2011數(shù)字圖像處理復(fù)習(xí)材料.doc

圖像處理復(fù)習(xí)簡(jiǎn)答題1：1圖像銳化與圖像平滑有何區(qū)別與聯(lián)系？ 答：圖象銳化是用于增強(qiáng)邊緣，導(dǎo)致高頻分量增強(qiáng)，會(huì)使圖象清晰； 圖象平滑用于去噪，對(duì)圖象高頻分量即圖象邊緣會(huì)有影響。 都屬于圖象增強(qiáng)，改善圖象效果。2頻域空間的增強(qiáng)方法對(duì)應(yīng)的三個(gè)步驟：（平滑與銳化）答：假定原圖像為f(x,y)，經(jīng)傅立葉變換為F(u,v)，輸出圖像為g(x,y)，則頻率域銳化過程描述為：傅立葉變換？濾波器傅立葉反變換(1) 將圖像f(x,y)從圖像空間轉(zhuǎn)換到頻域空間，得到F(u,v)；(2) 在頻域空間中通過不同的？濾波函數(shù)H(u,v)對(duì)圖像進(jìn)行不同的增強(qiáng),得到G(u,v)(3) 將增強(qiáng)后的圖像再?gòu)念l域空間轉(zhuǎn)換到圖像空間，得到圖像g(x,y)。（平滑低通濾波器, 銳化高通濾波器）3圖像數(shù)據(jù)壓縮的必要性答：（1）數(shù)字圖像的龐大數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算機(jī)的處理速度、存儲(chǔ)容量都提出過高的要求。因此必須把數(shù)據(jù)量壓縮。（2）從傳送圖像的角度來看，則更要求數(shù)據(jù)量壓縮。在信道帶寬、通信鏈路容量一定的前提下，采用編碼壓縮技術(shù)，減少傳輸數(shù)據(jù)量，是提高通信速度的重要手段 。4圖像銳化濾波的常用方法？答：以梯度值代替原來像素值；給定一個(gè)閾值，若梯度值小于這個(gè)閾值，則修改這個(gè)像素的灰度值，反之則保持不變；給圖像背景賦予一個(gè)固定的灰度值；給圖像前景賦予一個(gè)固定的灰度值；通過一個(gè)閾值，給圖像的前景和背景分別賦予不同的固定的灰度值。簡(jiǎn)答題21. 圖像濾波的主要目的是什么？主要方法有哪些？2. 圖像噪聲有哪些主要類型，主要特點(diǎn)是什么？3. 如何理解中值濾波的不變性？4. 什么是梯度倒數(shù)加權(quán)法平滑？5. 什么是Laplacian算子？它有哪些特征？6. 羅伯特梯度與Sobel梯度有什么區(qū)別？7. 根據(jù)像素的梯度值生成不同的梯度圖像的方法有哪些？8. 定向檢測(cè)的模板有哪些？9. 頻率域?yàn)V波的主要濾波器有哪些？各有什么特點(diǎn)？10. 同態(tài)濾波的基本操作有哪些？簡(jiǎn)答題2（答案）1. 圖像濾波可以從圖像中提取空間尺度信息，突出圖像的空間信息，壓抑其它無關(guān)的信息，或者去除圖像的某些信息，恢復(fù)其它的信息。因此，圖像濾波也是一種圖像增強(qiáng)方法。圖像濾波可分為空間域?yàn)V波和頻率域?yàn)V波兩種方法?？臻g域?yàn)V波通過窗口或卷積核進(jìn)行，它參照相鄰像素來單個(gè)像素的灰度值，這是當(dāng)前主要的濾波方法。頻率域?yàn)V波是對(duì)圖像進(jìn)行傅立葉變換，然后對(duì)變換后的頻率域圖像中的頻譜進(jìn)行濾波。2. 圖像噪聲按其產(chǎn)生的原因可分為外部噪聲和內(nèi)部噪聲。外部噪聲是指圖像處理系統(tǒng)外部產(chǎn)生的噪聲，如天體放電干擾、電磁波從電源線竄入系統(tǒng)等產(chǎn)生的噪聲。內(nèi)部噪聲是指系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的噪聲。從統(tǒng)計(jì)理論觀點(diǎn)可分為平穩(wěn)和非平穩(wěn)噪聲。凡是統(tǒng)計(jì)特征不隨時(shí)間變化的噪聲稱為平穩(wěn)噪聲；統(tǒng)計(jì)特征隨時(shí)間變化的噪聲稱為非平穩(wěn)噪聲。從噪聲幅度分布形態(tài)可分為高斯型、瑞利型噪聲。還有按頻譜分布形狀進(jìn)行分類的，如均勻分布的噪聲稱為白噪聲。