(jìn)行便捷的查找、組織和預(yù)覽。ACDSee還是得心應(yīng)手的圖片編輯工具，輕松處理數(shù)碼影像，擁有去紅眼、剪切圖像、 銳化、浮雕特效、曝光調(diào)整、 旋轉(zhuǎn)、鏡像等功能，還能進(jìn) 行批量處理。10.討論數(shù)字圖像處理的主要應(yīng)用。答：圖像處理的應(yīng)用幾乎滲透科學(xué)研究、工程技術(shù)和人類社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。教師可以分組對(duì)學(xué)生布置以下6個(gè)方面的課題， 通過閱讀參考文獻(xiàn)、 網(wǎng)絡(luò)資源等手段寫數(shù)字圖像處 理的主 要應(yīng)用的短文，并安排交流

12、機(jī)會(huì)。1航天和航空技術(shù)方面的應(yīng)用2生物醫(yī)學(xué)工程方面的應(yīng)用3通信工程方面的應(yīng)用4工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人視覺方面的應(yīng)用5軍事和公安方面的應(yīng)用6生活和娛樂方面的應(yīng)用第二章 數(shù)字圖像表示及其處理課后4.什么是量化噪聲，它是什么引起的？語(yǔ)言信號(hào)采樣量化過程中導(dǎo)致的噪聲。如：A/D轉(zhuǎn)換（模擬到數(shù)字）。在語(yǔ)言編碼通信中，解調(diào)后信 號(hào)和原傳遞信號(hào)的差異是因幅度和時(shí)間的量化而產(chǎn)生的，這種失真稱為量化失真。因?yàn)檫@種失真和雜 亂的干擾一樣，聽起來(lái)和元件產(chǎn)生的熱噪聲相似，所以叫做量化噪聲。1.當(dāng)在白天進(jìn)入一個(gè)黑暗劇場(chǎng)時(shí)，在能看清并找到空座位時(shí)需要適應(yīng)一段時(shí)間，試述發(fā)生這種現(xiàn)象的 視覺原理。答：人的視覺絕對(duì)不能同時(shí)在整個(gè)亮

13、度適應(yīng)范圍工作， 它是利用改變其亮度適應(yīng)級(jí)來(lái)完成亮度適應(yīng)的。 即所謂的亮度適應(yīng)范圍。同整個(gè)亮度適應(yīng)范圍相比，能同時(shí)鑒別的光強(qiáng)度級(jí)的總范圍很小。因此，白 天進(jìn)入黑暗劇場(chǎng)時(shí)，人的視覺系統(tǒng)需要改變亮度適應(yīng)級(jí)，因此，需要適應(yīng)一段時(shí)間，亮度適應(yīng)級(jí)才能 被改變。2.圖像的數(shù)字化包含哪些步驟？簡(jiǎn)述這些步驟。圖像的數(shù)字化主要包含采樣、量化兩個(gè)過程。采樣是將空域上連續(xù)的圖像變換成離散采樣點(diǎn)集合，是 對(duì)空間的離散化。經(jīng)過采樣之后得到的二維離散信號(hào)的最小單位是像素。量化就是把采樣點(diǎn)上表示亮 暗信息的連續(xù)量離散化后，用數(shù)值表示出來(lái)，是對(duì)亮度大小的離散化。經(jīng)過采樣和量化后，數(shù)字圖像 可以用整數(shù)陣列的形式來(lái)描述。3.圖像

14、量化時(shí)，如果量化級(jí)比較小會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？ 如果量化級(jí)數(shù)過小，會(huì)出現(xiàn)偽輪廓現(xiàn)象。量化過程是將連續(xù)變化的顏色劃分到有限個(gè)級(jí)別中，必然會(huì) 導(dǎo)致顏色信息損失。 當(dāng)量化級(jí)別達(dá)到一定數(shù)量時(shí)， 人眼感覺不到顏色信息的丟失。 當(dāng)量化級(jí)數(shù)過小時(shí)， 圖像灰度分辨率就會(huì)降低，顏色層次就會(huì)欠豐富，不同的顏色之間過度就會(huì)變得突然，可能會(huì)導(dǎo)致偽 輪廓現(xiàn)象。4.簡(jiǎn)述二值圖像與彩色圖像的區(qū)別。二值圖像是指每個(gè)像素不是黑，就是白，其灰度值沒有中間過渡的圖像。這種圖像又稱為黑白圖像。 二值圖像的矩陣取值非常簡(jiǎn)單，每個(gè)像素的值要么是1，要么是0，具有數(shù)據(jù)量小的特點(diǎn)。彩色圖像是根據(jù)三原色成像原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自然界中的色彩描述的。

15、紅、綠、藍(lán)這三種基色的的灰度分別用256級(jí)表示，三基色之間不同的灰度組合可以形成不同的顏色。5.簡(jiǎn)述二值圖像與灰度圖像的區(qū)別。二值圖像是指每個(gè)像素不是黑，就是白，其灰度值沒有中間過渡的圖像。這種圖像又稱為黑白圖像。 二值圖像的矩陣取值非常簡(jiǎn)單，每個(gè)像素的值要么是1，要么是0，具有數(shù)據(jù)量小的特點(diǎn)。灰度圖像是指每個(gè)像素的信息由一個(gè)量化后的灰度級(jí)來(lái)描述的數(shù)字圖像，灰度圖像中不包含彩色信息。標(biāo)準(zhǔn)灰 度圖像中每個(gè)像素的灰度值是0-255之間的一個(gè)值，灰度級(jí)數(shù)為256級(jí)。6.簡(jiǎn)述灰度圖像與彩色圖像的區(qū)別?；叶葓D像是指每個(gè)像素的信息由一個(gè)量化后的灰度級(jí)來(lái)描述的數(shù)字圖像，灰度圖像中不包含彩色信 息。標(biāo)準(zhǔn)灰度圖

16、像中每個(gè)像素的灰度值是0-255之間的一個(gè)值，灰度級(jí)數(shù)為256級(jí).彩色圖像是根據(jù) 三原色成像原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)自然界中的色彩描述的。 紅、 綠、藍(lán)這三種基色的的灰度分別用256級(jí)表示， 三基色之間不同的灰度組合可以形成不同的顏色。1.設(shè)圖像的大小為32X32的圖標(biāo)，每個(gè)像素有16種顏色，共有多少種不同的圖標(biāo)？如果每100萬(wàn)個(gè)可能的圖標(biāo)中有一個(gè)有意義， 識(shí)別一個(gè)有意義的圖標(biāo)需要1秒鐘，則選出所 有有意義的圖標(biāo)需要多長(zhǎng)時(shí)32X326102461227間？解：1632 32/106= 161024/106=1.044X101227s。可見隨機(jī)圖像的復(fù)雜度是非常高的。2.掃描儀的光學(xué)分辨率是600X1200

