數(shù)字圖像處理-第三版-(岡薩雷斯-自己整理的1)

1.1圖像與圖像處理的概念圖像(Image)：使用各種觀(guān)測(cè)系統(tǒng)以不同形式和手段觀(guān)測(cè)客觀(guān)世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進(jìn)而產(chǎn)生視覺(jué)的實(shí)體。包括：·各類(lèi)圖片，如普通照片、X光片、遙感圖片；·各類(lèi)光學(xué)圖像，如電影、電視畫(huà)面；·客觀(guān)世界在人們心目中的有形想象以及外部描述，如繪畫(huà)、繪圖等。數(shù)字圖像：為了能用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行加工，需要把連續(xù)圖像在坐標(biāo)空間和性質(zhì)空間都離散化，這種離散化了的圖像是數(shù)字圖像。圖像中每個(gè)根本單元叫做圖像的元素，簡(jiǎn)稱(chēng)像素〔Pixel〕。數(shù)字圖像處理〔DigitalImageProcessing〕：是指應(yīng)用計(jì)算機(jī)來(lái)合成、變換已有的數(shù)字圖像，從而產(chǎn)生一種新的效果，并把加工處理后的圖像重新輸出，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為數(shù)字圖像處理。也稱(chēng)之為計(jì)算機(jī)圖像處理〔ComputerImageProcessing〕。1.2圖像處理科學(xué)的意義1.圖像是人們從客觀(guān)世界獲取信息的重要來(lái)源·人類(lèi)是通過(guò)感覺(jué)器官?gòu)目陀^(guān)世界獲取信息的，即通過(guò)耳、目、口、鼻、手通過(guò)聽(tīng)、看、味、嗅和接觸的方式獲取信息。在這些信息中，視覺(jué)信息占70％?！ひ曈X(jué)信息的特點(diǎn)是信息量大，傳播速度快，作用距離遠(yuǎn)，有心理和生理作用，加上大腦的思維和聯(lián)想，具有很強(qiáng)的判斷能力?！と说囊曈X(jué)十分完善，人眼靈敏度高，鑒別能力強(qiáng)，不僅可以區(qū)分景物，還能區(qū)分人的情緒。2.圖像信息處理是人類(lèi)視覺(jué)延續(xù)的重要手段非可見(jiàn)光成像。如：γ射線(xiàn)、X射線(xiàn)、紫外線(xiàn)、紅外線(xiàn)、微波。利用圖像處理技術(shù)把這些不可見(jiàn)射線(xiàn)所成圖像加以處理并轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)圖像，可對(duì)非人類(lèi)習(xí)慣的那些圖像源進(jìn)行加工。3.圖像處理技術(shù)對(duì)國(guó)計(jì)民生有重大意義圖像處理技術(shù)開(kāi)展到今天，許多技術(shù)已日益趨于成熟，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。它滲透到許多領(lǐng)域，如遙感、生物醫(yī)學(xué)、通信、工業(yè)、航空航天、軍事、平安保衛(wèi)等。1.3數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)1.圖像信息量大每個(gè)像素的灰度級(jí)至少要用6bit〔單色圖像〕來(lái)表示，一般采用8bit〔彩色圖像〕，高精度的可用12bit或16bit。一般分辨率的圖像像素為256×256、512×512256×256×8=64kB512×512×8=256kB高分辨率圖像像素可達(dá)1024×1024、2048×20481024×1024×8＝1MB2048×2048×8＝4MB如：X射線(xiàn)照片一般用64到256kB的數(shù)據(jù)量一幅遙感圖像3240×2340×4≈30Mb2.圖像處理技術(shù)綜合性強(qiáng)一般來(lái)說(shuō)涉及通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電視技術(shù)、電子技術(shù)，至于涉及到的數(shù)學(xué)、物理學(xué)等方面的根底知識(shí)就更多。