按產(chǎn)生過程進(jìn)行分類噪聲可分為量化噪聲和椒鹽噪聲等。3. 對(duì)于一維的某些特定的輸入信號(hào)，中值濾波的輸出保持輸入信號(hào)值不變。例如輸入信號(hào)為在2n+1內(nèi)單調(diào)增加或單調(diào)減少的序列。對(duì)于二維信號(hào)，中值濾波不變性要復(fù)雜得多，不僅與輸入信號(hào)有關(guān)，還與窗口的形狀有關(guān)。圖 7.7列出了幾種二維中值濾波窗口及與之對(duì)應(yīng)的最小尺寸的不變輸入圖形。一般地，與窗口對(duì)角線垂直的邊緣經(jīng)濾波后將保持不變。利用這個(gè)特點(diǎn)，可以使中值濾波既能去除圖像中的噪聲，又能保持圖像中一些邊緣信息。從經(jīng)驗(yàn)來看，方形或圓形的窗口適宜于地物輪廓較長(zhǎng)的圖像，十字窗口適宜于有尖角物體的圖像。一維的周期性二值序列，如xn=，+1，+1，-1，-1，+1，+1，-1，-1，當(dāng)濾波窗口長(zhǎng)度為9時(shí)，經(jīng)過中值濾波此序列將保持不變。對(duì)于一個(gè)二維序列，這一類不變性更為復(fù)雜，但它們一般也是二值的周期性結(jié)構(gòu)，即周期性網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的圖像。4. 梯度倒數(shù)加權(quán)法平滑源于這樣的考慮：在離散圖像內(nèi)部相鄰區(qū)域的變化大于區(qū)域內(nèi)部的變化，在同一區(qū)域中中間像素的變化小于邊沿像素的變化。梯度值正比于鄰近像素灰度級(jí)差值，即在圖像變化緩慢區(qū)域，梯度值小，反之則大。取梯度倒數(shù)，該倒數(shù)之大小正好與梯度相反，以梯度倒數(shù)作權(quán)重因子，則區(qū)域內(nèi)部的鄰點(diǎn)權(quán)重就大于邊沿或區(qū)域外的鄰點(diǎn)。也就是說，這種平滑其貢獻(xiàn)重要來自區(qū)域內(nèi)部的像素，平滑后的圖像邊沿和細(xì)節(jié)不會(huì)受到明顯損害。5. Laplacian算子是線性二階微分算子，即取某像素的上下左右四個(gè)相鄰像素的值相加的和減去該像素的四倍，作為該像素新的灰度值。梯度運(yùn)算檢測(cè)了圖像的空間灰度變化率，因此，圖像上只要有灰度變化就有變化率。Laplacian算子檢測(cè)的是變化率的變化率，是二階微分。在圖像上灰度均勻和變化均勻的部分，根據(jù)Laplacian算子計(jì)算出的值0。因此，它不檢測(cè)均勻的灰度變化，產(chǎn)生的圖像更加突出灰度值突變的部分。與梯度算子不同，拉普拉斯算子是各向同性的。拉普拉斯銳化效果容易受圖像中的噪聲的影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常先進(jìn)行平滑濾波，然后才進(jìn)行拉普拉斯銳化?？紤]到各向同性的性質(zhì)和平滑的特點(diǎn)，常選擇高斯函數(shù)作為平滑濾波核（即先進(jìn)行高斯低通濾波）。6. （1）羅伯特（Roberts）梯度采用交叉差分的方法。用模板表示為： Roberts梯度相當(dāng)于在圖像上開一個(gè)22的窗口，用模板h1計(jì)算后取絕對(duì)值再加上模板h2計(jì)算后取絕對(duì)值。將計(jì)算值作為中心像素（x，y）的梯度值，如下所示。這種算法的意義在于用交叉的方法檢測(cè)出像素與其在上下之間或左右之間或斜方向之間的差異。采用Roberts梯度對(duì)圖像中的每一個(gè)像素計(jì)算其梯度值，最終產(chǎn)生一個(gè)梯度圖像，達(dá)到突出邊緣的目的。（2）Sobel梯度是在Prewitt算法的基礎(chǔ)上，對(duì)4-鄰域采用加權(quán)方法進(jìn)行差分，因而對(duì)邊緣的檢測(cè)更加精確，常用的模板如下：在上面的Prewitt和Sobel模板中，h1主要對(duì)水平方向的地物進(jìn)行銳化，h2則主要對(duì)垂直方向的地物進(jìn)行銳化。