17、線，一個(gè)具有5000個(gè)感光單元的CCD器件，用 于A4幅面掃描儀，A4幅面的紙張寬度是8.3英寸，該掃描儀的光學(xué)分辨率是多少dpi？解（：1）600X1200線，其中前一個(gè)數(shù)字代表掃描儀的橫向分辨率，后一數(shù)字則代表縱 向分辨率。 （2）dpi是指單位面積內(nèi)像素的多少，也就是掃描精度，目前國(guó)際上都是計(jì)算一英寸面積內(nèi)像素的多少。光學(xué)分辨率是掃描儀的光學(xué)部件在每平方英寸面積內(nèi)所能捕捉到的實(shí)際的光點(diǎn)數(shù)，是指掃描儀CCD的物理分辨率，也是掃描儀的真實(shí)分辨率，它的數(shù)值是由CCD的像素點(diǎn)除以掃描儀水平最大可掃尺寸得到的數(shù)值。每一個(gè)感光單元對(duì)應(yīng)一個(gè)像素。由于CCD感光單元個(gè)數(shù)為5000,5000/8.3=60

18、2 （dpi）第三章圖像增強(qiáng)課后5.空間濾波的平滑濾波器和銳化濾波器的相同點(diǎn)、不同點(diǎn)及聯(lián)系。低通濾波器是保留小于截止頻率的信號(hào)，而高通濾波器是保留大于截止頻率的信號(hào)解答：相同點(diǎn)：都能減弱或消除傅立葉空間的某些分量，而不影響或較少影響其他分量，從而達(dá)到增強(qiáng)某些頻率分量的效果。不同點(diǎn)：平滑濾波器減弱或消除傅立葉空間的高頻分量，所以達(dá)到了增強(qiáng)低頻分量、平滑圖像中細(xì)節(jié)的效果。銳化濾波器減弱或消除傅立葉空間的低頻 分量，所以達(dá)到了增強(qiáng)高頻分量、銳化圖像中細(xì)節(jié)的效果。聯(lián)系：兩者效果相反，互為補(bǔ)充，從原圖像中減去平滑濾波器的結(jié)果得到銳化濾波器的效果，從原圖像中減去銳化濾波器的結(jié)果可得到平滑濾波器的結(jié)果1圖像

19、增強(qiáng)的目的是什么，它包含那些內(nèi)容？解：圖像增強(qiáng)是指對(duì)圖像的某些特征，如邊緣、輪廓、對(duì)比度等進(jìn)行強(qiáng)調(diào)或銳化，以便于顯示、觀察或進(jìn)一步分析與處理。圖像增強(qiáng)所包含的主要內(nèi)容如書圖4.1。2圖像增強(qiáng)的目的是什么？答：圖像增強(qiáng)目的是要改善圖像的視覺效果，針對(duì)給定圖像的應(yīng)用場(chǎng)合，有目的地強(qiáng)調(diào)圖像的 整體或局部特性，將原來(lái)不清晰的圖像變得清晰或強(qiáng)調(diào)某些感興趣的特征，擴(kuò)大圖像中不同物 體特征之間的差別，抑制不感興趣的特征，使之改善圖像質(zhì)量、豐富信息量，加強(qiáng)圖像判讀和 識(shí)別效果，滿足某些特殊分析的需要。3.圖像增強(qiáng)與圖像復(fù)原的聯(lián)系與區(qū)別？答：（1）二者的目的都是為了改善圖像的質(zhì)量。（2）圖像增強(qiáng)不考慮圖像是如何

20、退化的，而是試圖采用各種技術(shù)來(lái)增強(qiáng)圖像的視覺效果。因此，圖像增強(qiáng)可以不顧增強(qiáng)后的圖像是否失真，只要看得舒服就行。（3）而圖像復(fù)原就完全不同，需知道圖像退化的機(jī)制和過程等先驗(yàn)知識(shí)，據(jù)此找出一種相應(yīng)的逆處理方法，從而得到復(fù)原的圖像。（4）如果圖像已退化，應(yīng)先作復(fù)原處理，再作增強(qiáng)處理4、什么是直方圖均衡化? 答：將原圖象的直方圖通過變換函數(shù)修正為均勻的直方圖，然后按均衡直方圖修正原圖象。圖 象均衡化處理后，圖象的直方圖是平直的，即各灰度級(jí)具有相同的出現(xiàn)頻數(shù)，那么由于灰度級(jí) 具有均勻的概率分布，圖象看起來(lái)就更清晰了。5.圖像銳化濾波的幾種方法。答：（1）直接以梯度值代替；（2）輔以門限判斷；（3）給邊

21、緣規(guī)定一個(gè)特定的灰度級(jí)；（4）給背景規(guī)定灰度級(jí)；（5）根據(jù)梯度二值化圖像。6.圖像銳化與圖像平滑有何區(qū)別與聯(lián)系？答：區(qū)別：圖像銳化是用于增強(qiáng)邊緣，導(dǎo)致高頻分量增強(qiáng)，會(huì)使圖像清晰；圖像平滑用于消除圖像噪聲，但是也容易引起邊緣的模糊。聯(lián)系：都屬于圖像增強(qiáng)，改善圖像效果。7.簡(jiǎn)述直方圖均衡化的基本原理 。答：直方圖均衡化方法的基本思想 是，對(duì)在圖像中像素個(gè)數(shù)多的灰度級(jí)進(jìn)行展寬，而對(duì)像素個(gè) 數(shù)少的灰度級(jí)進(jìn)行縮減。從而達(dá)到清晰圖像的目的。因?yàn)榛叶确植伎稍谥狈綀D中描述，所以該 圖像增強(qiáng)方法是基于圖像的灰度直方圖。直方圖均衡化是將原圖象的直方圖通過變換函數(shù)修正為均勻的直方圖，然后按均衡直方圖修正原圖象。圖象

22、均衡化處理后，圖象的直方圖是平直的，即各灰度級(jí)具有相同的出現(xiàn)頻數(shù)，那 么由于灰度級(jí)具有均勻的概率分布，圖象看起來(lái)就更清晰了。直方圖均衡化實(shí)質(zhì)上是減少圖象 的灰度級(jí)以換取對(duì)比度的加大。在均衡過程中，原來(lái)的直方圖上頻數(shù)較小的灰度級(jí)被歸入很少 幾個(gè)或一個(gè)灰度級(jí)內(nèi)，故得不到增強(qiáng)。若這些灰度級(jí)所構(gòu)成的圖象細(xì)節(jié)比較重要，則需采用局 部區(qū)域直方圖均衡。對(duì)離散圖像的直方圖均衡化是不能產(chǎn)生完全平坦的直方圖的。理由是：（1）直方圖是近似概率密度函數(shù)，（2）簡(jiǎn)并現(xiàn)象的存在使處理的灰度級(jí)總是要減少的，這是像素灰度有限的必然結(jié)果。均衡化只是近似的，其結(jié)果只能是產(chǎn)生近似均勻的直方圖。對(duì)一副圖像進(jìn)行直方圖均衡化處理，然后在