3.圖像信息理論與通信理論密切相關(guān)圖像理論是把通信中的一維問(wèn)題推廣到二維空間上來(lái)研究的。通信研究的是一維時(shí)間信息，時(shí)間域和頻率域的問(wèn)題。任何一個(gè)隨時(shí)間變化的波形都是由許多頻率不同、振幅不同的正弦波組合而成的。圖像研究的是二維空間信息，研究的是空間域和空間頻率域〔或變換域〕之間的關(guān)系。任何一幅平面圖像是由許多頻率、振幅不同的X-Y方向的空間頻率波相疊加而成。1.4數(shù)字圖像處理的主要方法把圖像看作是平面中各個(gè)像素組成的集合，然后直接對(duì)這一二維函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。主要有兩大類(lèi)：·域處理法：包括梯度運(yùn)算，拉普拉斯算子運(yùn)算，平滑算子運(yùn)算和卷積運(yùn)算。·點(diǎn)處理法：包括灰度處理，面積、周長(zhǎng)、體積、重心運(yùn)算等等。數(shù)字圖像處理的變換域處理方法是首先對(duì)圖像進(jìn)行正交變換，然后在施行各種處理，處理后再反變換到空間域，得到處理結(jié)果。包括濾波、數(shù)據(jù)壓縮、特征提取等處理。1.5數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容完整的數(shù)字圖像處理系統(tǒng)大體上可分為如下幾個(gè)方面：1.圖像的信息的獲取〔Imageinformationacquisition〕把一幅圖像轉(zhuǎn)換成適合輸入計(jì)算機(jī)和數(shù)字設(shè)備的數(shù)字信號(hào)。需要兩個(gè)部件以獲取數(shù)字圖像：(1)物理設(shè)備，該設(shè)備對(duì)我們希望成像的物體發(fā)射的能量很敏感。(2)數(shù)字化器，是一種把物理感知裝置的輸出轉(zhuǎn)化為數(shù)字形式的設(shè)備。常見(jiàn)的圖像輸入設(shè)備有：掃描儀、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、圖像采集卡等2.圖像信息的存儲(chǔ)〔Imageinformationstorage〕主要有三類(lèi)：〔1〕處理過(guò)程中使用的快速存儲(chǔ)器；·計(jì)算機(jī)內(nèi)存?！彺?，通?？纱鎯?chǔ)多幅圖像并可以視頻速度讀取。它可以允許對(duì)圖像進(jìn)行放大、縮小，以及垂直翻轉(zhuǎn)和水平翻轉(zhuǎn)?！?〕用于比擬快的重新調(diào)用的在線(xiàn)或聯(lián)機(jī)存儲(chǔ)器；·磁盤(pán)，可存儲(chǔ)幾個(gè)Gbyte的數(shù)據(jù)；·磁光存儲(chǔ)器，可在51／4英寸的光片上存儲(chǔ)上Gbyte的數(shù)據(jù)；·光盤(pán)塔，一個(gè)光盤(pán)塔可放幾十個(gè)到幾百個(gè)光盤(pán)，利用機(jī)械裝置插入或從光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中抽取光盤(pán)?！?〕不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)庫(kù)〔檔案庫(kù)〕存儲(chǔ)器?！ご艓?。長(zhǎng)13英尺的磁帶可存儲(chǔ)近1Gbyte的數(shù)據(jù)，但儲(chǔ)藏壽命較短。·一次寫(xiě)屢次讀〔WORM〕光盤(pán)。可在12英寸的光盤(pán)上存儲(chǔ)6Gbyte數(shù)據(jù)，在14英寸的光盤(pán)上存儲(chǔ)10Gbyte數(shù)據(jù)，并易于儲(chǔ)藏。3.圖像信息的傳送〔Imageinformationtransmission〕可分為系統(tǒng)內(nèi)部傳送與遠(yuǎn)距離傳送：〔1〕內(nèi)部傳送：指在不同設(shè)備間交換圖像數(shù)據(jù)。現(xiàn)在有許多用于局域通信的軟件和硬件以及各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。