數(shù)字圖像處理復(fù)習(xí)題(通信2010級)

《數(shù)字圖像處理》復(fù)習(xí)填空圖像按其亮度等級的不同，可以分成二值圖像〔只有黑白兩種亮度等級〕和灰度圖像〔有多種亮度等級〕兩種。廣義的圖像處理包含三個層次：圖像變換處理，圖像分析和圖像理解。圖像按其色調(diào)不同，可分為無色調(diào)的灰度〔黑白〕圖像和有色調(diào)的彩色圖像兩種。圖像的亮度一般可以用多變量函數(shù)來表示。根據(jù)圖像的成像模型，圖像函數(shù)f(x,y)可看作由入射分量和照射分量兩個分量的乘積來表征。色彩模型是用來量化地描述顏色的，常用的色彩模型包括RGB模型和HIS模型，其中RGB模型的三個分量分別表示空間某點顏色的紅、綠、藍的亮度值，HIS模型的三個分量分別用來描述顏色的色調(diào)、飽和度和強度。數(shù)字圖像對圖像進行采集、量化后得到的。圖像在空間上的離散化過程稱為取樣或抽樣。被選取的點成為取樣點、抽樣點或樣點，這些點也稱為像素。對每個取樣點灰度值的離散化過程稱為量化。量化等級越多〔多少〕，所得圖像層次越豐富，灰度分辨率越高〔高低〕，質(zhì)量越好，但數(shù)據(jù)量越大。數(shù)字圖像顯示質(zhì)量的主要由空間分辨率和灰度分辨率兩個因素決定。現(xiàn)要存儲一幅大小為M×N，灰度級為2g級的圖像需要M×N×g〔bit〕大小的存儲空間。常見的幾種圖片格式是：jpeg格式、png格式、bmp格式等。在將圖像轉(zhuǎn)換成其它形式進行處理時，對圖像施以的變換方法通常要求必須是正交變換，而且這種變換變換必須是可逆的?；叶戎狈綀D反映的是一幅圖像中灰度級和灰度級像素出現(xiàn)頻率之間的關(guān)系，我們可以利用直方圖來完成判斷圖像量化是否恰當(dāng)、確定二值化圖像閾值和計算物體面積等操作。圖像增強方法從增強的作用域出發(fā)，可分為空間域增強和頻率域增強兩種。圖像退化是圖像形成、傳輸和記錄的過程中，由于成像系統(tǒng)、傳輸介質(zhì)和設(shè)備的不完善，而引起圖像質(zhì)量的下降。圖像退化的典型表現(xiàn)為圖像模糊、失真、噪聲等。我們針對退化進行圖像復(fù)原的一般過程是：分析退化原因－>建立退化模型－>反向推演－>恢復(fù)圖像。圖像退化過程可以模型化為一個退化函數(shù)和一個加性噪聲作用，也即是在空間域中退化圖像可以用式子表示，頻率域中退化圖像可以用式子表示。在圖像處理中常見的隨機噪聲有均勻噪聲、高斯噪聲、脈沖〔椒鹽〕噪聲、瑞利噪聲、指數(shù)噪聲等等。被周期噪聲污染的圖像，只能在頻率〔頻率或空間〕域上才能較好的完成去噪的操作。圖像邊緣是指圖像中象素灰度值有階躍變化或屋頂狀變化的那些象素的集合。我們常常利用灰度變換曲線的導(dǎo)數(shù)在邊緣取極值和零交叉的特點來進行圖像的邊緣檢測。用函數(shù)來對圖像象素進行拉伸變換，其中r表示待變換圖像象素灰度值，假設(shè)系數(shù)，那么輸出圖像的象素灰度值范圍被拉伸〔拉伸或壓縮〕，圖像變〔暗或者亮〕。用函數(shù)來對圖像象素進行拉伸變換，其中f(x,y)表示待變換圖像象素灰度值，c為尺度比例參數(shù)。那么圖像的低灰度值區(qū)域被，而高灰度值區(qū)域被。直方圖均衡化是通過對原圖像進行某種變換，是原圖像的灰度直方圖被修正為均勻分布的直方圖的一種方法。空間域增強主要是利用模板〔掩模、濾波器〕操作領(lǐng)域來完成的?？臻g域?qū)D像進行平滑操作的目地是模糊圖像和去噪，對圖像進行銳化操作的目地是為了突出圖像中的邊緣和輪廓信息。在圖像的平滑操作中，鄰域加權(quán)平均的濾波器是屬于線性〔線性或非線性〕平滑濾波器，中值濾波器屬于非線性〔線性或非線性〕平滑濾波器。在圖像平滑操作中使用的非線性平滑濾波器，其原理是基于排序統(tǒng)計。引入微分算子對圖像進行銳化處理，得到的是原圖像的梯度圖像。在常見的污染圖像的加性噪聲中，只有被椒鹽噪聲污染的圖像是可以通過人眼直接識別的。