23、進(jìn)行一次直方圖均衡化處理，結(jié)果不會(huì)發(fā)生變化。理由是：（1）對(duì)于不同的圖像，只要具有相同的灰度分布情況，其對(duì)應(yīng)的灰度直方圖是一致的；（2）任意一副圖像都有唯一的與其對(duì)應(yīng)的一個(gè)灰度直方圖。對(duì)一副灰度級(jí)為2的n次方且已經(jīng)直方圖均衡化的圖像能否用變長(zhǎng)編碼方法進(jìn)行壓縮？效果如何？答：能。因?yàn)橹狈綀D均衡化并不能消除圖像中的冗余信息和不相干信息。如果均衡化過程中沒有發(fā)生灰度合并，則壓縮效率與均衡化無(wú)關(guān)；如果發(fā)生了灰度合并，則壓縮效率會(huì)有所提高。8、將高頻加強(qiáng)和直方圖均衡相結(jié)合是得到邊緣銳化和對(duì)比度增強(qiáng)的有效方法。上述兩個(gè)操作 的先后順序?qū)Y(jié)果有影響嗎？為什么？答：有影響，應(yīng)先進(jìn)行高頻加強(qiáng)，再進(jìn)行直方圖均衡化

24、。高頻加強(qiáng)是針對(duì)通過高通濾波后的圖像整體偏暗，因此通過提高平均灰度的亮度，使圖像的視 覺鑒別能力提高。再通過直方圖均衡化將圖像的窄帶動(dòng)態(tài)范圍變?yōu)閷拵?dòng)態(tài)范圍，從而達(dá)到提 高對(duì)比度的效果。若先進(jìn)行直方圖均衡化，再進(jìn)行高頻加強(qiáng)，對(duì)于圖像亮度呈現(xiàn)較強(qiáng)的兩極現(xiàn) 象時(shí)，例如多數(shù)像素主要分布在極暗區(qū)域，而少數(shù)像素存在于極亮區(qū)域時(shí)，先直方圖均衡化會(huì) 導(dǎo)致圖像被漂白，再進(jìn)行高頻加強(qiáng)，獲得的圖像邊緣不突出，圖像的對(duì)比度較差。9什么是圖像平滑？試述均值濾波的基本原理。解：為了去除或減弱圖像中的噪聲，可以對(duì)圖像進(jìn)行平滑處理， 稱為圖像平滑。大部分的噪聲都可以看作是隨機(jī)信號(hào)， 它們對(duì)圖像的影響可以看作是孤立的。 對(duì)于

25、某一像素而言， 如 果它與周圍像素點(diǎn)相比，有明顯的不同，我們就認(rèn)為該點(diǎn)被噪聲感染了。 基于這樣的分析， 我們 可以用求均值的方法，來(lái)判斷每一點(diǎn)是否含有噪聲，并用適當(dāng)?shù)姆椒ㄏl(fā)現(xiàn)的噪聲。10.平滑和銳化濾波器的異同及聯(lián)系？答：同：都能減弱或消除傅葉空間的某些分量，而不影響或較少影響其他分量，從而達(dá)到增強(qiáng) 某些頻率分量的效果。異：平滑減弱或消除傅葉空間的高頻分量，達(dá)到了增強(qiáng)低頻分量、平滑 圖像細(xì)節(jié)的效果；銳化減弱或消除傅葉空間的低頻分量，達(dá)到了增強(qiáng)高頻分量、銳化圖像細(xì)節(jié) 的效果。聯(lián)系：兩者效果相反，互為補(bǔ)充，從原始圖像中減去平滑濾波器的結(jié)果得到銳化濾波 器的效果，反之亦然。11.圖像增強(qiáng)時(shí)，平

26、滑和銳化有哪些實(shí)現(xiàn)方法？答：平滑的實(shí)現(xiàn)方法：鄰域平均法，中值濾波，多圖像平均法，頻域低通濾波法。銳化的實(shí)現(xiàn)方法：微分法，高通濾波法。12.什么是中值濾波，有何特點(diǎn)？解：中值濾波是非線性的處理方法，在去噪的同時(shí)可以兼顧到邊界信息的保留。中值濾波首先選一個(gè)含有奇數(shù)點(diǎn)的窗口W,將這個(gè)窗口在圖像上掃描， 把該窗口中所含的 像 素點(diǎn)按灰度級(jí)的升（或降）序排列，取位于中間的灰度值，來(lái)代替該點(diǎn)的灰度值。13.什么是中值濾波及其它的原理？答：中值濾波是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號(hào)處理技術(shù)，基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替，讓周圍的像素值接近的真實(shí)值

27、，從而消除孤立的噪聲點(diǎn)。特點(diǎn)：是一種非線性的圖像平滑法，它對(duì)脈沖干擾級(jí)椒鹽噪聲的抑制效果好，在抑制 隨機(jī)噪聲的同時(shí)能有效保護(hù)邊緣少受模糊。14.圖像空域增強(qiáng)與頻域增強(qiáng)的基本原理答：頻域增強(qiáng)是指在圖像的頻率域內(nèi)，對(duì)圖像的變換系數(shù)（頻率成分）直接進(jìn)行運(yùn)算，然后通過傅里葉逆變換以獲得圖像的增強(qiáng)效果?？沼蛟鰪?qiáng)是在圖像上直接進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，基本上是以灰度映射變換的。15.頻域增強(qiáng)與空域增強(qiáng)有何不同答：空域增強(qiáng)是在圖像上直接進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，常見的處理方法有：線性拉伸、直方圖均衡化等。頻域增強(qiáng)主要有基于傅里葉變換的算法、基于小波變換的算法等。二者在圖像增強(qiáng)時(shí)都已產(chǎn)生“振鈴”現(xiàn)象。16.高通濾波與低通濾波有何特點(diǎn)

28、？答：低通濾波器容許低頻信號(hào)通過，但減少頻率高于截止頻率的信號(hào)的通過。對(duì)于不同濾波器而言，每個(gè)頻率的信號(hào)的減弱程度不同。高通濾波器是去掉信號(hào)中不必要的低頻成分，去掉低頻干擾的濾波器。高通濾波器和低通濾波器常常成對(duì)出現(xiàn)，無(wú)論哪一種，都是為了把一定的17.什么叫同態(tài)濾波？有何特點(diǎn)？答：同態(tài)濾波是一種在頻域中對(duì)圖像同時(shí)進(jìn)行圖像對(duì)比度增強(qiáng)和壓縮圖像亮度范圍的濾波方法。同態(tài)濾波可以使圖像處理符合人眼對(duì)于亮度響應(yīng)的非線性特性，避免了直接對(duì)圖像進(jìn)行傅里葉變換處理的失真。18.對(duì)于椒鹽噪聲，為什么中值濾波效果比均值濾波效果好？答：椒鹽噪聲是復(fù)制近似相等但隨機(jī)分布在不同的位置上，圖像中又干凈點(diǎn)也有污染點(diǎn)。中值濾