多采用DMA(DirectMemoryAccess)技術(shù)以解決速度問(wèn)題?！?〕外部遠(yuǎn)距離傳送：主要問(wèn)題是圖像數(shù)據(jù)量大而傳輸通道比擬窄。這一狀況由于光纖和其他寬帶技術(shù)的開(kāi)展，正在迅速得到改良。另一方面，解決這個(gè)問(wèn)題需要依靠對(duì)圖像數(shù)據(jù)壓縮。圖像處理的最終目的是為人或機(jī)器提供一幅更便于解釋和識(shí)別的圖像。因此圖像的輸出也是圖像處理的重要內(nèi)容之一。主要分兩類(lèi)：〔1〕硬拷貝〔記錄圖像〕。如激光打印機(jī)、膠片照相機(jī)、熱敏裝置、噴墨裝置和數(shù)字單元〔如CD-ROM〕等。〔2〕軟拷貝。如CRT(CathodeRayTube)顯示、液晶顯示器〔LCD〕、場(chǎng)致發(fā)光顯示〔FED〕。5.數(shù)字圖像處理〔Digitalimageprocessing〕主要包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：〔1〕幾何處理〔GeometricalImageProcessing〕主要包括坐標(biāo)變換，圖像的放大、縮小、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)，多個(gè)圖像配準(zhǔn)，全景畸變校正，扭曲校正，周長(zhǎng)、面積、體積計(jì)算等?！?〕算術(shù)處理〔ArithmeticProcessing〕主要對(duì)圖像施以＋、－、×、÷等運(yùn)算，雖然該處理主要針對(duì)像素點(diǎn)的處理，但非常有用，如醫(yī)學(xué)圖像的減影處理就有顯著的效果。3〕圖像增強(qiáng)〔ImageEnhancement〕就是突出圖像中感興趣的信息，而減弱或去除不需要的信息，從而使有用信息得到加強(qiáng)?！じ纳茍D像的視覺(jué)效果，提高圖像成分的清晰度；·使圖像變得更有利于計(jì)算機(jī)處理，便于進(jìn)一步進(jìn)行區(qū)分或解釋。〔4〕圖像復(fù)原〔或恢復(fù)〕〔ImageRestoration〕就是盡可能地減少或者去除圖像在獲取過(guò)程中的降質(zhì)〔干擾和模糊〕，恢復(fù)被退化圖像的本來(lái)面貌，從而改善圖像質(zhì)量。關(guān)鍵是對(duì)每種退化〔圖像品質(zhì)下降〕建立一個(gè)合理的模型。5〕圖像重建〔ImageReconstruction〕是從數(shù)據(jù)到圖像的處理。即輸入的是某種數(shù)據(jù),而處理結(jié)果得到的是圖像。典型應(yīng)用有CT技術(shù)和三維重建技術(shù)?！?〕圖像編碼〔ImageEncoding〕主要是利用圖像信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性及人類(lèi)視覺(jué)的生理學(xué)及心理學(xué)特征對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行高效編碼，其目的是壓縮數(shù)據(jù)量，以解決數(shù)據(jù)量大的矛盾?！?〕圖像識(shí)別〔ImageRecognition〕利用計(jì)算機(jī)識(shí)別出圖像中的目標(biāo)并分類(lèi)、用機(jī)器的智能代替人的智能。它所研究的領(lǐng)域十分廣泛，如，機(jī)械加工中零部件的識(shí)別、分類(lèi)；從遙感圖片中分辨農(nóng)作物、森林、湖泊和軍事設(shè)施；從氣象觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)或氣象衛(wèi)星照片準(zhǔn)確預(yù)報(bào)天氣；從X光照片判斷是否發(fā)生腫瘤；從心電圖的波形判斷被檢查者是否患有心臟病；在交通中心實(shí)現(xiàn)交通管制、識(shí)別違章行駛的汽車(chē)及司機(jī)，等等。1.6數(shù)字圖像處理的起源與應(yīng)用數(shù)字圖像處理的起源：最早可追溯到20世紀(jì)20年代，借助打印設(shè)備進(jìn)行數(shù)字圖像的處理?；诠鈱W(xué)復(fù)原的技術(shù)，該技術(shù)在電報(bào)接收端用穿孔紙帶打出圖片。