對于被椒鹽和其他噪聲共同污染的圖像來說，選用修正后的阿爾法均值濾波器去噪效果最好。頻率域法是在圖像的變換域(或頻率域)上進行處理，增強我們感興趣的頻率分量，然后進行反變換，便得到增強了的圖像。在圖像處理中引入低通濾波器，用于抑制圖像中的高頻(高頻或低頻)成分，而使低頻(高頻或低頻)成分無阻通過，以此到達平滑圖像的目地。在圖像處理中引入高通通濾波器，用于抑制圖像中的低頻(高頻或低頻)成分，而使高頻(高頻或低頻)成分無阻通過，以此到達銳化圖像的目地。常見的幾何失真包括桶形失真、枕形失真和梯形失真。對幾何失真的圖像進行校正時，通常需要空間變化和灰度插值兩個步驟來完成?，F(xiàn)要將一幅6×7的圖像縮小2倍，縮小后圖像大小為3×4，選取原圖像的2,4,6行，2,4,6,7列來構(gòu)成新圖像?，F(xiàn)要將一幅4×8的圖像縮小3/4倍，縮小后圖像大小為3×6，選取原圖像的2,3,4行，2,3,4,6,7,8列來構(gòu)成新圖像。結(jié)構(gòu)元素必須在幾何上比原圖像簡單且有界。其形狀最好具有某種凸性，如圓形、十字架形、方形等。通常利用灰度值的不連續(xù)性和相似性來進行圖像分割，其中基于圖像邊緣的分割方法是利用灰度值的不連續(xù)性來分割圖像，區(qū)域分割是利用灰度值的相似性來分割圖像的。在提取圖像邊緣的時候，由于光照、噪聲等原因，很少能完整地提取出區(qū)域的邊界，因此，在檢測出邊緣像素點后，通常還需要進行邊緣跟蹤以獲取一條完整的邊界。在提取圖像邊緣時，如果想忽略圖像中的一些小細(xì)節(jié)，可以對圖像先做平滑操作，再提取邊緣。選定閾值T，對一幅圖像f(x,y)用處理后，得到的g(x,y)是一幅二值圖像。如果兩幅不同的圖像的灰度直方圖有可能〔有可能或沒有可能〕是一樣的。。圖像通信具有集成性、交互性和同步性三個特點。目前能支持圖像通信的傳輸網(wǎng)絡(luò)包括LAN、ADSL、N-ISDN和B-ISDN等。圖像通信系統(tǒng)分為效勞端系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)以及客戶端系統(tǒng)三個局部。圖像編碼與壓縮的目地就是要到達減少圖像信息量，而圖像質(zhì)量不受影響或質(zhì)量能夠滿足觀察者的要求。46、流媒體系統(tǒng)文件有壓縮格式、文件格式、發(fā)布格式三種格式。47、實施流式傳輸有兩種方法：實時流式傳輸和順序流式傳輸。48、計算機斷層掃描技術(shù)又稱為計算機層析或叫CT。是一種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)來獲取三維圖像的技術(shù)。49、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)構(gòu)成了一種新型的數(shù)字圖像分析方法和理論。它的根本思想是用一定形態(tài)的結(jié)構(gòu)元素去度量和提取圖像中的對應(yīng)形狀以到達對圖像分析和識別的目的50、圖像編碼中的兩類根本方法：變換編碼和預(yù)測編碼二、名詞解釋1、馬赫帶：人們在觀察一條由均勻黑和均勻白的區(qū)域形成的邊界時，可能會認(rèn)為人的主觀感受是與任一點的強度有關(guān)。但實際情況并不是這樣，人感覺到的是在亮度變化部位附近的暗區(qū)和亮區(qū)中分別存在一條更黑和更亮的條帶，這就是所謂的“馬赫帶”。2、二維取樣定理：假設(shè)原始的模擬圖像，其傅氏頻譜在水平方向的截止頻率為，在垂直方向的截止頻率為，那么只要水平方向的空間取樣頻率，垂直方向的空間取樣頻率，即取樣點的水平間隔，垂直間隔，圖像可被精確地恢復(fù)。3、灰度直方圖：反映一幅圖像中各灰度級象素出現(xiàn)的頻率之間的關(guān)系，以灰度級為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為灰度級的頻率〔3分〕。