29、波是選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)來(lái)代替污染點(diǎn)的值，所以處理效果好。因?yàn)樵肼暤木挡粸?，所以均值濾波不能很好地去除噪聲。19.理想低通濾波器缺點(diǎn)?答：會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的模糊和振鈴現(xiàn)象，半徑越小，模糊和振鈴越明顯，平滑效果也越差。振 鈴原因：時(shí)域圖，頻域圖，旁瓣圍繞橫坐標(biāo)震動(dòng)，所以。20.二維傅里葉變換的分離性有什么實(shí)際意義？解：該性質(zhì)表明，一個(gè)二維傅里葉變換可由連續(xù)兩次一維傅里葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)的方法如下圖所示：21.給出一維連續(xù)圖像函數(shù)傅里葉變換的定義，并描述空間頻率的概念。（10分）答：1一維連續(xù)圖像函數(shù) 丿的傅立葉變換定義為:（5分）2空間頻率是指單位長(zhǎng)度內(nèi)亮度作周期變化的次數(shù)。（亡xp /2加7）二co

30、s-Jsin ZTT（你）考慮的最大值直線在坐標(biāo)軸上的截距為，則表示空間周期，二即為空間頻率。（3分）22.傅里葉變換在圖像處理中有著廣泛的應(yīng)用，請(qǐng)簡(jiǎn)述其在圖像的高通濾波中的應(yīng)用原理。圖像經(jīng)過傅里葉變換后，景物的概貌部分集中在低頻區(qū)段，景物的細(xì)節(jié)部分集中在高頻區(qū)段， 可以通過圖像的高通濾波將圖像中景物的細(xì)節(jié)提取出來(lái)。具體做法是，將傅里葉變換得到頻譜 圖的低頻部分強(qiáng)制為0，而將高頻部分2分）對(duì)于傅立葉變換基函數(shù)/（x）巳年疋*血的信息保持不變，就相當(dāng)于使用一個(gè)只保持高頻部分信 息不變，而低頻信息被完全抑制的高通濾波器作用在原始圖像上。將經(jīng)過這樣處理后的頻譜進(jìn) 行傅里葉逆變換，就可以得到圖像的細(xì)節(jié)

31、部分。23.傅里葉變換在圖像處理中有著廣泛的應(yīng)用，請(qǐng)簡(jiǎn)述其在圖像的低通濾波中的應(yīng)用原理。圖像經(jīng)過傅里葉變換后，景物的概貌部分集中在低頻區(qū)段，景物的細(xì)節(jié)部分集中在高頻區(qū)段，可以通過圖像的低通濾波將圖像中景物的概貌提取出來(lái)。具體做法是，將傅里葉變換得到頻譜 圖的高頻部分強(qiáng)制為0，而將低頻部分的信息保持不變，就相當(dāng)于使用一個(gè)只保持低頻部分信 息不變，而高頻信息被完全抑制的低通濾波器作用在原始圖像上。將經(jīng)過這樣處理后的頻譜進(jìn) 行傅里葉逆變換，就可以得到圖像的概貌部分。24.什么是小波？小波基函數(shù)和傅里葉變換基函數(shù)有何區(qū)別？ 解：小波信號(hào)的非零點(diǎn)是有限的。 它與傅里葉變換的基函數(shù) （三角函數(shù)、 指數(shù)信號(hào)

32、） 是 不同的， 傅里葉變換的基函數(shù)從負(fù)無(wú)窮到正無(wú)窮都是等幅振蕩的。25.傅里葉變換、加窗傅里葉變換和小波變換的時(shí)間頻率特性有什么不同？ 解：傅里葉變換使得時(shí)間信號(hào)變成了頻域信號(hào)， 加窗傅里葉變換使得時(shí)間信號(hào)變成了時(shí) 頻信號(hào)， 但是窗口是固定的，小波變換同樣變成了視頻信號(hào)，但是時(shí)頻的窗口是變化的。26.均值濾波器對(duì)高斯噪聲的濾波效果如何？試分析其中的原因。均值濾波器的濾波原理是：在圖像上，對(duì)待處理的像素給定一個(gè)模板，該模板包括了其周圍的鄰近像素。將模板中的全體像素的均值來(lái)替代原來(lái)的像素值的方法。均值濾波器對(duì)高斯噪聲的濾波結(jié)果較好。原因：高斯噪聲是幅值近似正態(tài)分布，但分布在每點(diǎn)像素上。因?yàn)檎龖B(tài)分

33、布的均值為0，所以均值濾波可以消除噪聲。27.簡(jiǎn)述均值濾波器對(duì)椒鹽噪聲的濾波原理，并進(jìn)行效果分析。均值濾波器的濾波原理是：在圖像上，對(duì)待處理的像素給定一個(gè)模板，該模板包括了其周圍的鄰近像素。將模板中的全體像素的均值來(lái)替代原來(lái)的像素值的方法。均值濾波器對(duì)椒鹽噪聲的濾波結(jié)果不好。原因：椒鹽噪聲是幅值近似相等但隨機(jī)分布在不同位置上，圖像中有干凈點(diǎn)也有污染點(diǎn)。因?yàn)樵肼暤木挡粸?，所以均值濾波不能很好地去除噪聲點(diǎn)。28.中值濾波器對(duì)椒鹽噪聲的濾波效果如何？試分析其中的原因。中值濾波器的濾波原理是：在圖像上，對(duì)待處理的像素給定一個(gè)模板，該模板包括了其周圍的鄰近像素。取模板中排在中間位置上的像素的灰度值替

34、代待處理像素的值，就可以達(dá) 到濾除噪聲的目的。中值濾波器對(duì)椒鹽噪聲的濾波效果較好。 原因：椒鹽噪聲是幅值近似相等但隨機(jī)分布在不同位置上，圖像中有干凈點(diǎn)也有污染點(diǎn) 。使用中值濾波時(shí)，被污染的點(diǎn)一般不處于中值的位置，即選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)來(lái)替代污染點(diǎn)的值 ，所以處理效果好。29.使用中值濾波器對(duì)高斯噪聲和椒鹽噪聲的濾波結(jié)果相同嗎？為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？ 中值濾波器對(duì)椒鹽噪聲的濾波效果較好，對(duì)高斯噪聲的處理效果不好。中值濾波器的濾波原理是：在圖像上，對(duì)待處理的像素給定一個(gè)模板，該模板包括了其 周圍的鄰近像素。取模板中排在中間位置上的像素的灰度值替代待處理像素的值，就可以達(dá) 到濾除噪聲的目的。原因：椒鹽噪聲是

35、幅值近似相等但隨機(jī)分布在不同位置上，圖像中有干凈點(diǎn)也有污染點(diǎn)。使用中值濾波時(shí)，被污染的點(diǎn)一般不處于中值的位置，即選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)來(lái)替代污染點(diǎn)的值 ，所以處理效果好。高斯噪聲是幅值近似正態(tài)分布，但分布在每點(diǎn)像素上。找不到干凈的點(diǎn) 來(lái)替代被污染的點(diǎn)，故處理效果不好。30.使用均值濾波器對(duì)高斯噪聲和椒鹽噪聲的濾波結(jié)果相同嗎？為什么會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？ 均值濾波器對(duì)高斯噪聲的濾波結(jié)果較好，對(duì)椒鹽噪聲的濾波結(jié)果不好。均值濾波器的濾波原理是：在圖像上，對(duì)待處理的像素給定一個(gè)模板，該模板包括了其 周圍的鄰近像素。將模板中的全體像素的均值來(lái)替代原來(lái)的像素值的方法。原因:高斯噪聲是幅值近似正態(tài)分布，但分布在每點(diǎn)像素上。