到1929年由早期的用5個(gè)灰度等級(jí)對(duì)圖像編碼，增加到15個(gè)等級(jí)。真正數(shù)字圖像處理技術(shù)的誕生可追溯到20世紀(jì)60年代早期。數(shù)字圖像處理技術(shù)在20世紀(jì)60年代末和20世紀(jì)70年代初開(kāi)始用于醫(yī)學(xué)圖像、地球遙感監(jiān)測(cè)和天文學(xué)等領(lǐng)域。數(shù)字圖像處理主要應(yīng)用于下面的幾個(gè)領(lǐng)域:〔1〕通訊按業(yè)務(wù)性能劃分可分為：電視播送、可視、會(huì)議電視、圖文電視、可視圖文以及電纜電視。按圖像變化性質(zhì)分可分為：靜止圖像和活動(dòng)圖像通信?！?〕遙感航空遙感和衛(wèi)星遙感圖像都需要數(shù)字圖像處理技術(shù)的加工處理，并提取出有用的信息。主要用于土地測(cè)繪，資源調(diào)查，氣候監(jiān)測(cè)，農(nóng)作物估產(chǎn)，自然災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，環(huán)境污染監(jiān)測(cè)，氣象衛(wèi)星云圖處理以及地面軍事目標(biāo)的識(shí)別。〔3〕生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖像處理在醫(yī)學(xué)上應(yīng)用最成功的例子就X射線(xiàn)CT(X-rayComputedTomography)，20世紀(jì)70年代創(chuàng)造的計(jì)算機(jī)軸向斷層術(shù)〔CAT〕，簡(jiǎn)稱(chēng)計(jì)算機(jī)斷層?！?〕工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用從70年代起得到了迅速的開(kāi)展，圖像處理技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。在生產(chǎn)線(xiàn)中對(duì)產(chǎn)品及部件進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，如食品、水果質(zhì)量檢查，無(wú)損探傷，焊縫質(zhì)量或外表缺陷等等?！?〕軍事、公安等方面的應(yīng)用軍事目標(biāo)的偵察、制導(dǎo)和警戒系統(tǒng)、自動(dòng)滅火器的控制及反偽裝；公安部門(mén)的現(xiàn)場(chǎng)照片、指紋、手跡、人像等的處理和辨識(shí)；歷史文字和圖片檔案的修復(fù)和管理等。〔6〕教學(xué)和科研領(lǐng)域如科學(xué)可視化技術(shù)，遠(yuǎn)程培訓(xùn)及教學(xué)也將大量使用圖像處理技術(shù)的成果?！?〕電子商務(wù)如身份認(rèn)證、產(chǎn)品防偽、水印技術(shù)等。1.7數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的開(kāi)展動(dòng)向需進(jìn)一步研究的問(wèn)題：〔1〕在進(jìn)一步提高精度的同時(shí)著重解決處理速度問(wèn)題?！?〕加強(qiáng)軟件研究、開(kāi)發(fā)新的處理方法?！?〕加強(qiáng)邊緣學(xué)科的研究工作，促進(jìn)圖像處理技術(shù)的開(kāi)展?！?〕加強(qiáng)理論研究，逐步形成圖像處理科學(xué)自身的理論體系?！?〕圖像處理領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化。未來(lái)開(kāi)展動(dòng)向大致可歸納為：〔1〕圖像處理的開(kāi)展將圍繞HDTV的研制，開(kāi)展實(shí)時(shí)圖像處理的理論及技術(shù)研究，向著高速、高分辨率、立體化、多媒體化、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化方向開(kāi)展?！?〕圖像、圖形相結(jié)合，朝著三維成像或多維成像的方向開(kāi)展?！?〕硬件芯片研究?！?〕新理論與新算法研究。