直方圖作用：〔1〕對圖像合理數(shù)字化提供參考；〔2〕利用直方圖的統(tǒng)計特性方便地求出圖像中感興趣物體的面積；〔3〕利用直方圖進行圖像分割。圖像增強：圖像增強是要通過處理，有選擇地突出某些我們感興趣的信息，抑制那些無用的信息，以提高圖像的觀看和使用價值。圖像增強的目地是：〔1〕改善圖像的視覺效果，提高圖像清晰度；〔2〕將圖像轉(zhuǎn)化為更適合人或機器進行分析處理的形式。衡量圖像增強質(zhì)量的通用的、客觀的標(biāo)準(zhǔn)是沒有的，增強的方法具有針對性，其結(jié)果也往往只是靠人的主觀感覺加以判斷和評價。因此，圖像增強方法的選擇主要取決于圖像希望到達的特定效果。偽彩色增強：偽彩色增強是圖像增強的一種方法。由于人眼只能分辨二十多級不同深淺的灰度級，但卻能分辨幾千種不同的顏色。利用這一視覺特性，我們將灰度圖像通過不同的方法映射成彩色圖像，利用人眼對彩色的敏感性，增強圖像內(nèi)區(qū)域的色差，增強觀察者對目標(biāo)區(qū)域的檢測性，也相應(yīng)地提高了人眼的分辨率。理想低通濾波器(ILPF)：一個理想的低通濾波器的傳遞函數(shù)由下式表示低通濾波器讓半徑為D0的圓內(nèi)所有頻譜成分無損的通過，而對圓外的高頻成分那么全部濾掉。故低通濾波器主要用于圖像的平滑處理。而由于理想的低通濾波器理想低通濾波器容易出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象，常用巴特沃思低通濾波器和指數(shù)低通濾波器而不用理想低通濾波器理想高通濾波器：一個理想的高通濾波器的傳遞函數(shù)由下式表示高通濾波器的作用是讓半徑為D0的圓內(nèi)所有頻譜成分完全去掉，對圓外的高頻成分那么無損的通過。故高通濾波器常用于圖像的銳化和邊緣檢測。圖像退化：圖像退化是圖像形成、傳輸和記錄的過程中，由于成像系統(tǒng)、傳輸介質(zhì)和設(shè)備的不完善，而引起圖像質(zhì)量的下降。圖像退化的典型表現(xiàn)為圖像模糊、失真、噪聲等。圖像退化過程可以模型化為一個退化函數(shù)和一個加性噪聲作用。我們針對退化進行圖像復(fù)原的一般過程是：分析退化原因－>建立退化模型－>反向推演－>恢復(fù)圖像。圖像分割：圖像分割就是指把圖像分成互不重疊的區(qū)域并提取出感興趣目標(biāo)的技術(shù)。圖像分割是圖像處理到圖像分析的關(guān)鍵步驟，一方面，它是表到目標(biāo)的根底，對特征測量有重要的影響；另一方面，因為圖像分割及基于分割的目標(biāo)表達、特征提取等，都將原圖像數(shù)字化，是的更高層的圖像分析和理解成為可能。圖像通信系統(tǒng)終端：圖像通信系統(tǒng)終端的功能是將接收到的視頻、音頻和文本等多種碼流進行處理并將它們按時間上和空間上的同步要求顯示出來。圖像通信系統(tǒng)終端是具有交互功能的終端，是集計算機終端技術(shù)、通信技術(shù)和聲像技術(shù)于一體的高技術(shù)產(chǎn)物，它是圖像通信系統(tǒng)中的一個重要組成局部。圖像壓縮編碼：圖像數(shù)據(jù)的壓縮和編碼表示，通過消除冗余信息來設(shè)法減少圖像信息所需的數(shù)據(jù)比特數(shù)，也就是根據(jù)圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為盡可能不相關(guān)的數(shù)據(jù)集合。圖像壓縮編碼系統(tǒng)主要包括圖像編碼和圖像解碼兩局部。前者是對圖像信息進行壓縮和編碼，在存儲、處理和傳輸前進行，也稱圖像壓縮。后者是對壓縮圖像進行解壓以重建圖像或其近似圖像。三、計算1、給定一幅灰度圖像，能根據(jù)給定的濾波器計算濾波后輸出的圖像。2、二值圖像的膨脹、腐蝕、開操作和閉操作。3、圖像增強的點運算。四、問答題1、圖像增強與圖像復(fù)原的區(qū)別是什么？