36、因?yàn)檎龖B(tài)分布的均值為0，所以均值濾波可以消除噪聲。椒鹽噪聲是幅值近似相等但隨機(jī)分布在不同位置上，圖像中有干凈點(diǎn)也有污染點(diǎn)。因?yàn)樵肼暤木挡粸?,所以均值濾波不能很好地去除噪聲點(diǎn)。31.幾種邊緣檢測(cè)算子的優(yōu)缺點(diǎn)？答：Roberts算子：邊緣定位精度高，但容易丟失一部分邊緣，不具備抑制噪聲的能力。該算子對(duì)具有陡峭邊緣且含噪聲少的圖像效果較好。Sobel算子和Prewitt算子：對(duì)圖像先進(jìn)行加權(quán)平滑處理，所以對(duì)噪聲有一定的抑制能力，檢測(cè)出的邊緣容易出現(xiàn)多像素寬度。拉普拉斯算子：對(duì)圖像中的階躍型邊緣點(diǎn)定位準(zhǔn)確，使噪聲成分得到加強(qiáng)，造成一些不連續(xù)的檢測(cè)邊緣，抗噪能力差。LG改善了抑制噪聲的能力，圖像中的

37、尖銳邊緣無(wú)法檢測(cè)到。Canny：具有較強(qiáng)噪聲的能力，將一些高頻邊緣平滑掉了，造成緣丟失。32.簡(jiǎn)述梯度法與Laplacian算子檢測(cè)邊緣的異同點(diǎn)?答：梯度算子和Laplacian檢測(cè)邊緣對(duì)應(yīng)的模板分別為（梯度算子）（Laplacia n算子）梯度算子是利用階躍邊緣灰度變化的一階導(dǎo)數(shù)特性，認(rèn)為極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)于邊緣點(diǎn)；而Laplacian算子檢測(cè)邊緣是利用階躍邊緣灰度變化的二階導(dǎo)數(shù)特性，認(rèn)為邊緣點(diǎn)是零交叉點(diǎn)。（2分）相冋點(diǎn)都能用于檢測(cè)邊緣，且都對(duì)噪聲敏感。33、簡(jiǎn)述梯度法與Laplacian算子檢測(cè)邊緣的異同點(diǎn)？ 答：梯度算子和Laplacian檢測(cè)邊緣對(duì)應(yīng)的模板分別為（梯度算子）（Laplacia

38、n算子）（2分）梯度算子是利用階躍邊緣灰度變化的一階導(dǎo)數(shù)特性，認(rèn)為極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)于邊緣點(diǎn)；而Laplacian算子檢測(cè)邊緣是利用階躍邊緣灰度變化的二階導(dǎo)數(shù)特性，認(rèn)為邊緣點(diǎn)是零交叉點(diǎn)。（2分）相同點(diǎn)都能用于檢測(cè)邊緣，且都對(duì)噪聲敏感。（34.偽彩色增強(qiáng)與假彩色增強(qiáng)有何異同點(diǎn)? 答：偽彩色增強(qiáng)是對(duì)一幅灰度圖象經(jīng)過三種變換得到三幅圖象，進(jìn)行彩色合成得到一幅彩色圖 像；假彩色增強(qiáng)則是對(duì)一幅彩色圖像進(jìn)行處理得到與原圖象不同的彩色圖像；主要差異在于處 理對(duì)象不同。（4）相同點(diǎn)是利用人眼對(duì)彩色的分辨能力高于灰度分辨能力的特點(diǎn)，將目標(biāo)用人眼敏感的顏色表示。11-4111分）（1分）35.偽彩色增強(qiáng)和真彩色增強(qiáng)有何

39、異同點(diǎn)。答：偽彩色增強(qiáng)是將一幅灰度圖像變換為彩色圖像，從而將人眼難以區(qū)分的灰度差異變換為極 易區(qū)分的色彩差異。它實(shí)質(zhì)上只是一個(gè)圖像的著色過程，是一種灰度到彩色的映射技術(shù)。而真 彩色增強(qiáng)則是對(duì)原始圖像本身所具有的顏色進(jìn)行調(diào)節(jié)，是一個(gè)彩色到彩色的映射過程。36.真彩色圖像與索引圖像的文件結(jié)構(gòu)真彩色圖像索引圖像文件頭文件頭信息頭信息頭像素的RGB彩色模型像素的調(diào)色板索引值1 1將M M幅圖像相加求平均町以起到消除噪蘆的效社 用一個(gè)nXnnXn的模板進(jìn)行平滑濾波也可 以起到消除噪聲的效果.試比較這兩種方法的泊囁效將M M幅圖像相加求平均利用了M M幅圖像中同一位置的M M個(gè)像索的 平均值.用一 個(gè)n

40、n切的模板進(jìn)行平潸濾波利丿| 了同一幅圖俾中的ZnZn個(gè)俾羸的平均你因?yàn)閰⒇甑南窳F個(gè) 數(shù)越頭 消除嗓由的能力越賤.加以如果卜1Nn1Nn 則前者消除噪聲的效果較好.反Z Z則后 者湄除噪聲的效果較好。2.H H像鋭化與陽(yáng)俾半湄竹何區(qū)別與聯(lián)系?圖彖銳化是用J J增強(qiáng)邊緣導(dǎo)致高頻分量增解 會(huì)使國(guó)像消晰；陽(yáng)象丫羽川J JN 嵯. 對(duì)圖像扁頻分粧即圖像邊緣會(huì)有影響。都屬于圖象增強(qiáng)改著圖像效果.3 3比較均值池波和屮備池汲則闖像的椒鹽噪川和高期嗥M M抑制過科中的優(yōu)坍.并說明其總 因.對(duì)于椒旅噪聲中值濾波效果比均值濾波效柴好。其康因?yàn)椋航符}噪聲是啊值近似 相尊但隨機(jī)分布在不同位置上，圖像中有干凈點(diǎn)也有污

41、染點(diǎn).屮値海波是選擇適巧的點(diǎn)來(lái) 代污染山曲值擠以處理效果好。因?yàn)樵肼暤木挡粸?,0,所以均值濾波不能很好地公除嗓 5 對(duì)于高斯噪聲.均I I二撤果比中值濾波效果好其原因是二局斯噪聲是幅值近似正 彷布.但分布在每點(diǎn)像素耳 因?qū)澯孟裰械拿奎c(diǎn)祁是污染門中值濾波選不到合適的F F凈點(diǎn)。因?yàn)檎龖B(tài)分布的均值為0 0所以浪亦統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué).均值叮以消除噪向。丄偽彩色增強(qiáng)和假彩色增強(qiáng)仃何片同點(diǎn)？偽彩色增議是對(duì)一幅灰度用彖紳過三種變換得到三幅用絞進(jìn)行彩色合成得到一 則彩色圖佻 假彩色増蟲則是對(duì) 郵彩色網(wǎng)像進(jìn)彳處理碼到與級(jí)圖念不同狗彩色圈像：主要 差異在于處理對(duì)線不同利I I同點(diǎn)是利用人眼對(duì)彩色的分辨能力站灰度分辨能