2－1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸通常用波特率度量，其定義為每秒中傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)。通常的傳輸是以一個(gè)開(kāi)始比特、一個(gè)字節(jié)〔8比特〕的信息和一個(gè)停止比特組成的包完成的?；谶@個(gè)概念答復(fù)以下問(wèn)題：〔a〕用56K波特的調(diào)制解調(diào)器傳輸一幅1024×1024、256級(jí)灰度的圖像要花費(fèi)幾分鐘？〔b〕以７５０K波特［是典型的DSL〔數(shù)字用戶(hù)線(xiàn)〕連接的速度］傳輸要用多少時(shí)間？解：(a)傳輸數(shù)據(jù)包(包括起始比特和終止比特)為：N=n+m=10bits對(duì)于一幅1024×1024大小的圖像，其總的數(shù)據(jù)量為M=(1024)2×N，故以56K波特的速率傳輸所需時(shí)間為(b)以750K波特的速率傳輸所需時(shí)間為T(mén)=M/56000=(1024)2×(8+2)/750000=14s〔類(lèi)似題目〕在串行通信中，常用波特率描述傳輸?shù)乃俾剩欢x為每秒傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特?cái)?shù)。串行通信中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菐?，也稱(chēng)字符。假設(shè)一幀數(shù)據(jù)由一個(gè)起始比特位、8個(gè)信息比特位和一個(gè)結(jié)束比特位構(gòu)成。根據(jù)以上概念，請(qǐng)問(wèn)：〔1〕如果要利用一個(gè)波特率為56kbps〔1k=1000〕的信道來(lái)傳輸一幅大小為1024×1024、256級(jí)灰度的數(shù)字圖像需要多長(zhǎng)時(shí)間？〔2〕如果是用波特率為750kbps的信道來(lái)傳輸上述圖像，所需時(shí)間又是多少？〔3〕如果要傳輸?shù)膱D像是512×512的真彩色圖像〔顏色數(shù)目是32bit〕，那么分別在上面兩種信道下傳輸，各需要多長(zhǎng)時(shí)間？解答：〔1〕傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)為1024×1024×8×(1+8+1)/8=10485760，那么在波特率為56kbps的信道上傳輸時(shí)，所需時(shí)間為10485760/56000=187.25秒?！?〕傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)為1024×1024×8×(1+8+1)/8=10485760，那么在波特率為750kbps的信道上傳輸時(shí)，所需時(shí)間為10485760/750000=13.98秒=14s?！?〕傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)為512×512×32×(1+8+1)/8=10485760。在波特率為56kbps的信道上傳輸時(shí)，所需時(shí)間為10485760/56000=187.25秒；在波特率為750kbps的信道上傳輸時(shí)，所需時(shí)間為10485760/750000=13.98秒。2．11兩個(gè)圖像子集S1和S2圖以下圖所示。對(duì)于V＝｛1｝，確定這兩個(gè)子集是〔a〕4-鄰接，〔b〕8-鄰接，還是〔c〕m鄰接的？解a)S1和S2不是4連接，因?yàn)閝不在N4(p)集中。(b)S1和S2是8連接，因?yàn)閝在N8(p)集中。(c)S1和S2是m連接，因?yàn)閝在集合ND(p)中，且N4(p)∩N4(q)沒(méi)有V值的像素２－３．考慮如下所示的圖像分割：〔ａ〕令V＝｛０，１｝并計(jì)算ｐ和ｑ間的４，８，ｍ通路的最短長(zhǎng)度。如果在這兩點(diǎn)間不存在特殊通路，其解釋原因?！玻狻硨?duì)V＝｛１，２｝重復(fù)上題。解:(1)在V＝{0,1}時(shí)，p和q之間通路的D4距離為∞，D8距離為4，Dm距離為5。