答：對降質(zhì)的圖像進行改善的方法有兩類：一類是不考慮圖像降質(zhì)的原因，只將圖像中感興趣的局部加以處理或突出有用的圖像特征，故改善后的圖像并不一定要去逼近原圖像，這一類圖像改善方法稱為圖像增強；另一類改善方法是針對圖像降質(zhì)的具體原因，設(shè)法補償降質(zhì)因素，從而使改善后的圖像盡可能地逼近原始圖像，這類改善方法稱為圖像恢復(fù)或圖像復(fù)原技術(shù)。簡述4個鄰域點和8個鄰域點的均值平滑方法，并用圖示表示4鄰域平均是指用待求點的上、下、左、右的4個鄰近點的灰度值的平均值替換待求點的灰度值。8鄰域平均是指用待求點的周圍8個鄰近點的灰度值的平均值替換待求點的值簡述頻域內(nèi)平滑操作的原理及步驟。答：頻率域里，由于低頻成分主要決定圖形在平滑區(qū)域中總體灰度級的顯示，高頻成分決定圖像的細(xì)節(jié)局部。要對進行平滑處理，實際就是要濾除高頻成分而保持低頻成分，所以我們可以利用低通濾波器H(u,v)對圖像進行平滑處理：f(x,y)傅立葉變換F(u,v)低通濾波器H(u,v)G(u,v)傅立葉反變換g(x,y)簡述通過頻域低通濾波法除去其高頻分量從而去掉噪聲的原理和過程答：對于一幅圖像，它的邊緣、細(xì)節(jié)、跳躍局部以及噪聲都代表圖像的高頻分量，而大面積的背景區(qū)和緩慢變化局部那么代表圖像的低頻分量，用頻域低通濾波法除去其高頻分量就能去掉噪聲，從而使圖像實現(xiàn)平滑去噪。5、簡述通過頻域高通濾波法除去其低頻分量從而對圖像進行銳化的原理和過程答：對于一幅圖像，它的邊緣、細(xì)節(jié)、跳躍局部以及噪聲都代表圖像的高頻分量，而大面積的背景區(qū)和緩慢變化局部那么代表圖像的低頻分量，用頻域高通濾波法除去其低頻分量，保存圖像的高頻成分，從而使圖像細(xì)節(jié)局部突出。f(x,y)傅立葉變換F(u,v)高通濾波器H(u,v)G(u,v)傅立葉反變換g(x,y)6、請比擬算術(shù)均值濾波和幾何均值濾波〔或者中值濾波、最大、最小值濾波〕的原理和特點的原理和特點算術(shù)均值濾波：其特點是：計算mxn大小的矩陣的算術(shù)平均值，使該點的灰度值等于該灰度值，圖像整體會變模糊幾何均值濾波：其特點是：計算mxn大小的矩陣的幾何平均值，使該點的灰度值等于該灰度值，圖像整體會變模糊，黑點會擴大。7、簡述以下幾種用于噪聲平滑的沖激響應(yīng)模板的物理意義:答：上述陣列用于圖像的空間域濾波。h1表示一個點的灰度值等于它本身及8鄰域點的灰度值的平均值，h2表示一個點的灰度值等于它本身及8鄰域點的灰度值的加權(quán)平均值，其中本身的權(quán)值為2，其余各點的權(quán)值為1。h3表示一個點的灰度值等于它本身及8鄰域點的灰度值的加權(quán)平均值，其中本身的權(quán)值為4，上、下、左、右四個鄰域點的權(quán)值為2，其余各點的權(quán)值為1。8、試指出以下梯度算法對應(yīng)的方法分別是Roberts、Prewitt算子和Sobel算子中的哪一種，并說明Sobel算子的優(yōu)點。1100-101-10(a)Roberts算子(c)Sobel算子-1-20012-101-10-20-10121(b)Prewitt算子-1-10011-101-10-10-10111答：采用梯度微分銳化圖像，同樣使噪聲、條紋等得到增強，Soble算子那么在一定程度上克服了這個問題：由于引入了平均因素，因而對圖像中的隨機噪聲有一定的平滑作用；由于它是相隔兩行或兩列之差分，故邊緣兩側(cè)之元素得到了增強，故邊緣顯得粗而亮。圖像增強處理及其目的是什么？答：圖像增強是處理圖像，使其比原始圖像更適合特定應(yīng)用?！?〕采用一系列技術(shù)改善圖像的視覺效果，提高圖像的清晰度；〔2〕將圖像轉(zhuǎn)換成一種更適合于人或者機器進行分析處理的形式。10、何為結(jié)構(gòu)元素，選取時應(yīng)