42、力的特點(diǎn).將U U標(biāo)用人I I赧放感的瀕色衣示.1.已知的圖像數(shù)據(jù)如圖所示，請(qǐng)計(jì)算：（15分）a 丿，的離散傅里葉變換；b、丿的哈德瑪變換。414424422呂4関3函二-胃E 打MzyywIfex易+1J3(5V)01U淫7(ss4一1一丄1-一一一11丄1(3V)6 61 1111A41卩1111 -11-124421 -11-11 1-1-12442 1 1-1-11 -1-1114411 -1-11對(duì)圖像的卷積與拉普拉斯算子對(duì)圖像1運(yùn)算結(jié)果之間的關(guān)系。（15分） 答：；-：；廬F：一，= F!- =F=池廳（叭巧+（J2加）7M=_32）用（%）2相當(dāng)于原圖像與拉普拉斯算子運(yùn)算之差（3

43、分）。因?yàn)?400-400000000-2000-41100-10ClCl0000-500-1（3分）2.寫出頻域拉普拉斯算子的傳遞函數(shù)，并說明掩模矩陣0-10-15-10-10it.2 22 20 1 01 -4 10 1 0分）3.如圖為一幅16級(jí)灰度的圖像。 請(qǐng)寫出均值濾波和中值濾波的3x3濾波器；說明這兩種濾波器各自的特點(diǎn)；并寫出兩種濾波器對(duì)下圖的濾波結(jié)果（只處理灰色區(qū)域，不處理邊界）。（分）均值濾波:（2分）拉式算子:-11 -4-1（2分）所以:15（3中值濾波:22Ai2212302 22213rJ2（3分）4.設(shè)原圖像為：247435464 44,求經(jīng)過中值濾波后的值，中值 濾

44、波取一維的模板如下圖b所示，待處理像素的灰度取這個(gè)模板中的灰度的中值。邊界點(diǎn)保 持不變。371-JDQH-1m+2解:2 4 4 4 4 4 4 4 4 41.設(shè)圖像為:12i43I1023452t5S85510E5a789請(qǐng)使用以下模板對(duì)其進(jìn)行均值濾波處理，寫出處理過程和結(jié)果。4.設(shè)圖像為:12 2143 3110234 4526885510g5678P請(qǐng)使用3X3的模板對(duì)其進(jìn)行中值濾波處理，寫出處理過程和結(jié)果。5、 設(shè)一幅圖像有如圖所示直方圖，對(duì)該圖像進(jìn)行直方圖均衡化，寫出均衡化過程，并畫出均衡化后的直方圖。若在原圖像一行上連續(xù)8個(gè)像素的灰度值分別為：0、1、2、3、4、5、6、7,則均衡

45、后，他們的灰度值為多少？k答：skp(ri),k=0,1,7,用累積分布函數(shù)(CDF作為變換函數(shù)Tr處理時(shí),i 0均衡化的結(jié)果使動(dòng)態(tài)范圍增大。riPr(ri)Sk計(jì)Q并SkPr(Sk)ro=O0.1740.1741/7So=1/70.1741=1/70.0880.2622/7r2=2/70.0860.3482/7S1=2/70.174r3=3/70.080.4283/7r4=4/70.0680.4963/7S2=3/70.148r5=5/70.0580.5544/7r6=6/70.0620.6164/7S3=4/70.1207=10.38411S4=10.384均衡化后的直方圖:0、1、2、3

46、、4、5、6、7均衡化后的灰度值依次為1、2、2、3、3、4、4、7 6、理想低通濾波器的截止頻率選擇不恰當(dāng)時(shí)，會(huì)有很強(qiáng)的振鈴效應(yīng)。試從原理上解釋振鈴效應(yīng)的產(chǎn)生原因。（10分）答：理想低通濾波器（頻域）的傳遞函數(shù)為:濾波器半徑交叉部分（側(cè)面圖）H(u,v)1D(u,v) Do0D(u, v) Do對(duì)應(yīng)空間域(進(jìn)行傅立葉反變換，為sine函數(shù))用理想低通濾波器濾波時(shí)，頻域：G(u,v) F(u,v)H(u,v)，傅立葉反變換到時(shí)域有:g(x, y) f(x, y)* h(x, y)，頻域相乘相當(dāng)于時(shí)域作卷積。因此，圖像經(jīng)過理想低通濾波器 后，時(shí)域上相當(dāng)于原始圖像與sine函數(shù)卷積，由于sine函

47、數(shù)振蕩，則卷積后圖像也會(huì)振蕩;或者說由于sine函數(shù)有兩個(gè)負(fù)邊帶，卷積后圖像信號(hào)兩側(cè)出現(xiàn)“過沖現(xiàn)象”，而且能量不 集中，即產(chǎn)生振鈴效應(yīng)。若截止頻率越低，即DO越小，則sine函數(shù)主瓣越大，表現(xiàn)為中心環(huán)越寬，相應(yīng)周圍環(huán)(旁 瓣)越大。而中心環(huán)主要決定模糊，旁瓣主要決定振鈴效應(yīng)。因此當(dāng)介質(zhì)頻率較低時(shí)，會(huì)產(chǎn) 生很強(qiáng)的振鈴效應(yīng)。選擇適當(dāng)?shù)慕刂诡l率，會(huì)減小振鈴效應(yīng)。第四章圖像編碼與壓縮1.什么是圖像的無(wú)損壓縮？給出2種無(wú)損壓縮算法。圖像的無(wú)損壓縮是指壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)(或稱為還原，或稱為解壓縮)，重構(gòu)后的信息與原來(lái)的信息完全相同的壓縮編碼方式。無(wú)損壓縮用于要求重構(gòu)的信息與原始信息完全致的場(chǎng)合。常用的無(wú)

48、損壓縮算法包含行程編碼、霍夫曼編碼等。2.討論圖像壓縮方法的分類及其各自的特點(diǎn)。答： 一般數(shù)據(jù)壓縮按信息損失的程度來(lái)分類。見教材圖5.2： 常見數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的分類。無(wú) 損壓縮：Huffman編碼和Shannon編碼根據(jù)概率分布特性確定碼長(zhǎng)； 游程編碼根據(jù)連 續(xù)灰度的游程來(lái)確定編碼； 算術(shù)編碼隨信源數(shù)據(jù)不斷縮小的實(shí)數(shù)區(qū)間， 然后用一個(gè)與實(shí)數(shù)對(duì) 應(yīng)的二進(jìn)制碼代表被編碼的信息；輪廓編碼根據(jù)相同灰度的區(qū)域邊界線進(jìn)行編碼。有損壓縮：預(yù)測(cè)編碼根據(jù)相鄰像素相關(guān)性來(lái)確定后繼像素的預(yù)測(cè)值， 若用差值進(jìn)行編碼 則可 以壓縮數(shù)據(jù)量；變換編碼對(duì)原始圖像進(jìn)行正交變換， 在 變換域進(jìn)行抽樣達(dá)到壓縮的目的； 混合 編碼將兩