(2)在V＝{1,2}時(shí)，p和q之間通路的D4距離為6，D8距離為4，Dm距離為6。解：(a)當(dāng)V={0,1}時(shí)，p和q之間不存在4鄰接路徑，因?yàn)椴煌瑫r(shí)存在從p到q像素的4毗鄰像素和具備V的值，情況如圖(a)所示。p不能到達(dá)q。8鄰接最短路徑如圖(b)所示，其最短長(zhǎng)度為4。m鄰接路徑如圖(b)虛線(xiàn)箭頭所示，最短長(zhǎng)度為5。這兩種最短長(zhǎng)度路徑在此例中均具有唯一性。(b)當(dāng)V={1,2}時(shí)，最短的4鄰接通路的一種情況如圖(c)所示，其長(zhǎng)度為6，另一種情況，其長(zhǎng)度也為6；8鄰接通路的一種情況如圖(d)實(shí)線(xiàn)箭頭所示，其最短長(zhǎng)度為4；m鄰接通路的一種情況如圖(d)虛線(xiàn)箭頭所示，其最短長(zhǎng)度為6.試解釋為什么離散直方圖均衡技術(shù)一般不能得到平坦的直方圖？答：〔翻譯答案〕所有均衡直方圖是大規(guī)模的映射組件。獲得一個(gè)統(tǒng)一的直方圖要求對(duì)像素強(qiáng)度進(jìn)行重新分配，這樣使n/L像素組具有相同的強(qiáng)度，L是離散的強(qiáng)度水平。n=MN是輸入圖像的總像素。直方圖均衡方法沒(méi)有規(guī)定這類(lèi)〔人工〕強(qiáng)度的再分配過(guò)程?！舶俣却鸢福骸秤捎陔x散圖像的直方圖也是離散的，其灰度累積分布函數(shù)是一個(gè)不減的階梯函數(shù)。如果映射后的圖像仍然能取到所有灰度級(jí)，那么不發(fā)生任何變化。如果映射的灰度級(jí)小于256，變換后的直方圖會(huì)有某些灰度級(jí)空缺。即調(diào)整后灰度級(jí)的概率根本不能取得相同的值，故產(chǎn)生的直方圖不完全平坦。分別應(yīng)用n=23、25和45的方形均值掩膜處理下面一幅圖像。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)n=23、45時(shí)，處理后圖像中左下角的垂直豎條被模糊了，但是豎條與豎條之間的分割仍然很清楚。當(dāng)n=25時(shí)，豎條卻已經(jīng)融入了整幅圖像，盡管產(chǎn)生這幅圖像的掩膜比45小得多，請(qǐng)解釋這一現(xiàn)象。注：垂直線(xiàn)段是5個(gè)像素寬，100個(gè)像素高；它們的間隔是20個(gè)像素。3.22以下的三幅圖像是分別通過(guò)n=23,25和45的方形均值掩模處理后的模糊圖像。圖(a)和(c)中左下角的垂直豎條被模糊了，但豎條與豎條之間的分割仍然很清楚。但圖(b)中的豎條卻已經(jīng)融人了整幅圖像，盡管產(chǎn)生這幅圖像的掩模要比處理圖像(c)的小得多，請(qǐng)解釋這一現(xiàn)象。解：從圖可知,垂直線(xiàn)有5個(gè)像素寬,100像素高,他們的間隔是20像素。問(wèn)題是相關(guān)的現(xiàn)象與水平之間的間隔線(xiàn)有關(guān),所以我們可以簡(jiǎn)化問(wèn)題,考慮一個(gè)單一的掃描行通過(guò)線(xiàn)的圖像。答復(fù)這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵在于實(shí)際之間的距離(無(wú)像素)開(kāi)始的線(xiàn)條,下一個(gè)(其右面)是25個(gè)像素。考慮掃描線(xiàn)，如圖，同樣顯示是一個(gè)斷面25x25掩膜。掩膜反響包括的像素是平均的。我們注意到,當(dāng)一個(gè)像素掩膜移動(dòng)右面,它失去了左邊豎線(xiàn)的價(jià)值,可是它撿起一個(gè)相同的一個(gè)在右邊,所以反響不會(huì)改變。事實(shí)上,多少像素屬于垂直線(xiàn)和包含在掩膜并不會(huì)改變,無(wú)論在掩膜的任何地方(只要是包含在線(xiàn)內(nèi),而不是在邊緣附近線(xiàn))。這一事實(shí)的線(xiàn)像素?cái)?shù)量低于掩膜并不會(huì)改變是由于特有的線(xiàn)條和分隔線(xiàn)之間的寬度的相當(dāng)于25像素。這個(gè)常數(shù)寬度的反響是沒(méi)有看到白色的差距在問(wèn)題的聲明中圖像顯示的理由。