49、種編碼方法結(jié)合起來(lái)，如將預(yù)測(cè)編碼與變換編碼相結(jié)合，以取得更好的效果。在現(xiàn)代壓縮編碼方法中， 分形編碼利用宏觀與微觀的相似性來(lái)壓縮數(shù)據(jù)量， 可以獲得極 大的 壓縮比。該方法壓縮過程的計(jì)算量較大， 但解壓縮很快， 適用于圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和重現(xiàn)。3.大部分視頻壓縮方法是有損壓縮還是無(wú)損壓縮？為什么？答：視頻比靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)量更大， 同時(shí)可壓縮的冗余信息更多。 大部分視頻壓縮方法是以人眼感覺無(wú)明顯失真為依據(jù)的， 因此采用有損壓縮。 事實(shí)上，視頻可以看成是一幅幅不同 但相關(guān)的靜態(tài)圖像的時(shí)間序列。 因此，靜態(tài)圖像的壓縮技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)可以直接應(yīng)用于視頻的單 幀圖像。另外，利用視頻幀間信息的冗余可以大大提高視頻的壓縮

50、比。4.若圖像上任意兩像素點(diǎn)的亮度電平值相等或者任意兩時(shí)刻同一位置上的像素的亮 度 電平值相等，能夠說明上述兩種情況下像素相關(guān)嗎？為什么？答：不能。像素的空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性是以空間和時(shí)間的相鄰性為基礎(chǔ)的。因此， 圖 像上任意兩像素點(diǎn)的亮度電平值相等或者任意兩時(shí)刻同一位置上的像素的亮度電平值相 等帶有偶然性，不能說明兩像素相關(guān)。5、圖像壓縮質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法？答：分為主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。 主觀評(píng)價(jià)需要人的參與， 能直接反映人眼的感受。 客觀評(píng)價(jià) 方法用恢復(fù)圖像偏離原始圖像的誤差來(lái)衡量恢復(fù)圖像的質(zhì)量。 常用的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)有均方差 和峰值信噪比。6.圖像編碼（壓縮）基本原理是什么？數(shù)字圖像的冗余表現(xiàn)

51、有哪幾種表現(xiàn)形式?答:表示圖像需要的大量數(shù)據(jù)是高度相關(guān)的，或者說存在冗余信息， 去掉這些冗余信息后可以有效壓縮圖像，同時(shí)又不會(huì)損害圖像的有效信息。圖8.如何衡量圖像編碼壓縮方法的性能？像數(shù): 一般地，圖像壓縮應(yīng)能做到壓縮比大、算法簡(jiǎn)單、易于用硬件和軟件實(shí)現(xiàn)、壓縮和 據(jù)壓縮實(shí)時(shí)性好、解壓縮恢復(fù)的圖像失真小等。但這些指標(biāo)對(duì)同一壓縮方法很難統(tǒng)一，在實(shí)量圖像編碼（壓縮）基本原理是什么？數(shù)字圖像的冗余表現(xiàn)有哪幾種表現(xiàn)形式?表示圖像需要的大量數(shù)據(jù)是高度相關(guān)的， 或者說存在冗余信息，去掉這些冗余信息后可 冗有效壓縮圖像，同時(shí)又不會(huì)損害圖像的有效信息。 需需余：空間冗余、時(shí)間冗余、視覺冗余、.從哪些方面說明數(shù)

52、據(jù)壓縮的必要性??。翰捎脭?shù)字技術(shù)會(huì)使信號(hào)處理的性能大為提高，但其數(shù)據(jù)量的增加也是十分驚人的。是客像數(shù)據(jù)更是多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)重點(diǎn)研究的壓縮對(duì)象。不加壓縮的圖像數(shù)據(jù)是計(jì)算機(jī) 的處理速度、通信信道的容量等所無(wú)法承受的。這樣的數(shù)據(jù)率是與當(dāng)前信息存儲(chǔ)介質(zhì)的容量、計(jì)算機(jī)的總線速度以及網(wǎng)絡(luò)的傳輸率不匹配的。盡管人們?cè)诖鎯?chǔ)介質(zhì)、 總線結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)性能等方面不斷有新的突破,的增 長(zhǎng)速度遠(yuǎn)超過硬件設(shè)施的提高水平，以上的矛盾仍然無(wú)法緩解。冗余：空間冗余、時(shí)間冗余、視覺冗余、7.數(shù)據(jù)沒有冗余度能否壓縮？為什么？信息熵冗余、結(jié)構(gòu)冗余和知識(shí)冗余。信息熵冗余、結(jié)構(gòu)冗余和知識(shí)冗余。但數(shù)據(jù)量權(quán)圖如果將上述圖像信號(hào)壓縮幾倍、

53、十幾倍，甚至上百倍，將十分有利于圖像的傳輸和存儲(chǔ)?？梢姡诂F(xiàn)有硬件設(shè)施條件下，對(duì)圖像信號(hào)本身進(jìn)行壓縮是解決上述矛盾的主要出路。11.簡(jiǎn)述預(yù)測(cè)編碼中無(wú)損編碼和有損編碼兩者的異同？I答：同：通過僅提取每個(gè)象素中的新增信息并對(duì)它們編碼，來(lái)消除象素間的冗余。異：無(wú)損壓縮編碼包括預(yù)測(cè)和編碼兩個(gè)過程， 有損壓縮編碼是在此基礎(chǔ)上多了一個(gè)量化器，并由其決定壓縮比和失真量。無(wú)損編碼是可逆的，即從壓縮后的數(shù)據(jù)可以完全恢復(fù)原來(lái)的圖像，信息沒有丟失。有損編碼是不可逆的，即從壓縮后的數(shù)據(jù)無(wú)法完全恢復(fù)原來(lái)的圖像，信息有一定損失。I12. Huffma n編碼是最佳編碼，為什么還要研究算術(shù)編碼等其他熵編碼算法？答：題5.1

54、2中討論了Huffman編碼的優(yōu)缺點(diǎn)，其他熵編碼方法可以在某些性能上克服Huffman編碼的不足。女口，雖然算術(shù)編碼的硬件實(shí)現(xiàn)比Huffman編碼方法復(fù)雜，但對(duì)圖像的編碼測(cè)試結(jié)果表明，在信源符號(hào)概率接近的條件下，算術(shù)編碼效率高于Huffman編碼。13. Huffman編碼有何優(yōu)缺點(diǎn)？答：Huffman編碼在無(wú)失真的編碼方法中效率優(yōu)于其他編碼方法，是一種最佳變長(zhǎng)碼， 其平均碼長(zhǎng)接近于熵值。但當(dāng)信源數(shù)據(jù)成分復(fù)雜時(shí)，龐大的信源集致使Huffman碼表較大，碼 表生成的計(jì)算量增加，編譯碼速度相應(yīng)變慢；另外不等長(zhǎng)編碼致使硬件譯碼電路實(shí)現(xiàn)困難。上述原因致使Huffman編碼的實(shí)際應(yīng)用受到限制。14. H