注意這個(gè)常數(shù)不發(fā)生在23x23或45x45的掩膜,因?yàn)樗麄儾皇峭脚c線(xiàn)條寬度和將它們分開(kāi)的距離。補(bǔ)充注意：在這張圖中還有明顯的邊界現(xiàn)象。這是因?yàn)闉榱耸固幚砗髨D像大小不變，在原始圖像的邊緣以外補(bǔ)0，經(jīng)處理后再去除添加區(qū)域的結(jié)果。而且濾波器越大邊界越寬。結(jié)論：空間均值處理是為得到感興趣物體的一個(gè)粗略的描述而模糊一幅圖像。較小物體與背景混合在一起，較大物體變得像“斑點(diǎn)”而易于檢測(cè)。而模板的大小由那些將融入背景中去的物體的尺寸決定。6－2.設(shè)一幅圖像的模糊是由于物體在x方向的勻加速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。當(dāng)t=0時(shí)物體靜止，在t=0到t=T間物體加速度是x0(t)=at2/2，求轉(zhuǎn)移函數(shù)H(u,v)。討論勻速運(yùn)動(dòng)和勻加速運(yùn)動(dòng)所造成的模糊的不同特點(diǎn)。6－1.成像時(shí)由于長(zhǎng)時(shí)間曝光受到大氣干擾而產(chǎn)生的圖像模糊可以用轉(zhuǎn)移函數(shù)H(u,v)=exp[－(u2+v2)/2σ2]表示。這噪聲可忽略，求恢復(fù)這類(lèi)模糊的維納濾波器的方程。噪聲可忽略時(shí)，維納濾波器退化成理想的逆濾波器，所以答：這是一個(gè)簡(jiǎn)單的插件問(wèn)題。其目的是熟悉各種維納濾波器6－3.一位考古學(xué)家在作流通貨幣方面的研究。最近發(fā)現(xiàn)，有4個(gè)羅馬帝國(guó)時(shí)期的羅馬硬幣對(duì)它的研究可以起到?jīng)Q定性作用。它們被列在倫敦大英博物館的館藏目錄中，遺憾的是，他到達(dá)那里之后，被告知現(xiàn)在硬幣已經(jīng)被盜了，但博物館保存了一些照片。只是由于攝取照片時(shí)照相機(jī)的散焦，硬幣的照片是模糊的，無(wú)法看清上面小的標(biāo)記。用來(lái)拍攝圖像的原照相機(jī)一直能用，另外館內(nèi)還有同一時(shí)期的其他硬幣。你能否幫助教授恢復(fù)圖像，使他能看清這些標(biāo)記？請(qǐng)給出解決這一問(wèn)題的過(guò)程。這個(gè)問(wèn)題背后的根本思想是使用相機(jī)和代表硬幣反響動(dòng)力學(xué)的降解過(guò)程，利用這個(gè)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行逆濾波器操作。主要步驟如下：1。選擇和喪失的硬幣大小和內(nèi)容盡可能接近的硬幣。選擇與喪失的硬幣照片有接近的紋理和亮度的背景2.建立攝影相機(jī)幾何圖像庫(kù)盡可能的接近類(lèi)似喪失的硬幣的圖像。獲得一些測(cè)試的照片。簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，獲得能夠給出類(lèi)似測(cè)試圖片圖像的電視相機(jī)。這可以通過(guò)相機(jī)與圖像處理系統(tǒng)從而生成將在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的數(shù)字圖像。3。獲得每一個(gè)硬幣的圖像有不同的鏡頭設(shè)置。由此產(chǎn)生的圖像的角度，大小〔這個(gè)與背景區(qū)域有關(guān)〕方面與喪失的硬幣的模糊照片接近。4.在第三步中為每一個(gè)圖像的鏡頭設(shè)置是對(duì)喪失的硬幣信息圖像模糊處理的模型。每個(gè)這樣的設(shè)置，移動(dòng)硬幣及其背景并用一個(gè)規(guī)定背景下的小亮點(diǎn)來(lái)替代它，或者用另外的機(jī)制時(shí)期接近于一個(gè)光脈沖。數(shù)字話(huà)這個(gè)脈沖。這是模糊處理的變換功能叫傅里葉變換。5.數(shù)字化喪失硬幣的模糊照片得到它的傅里葉變換形式。每個(gè)硬幣有函數(shù)H〔u,v〕和G〔u，v〕描述。6.用維納濾波器得到一個(gè)近似的F〔u，v〕。7.對(duì)每個(gè)*F〔u，v〕進(jìn)行傅里葉反變換可以得出硬幣的恢復(fù)圖像。