55、uffman編碼的特點(diǎn)？答：碼字不唯一實(shí)時(shí)硬件實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜，而且在抗誤碼能力方面也比較差依賴于信源的統(tǒng)計(jì)特性，應(yīng)用受到限制只能用近似的整數(shù)位來(lái)表示單個(gè)符號(hào)，而不是理想的小數(shù)，所以Huffman編碼無(wú)法達(dá)到最理想的壓縮效果。15.算術(shù)編碼有何優(yōu)點(diǎn)？舉例說明其適用范圍。答：在信源符號(hào)概率接近的條件下，算術(shù)編碼效率高于Huffma n編碼。因此，在擴(kuò)展的JPEG系統(tǒng)中用算術(shù)編碼取代了Huffman編碼。另外，算術(shù)編碼除了常見的基于概率統(tǒng)計(jì)的模式外，還有自適應(yīng)模式。在這種模式下，各個(gè)符號(hào)的初始概率相同，它們依據(jù)出現(xiàn)的符號(hào) 而發(fā)生變化。這種模式特別適用于不便于進(jìn)行符號(hào)概率統(tǒng)計(jì)的實(shí)際場(chǎng)合中。16.圖像處理中

56、正交變換的目的是什么？圖像變換主要用于那些方面？解：正交變換可以使得圖像能量主要集中分布在低頻率成分上，邊緣和線信息反映在高頻率成分上。因此正交變換廣泛應(yīng)用在圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、特征提取、圖像編碼壓縮和形狀分析等方面。17.在圖像變換編碼中為什么要對(duì)圖像進(jìn)行分塊？簡(jiǎn)述DCT編碼的原理及基本過程？答：為了提高壓縮效率，考慮到局部子塊中圖像的相關(guān)性強(qiáng)的事實(shí)，一般會(huì)將圖像分成8*8的子塊，對(duì)每個(gè)子塊獨(dú)立的進(jìn)行DCT變換。19.討論混合編碼的優(yōu)點(diǎn)。答：混合編碼一般指將預(yù)測(cè)編碼與變換編碼相結(jié)合進(jìn)行編碼的方法。預(yù)測(cè)編碼根據(jù)相鄰像素相關(guān)性來(lái)確定后繼像素的預(yù)測(cè)值，若用差值進(jìn)行編碼則可以壓縮數(shù)據(jù)量；變換編碼對(duì)原

57、始圖像進(jìn)行正交變換，在變換域進(jìn)行抽樣達(dá)到壓縮的目的；混合編碼將兩種編碼方法結(jié)合起來(lái)，可以發(fā)揮兩種編碼方法的優(yōu)點(diǎn)，取得更好的效果。20.壓縮編碼算法很多，為什么還要采用混合壓縮編碼？請(qǐng)舉例說明。壓縮編碼算法很多，比如行程編碼、霍夫曼編碼等。每種不同的壓縮編碼方法具有各自不同的特點(diǎn)。比如行程編碼擅長(zhǎng)對(duì)多個(gè)重復(fù)數(shù)據(jù)連續(xù)出現(xiàn)的情況進(jìn)行編碼；霍夫曼編碼則可以有效地將出現(xiàn)頻率高、 低不同的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。 如果將不同的編碼方式巧妙的結(jié)合在一起 ，則可以達(dá)到更高的壓縮率，這就是混合壓縮編碼的思想。21.根據(jù)JPEG算法說明JPEG圖像顯示時(shí)會(huì)出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象的原因。答：由于JPEG算法將整幅圖像分成若干個(gè)8X8

58、的子塊，解碼也是以子塊為單位的， 所 以塊間的解碼誤差可能反映為方塊效應(yīng)，在視覺上會(huì)出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象。22.為什么二維DCT可以轉(zhuǎn)換成兩次一維DCT計(jì)算？27.有了離散傅里葉及其快速算法FFT,為什么還要提出離散余弦算法DCT及其快速算答：參考第3章圖像變換。二維變換可以分解成兩次變換，如先進(jìn)行變換，再進(jìn)行列變 換,或反之。23. J PEG在哪個(gè)步驟上壓縮了圖像的冗余信息？答：量化減少了數(shù)據(jù)間冗余，編碼減少了信息熵冗余。探JPEG編碼：原圖T子圖分割TDCT正交變換T量化器T熵編碼器T壓縮圖像24.簡(jiǎn)述JPEG的壓縮過程，并說明壓縮的有關(guān)步驟中分別減少了哪種冗余？答：分塊顏色空間轉(zhuǎn)換零偏置轉(zhuǎn)換

59、DCT變換量化符號(hào)編碼。顏色空間轉(zhuǎn)換，減少了心理視覺冗余；零偏置轉(zhuǎn)換，減少了編碼冗余；量化減少了心理視覺冗余；符號(hào)編碼由于是霍夫曼編碼加行程編碼，因此即減少了編碼冗余（霍夫曼編碼）又減少了像素冗余（行程編碼）。JPEG2000的過程：圖像分片、直流電平（DO位移，分量變換，離散小波變換、量化，熵編碼。25. DCT變換編碼的主要思想是什么？DCT變換編碼的思想是利用離散余弦變換對(duì)數(shù)據(jù)信息強(qiáng)度的集中特性，可以將數(shù)據(jù)中視覺上容易察覺的部分與不容易察覺的部分進(jìn)行分離，由此可以達(dá)到進(jìn)行有損壓縮的目的。26.簡(jiǎn)述DCT變換編碼的主要過程。第一步，將圖像分成8*8的子塊；第二步，對(duì)每個(gè)子塊進(jìn)行DCT變換；

60、第三步，將變換后的系數(shù)矩陣進(jìn)行量化，量化后，得到的矩陣左上角數(shù)值較大，右下部分為0;第四步，對(duì)量化后的矩陣進(jìn)行Z形掃描，以使得矩陣中為0的元素盡可能多的連在一起；第五步，對(duì)Z掃描結(jié)果進(jìn)行行程編碼；第六步，進(jìn)行熵編碼。法？為什么許多視頻國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將DCT作為幀內(nèi)編碼的基本壓縮算法？答：在所有的變換編碼方案中，離散K-L變換是最佳變換，理論價(jià)值較高，常常作為 對(duì) 其他變換特性進(jìn)行評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。 但此變換沒有快速算法， 在工程應(yīng)用中受到限制。 在次最 佳 變換算法中，DFT和DCT都是常用的變換編碼方法，它們分別有快速算法：FFT和FCT。這兩種方法相比較，DFT涉及到復(fù)數(shù)運(yùn)算，而DCT是實(shí)數(shù)變換具有十