通常這樣的根本步驟都可以用來(lái)解決這樣的問(wèn)題。6.18證明彩色圖像的補(bǔ)色的飽和度分量不能單獨(dú)地由輸入圖像的飽和度分量計(jì)算出來(lái)。我們看到,最根本的問(wèn)題是許多不同的顏色有相同的飽和度值。在那里純紅、黃、綠、青色、藍(lán)色,洋紅都有一個(gè)飽和1。也就是說(shuō)只要任何一個(gè)RGB組件是0,將產(chǎn)生一個(gè)飽和1。考慮RGB顏色(1，0,0)和(0，，0),其代表紅色和綠色的映射。HSI顏色值分別為(0，1，0.33)和(0.33，1,0.2)?，F(xiàn)在RGB的初始補(bǔ)充值分別為(0、1,1)和，1),相應(yīng)的顏色是青和洋紅。他們的HSI值分別為，1，0.66)和(0.83,0.48,0.8)。因此為紅色,一個(gè)起始飽和度1取得的青色“補(bǔ)充”飽和度1,而為綠色,一個(gè)起始飽和度1取得洋紅“互補(bǔ)”飽和度。也就是說(shuō),起始同樣的飽和度值導(dǎo)致兩個(gè)不同的“互補(bǔ)”飽和度。飽和本身并不是足夠的信息計(jì)算飽和度補(bǔ)充顏色。6.22假定一個(gè)成像系統(tǒng)的監(jiān)視器和打印機(jī)沒(méi)有完美校準(zhǔn)。在該監(jiān)視器上看起來(lái)平衡的一幅圖像打印時(shí)出現(xiàn)了青色。描述可矯正這種不平衡的通用變換。答：我們就可以通過(guò)如下幾種方法減少黃色的比例(1)減少黃色、(2)增加藍(lán)色、(3)增加青色和洋紅、(4)減少紅色和綠色11.1(a)重新定義鏈碼的一個(gè)起始點(diǎn)，以便所得的數(shù)字序列形成一個(gè)最小整數(shù)值。請(qǐng)證明該編碼與邊界上的初始起點(diǎn)無(wú)關(guān)數(shù)字圖像一般是按固定間距的網(wǎng)格采集的，所以最簡(jiǎn)單的鏈碼是順時(shí)針跟蹤邊界并賦給每?jī)蓚€(gè)相鄰像素的連線(xiàn)一個(gè)方向值。問(wèn)題的關(guān)鍵是要認(rèn)識(shí)到,在一個(gè)鏈碼中每個(gè)元素值是相對(duì)于它的前身的值。這個(gè)代碼的邊界,追蹤在一個(gè)一致的方式(例如,順時(shí)針)，是一種獨(dú)特的循環(huán)組編號(hào)。在不同的地點(diǎn)開(kāi)始在這個(gè)設(shè)定不改變循環(huán)序列的結(jié)構(gòu)。選擇的最小整數(shù)的函數(shù)為出發(fā)點(diǎn)僅僅識(shí)別中同一點(diǎn)序列。即使出發(fā)點(diǎn)并非是獨(dú)一無(wú)二的,該方法仍然會(huì)給一個(gè)獨(dú)特的序列。例如,101010年有3個(gè)不同的序列的起點(diǎn),但他們都產(chǎn)生相同的最小整數(shù)010101。(b)求出鏈碼的一階差分答：4.求以下圖中目標(biāo)的形狀數(shù)和形狀數(shù)的階。鏈碼：微分碼303003011113形狀數(shù)003011113303階122.為什么一般情況下對(duì)離散圖像的直方圖均衡化并不能產(chǎn)生完全平坦的直方圖？【因?yàn)橥粋€(gè)灰度值的各個(gè)象素沒(méi)有理由變換到不同灰度級(jí)，所以數(shù)字圖像的直方圖均衡化的結(jié)果一般不能得到完全均勻分布的直方圖，只是近似均勻的直方圖。】3.設(shè)已用直方圖均衡化技術(shù)對(duì)一幅數(shù)字圖像進(jìn)行了增強(qiáng)，如再用這一方法對(duì)所得結(jié)果增強(qiáng)會(huì)不會(huì)改變其結(jié)果？【從原理上分析，直方圖均衡化所用的變換函數(shù)為原始直方圖的累積直方圖，均衡化后得到的增強(qiáng)圖像的累積直方圖除有些項(xiàng)合并外，其余項(xiàng)與原始圖像的累積直方圖相同。如果再次均衡化，所用的變換函數(shù)即為均衡化后得到的增強(qiáng)圖像的累積直方圖〔并且不會(huì)有新的合并項(xiàng)〕，所以不會(huì)改變其結(jié)果?！?.設(shè)工業(yè)檢測(cè)中工件的圖像受到零均值不相關(guān)噪聲的影響。如果圖像采集裝置每秒可采集30幅圖像，要采用圖像平均法將噪聲的均方差減少到1