在應(yīng)用中要注意的是，模板對(duì)于含有大量噪聲的圖像是不適用的。與Roberts梯度相比，Sobel算法較多地考慮了鄰域點(diǎn)的關(guān)系，擴(kuò)大了模板，從22擴(kuò)大到33來進(jìn)行差分7. （1）以各像素點(diǎn)的梯度值代替其原灰度值，用此方法得到的圖像完全失去了原圖像的面目而成為一幅邊緣圖像，梯度值大的邊緣輪廓被突出顯示，而灰度變化比較平緩或均勻的區(qū)域則幾乎是黑色。由于圖像包含大量信息，像素的灰度值差異普遍存在，為了在突出主要邊緣信息的同時(shí)保留圖像背景，設(shè)定一個(gè)非負(fù)閾值T進(jìn)行處理。（2）適當(dāng)選取T ，使梯度值T的各點(diǎn)的灰度等于該點(diǎn)的梯度值，其它則保留原灰度值，形成背景，（3）根據(jù)需要指定一個(gè)灰度級(jí)LG，例如，令LG255。以LG表示邊緣，其它保留原背景值，（4）指定一個(gè)灰度級(jí)LB表示背景，例如，令LB0，形成黑背景，保留邊緣梯度變化。（5）將邊緣與灰度圖像分別以灰度級(jí)LG 和LB表示，例如，255表示邊緣，0表示背景，形成二值圖像8.（1） 檢測(cè)垂直線（2） 檢測(cè)水平線（3）檢測(cè)對(duì)角線9. （1）理想濾波器包括理想低通濾波器、理想高通濾波器，用理想低通濾波器處理后會(huì)導(dǎo)致邊緣損失、圖像邊緣模糊。理想高通濾波器處理的圖像中邊緣有抖動(dòng)現(xiàn)象。（2）Butterworth濾波器包括Butterworth低通濾波器、Butterworth高通濾波器，Butterworth低通濾波器的特點(diǎn)是連續(xù)衰減，不像理想低通濾波器那樣具有明顯的不連續(xù)性。因此，用此濾波器處理后圖像邊緣的模糊程度大大降低。Butterworth銳化效果較好，邊緣抖動(dòng)現(xiàn)象不明顯，但計(jì)算比較復(fù)雜。（3）指數(shù)濾波器包括指數(shù)低通濾波器、指數(shù)高通濾波器，指數(shù)低通濾波器在抑制噪聲的同時(shí)，圖像中邊緣的模糊程度比Butterworth濾波器大。指數(shù)高通濾波器比Butterworth效果差些，邊緣抖動(dòng)現(xiàn)象不明顯。（4）梯形濾波器包括梯形低通濾波器、梯形高通濾波器，梯形低通濾波器介于理想低通濾波器和指數(shù)低通濾波器之間，處理后的圖像有一定的模糊。梯形高通濾波器會(huì)產(chǎn)生輕微抖動(dòng)現(xiàn)象，但因計(jì)算簡(jiǎn)單而經(jīng)常被使用。（5）高斯濾波器包括高斯低通濾波器、高斯高通濾波器。10. （1）取對(duì)數(shù)這使圖像運(yùn)算從乘法變?yōu)榧臃?，分開照射分量和反射分量。然后，可以在頻率域進(jìn)行圖像的處理。（2）對(duì)（1）的結(jié)果進(jìn)行傅立葉變換（3）選取濾波器函數(shù)對(duì)進(jìn)行濾波處理在這里，稱為同態(tài)濾波函數(shù)，它可以分別作用于照射分量和反射分量上。同態(tài)濾波函數(shù)的類型和參數(shù)的選擇對(duì)濾波的結(jié)果影響很大。（4）應(yīng)用傅立葉逆變換將圖像轉(zhuǎn)換到空間域（5）再對(duì)上式進(jìn)行指數(shù)變換計(jì)算題：1對(duì)下列圖像進(jìn)行均衡化，并畫出均衡化的輸出圖像。0464445555044454554464656044165544644406444042554446444444375555解：04644455550444545544646figi560441655446444064440425544464444443755551474446666144464664474767144176644744417444141664447444444176666共有8個(gè)灰度級(jí)：01234567各灰度級(jí)像素?cái)?shù)nj：5111311681求直方圖pf (nj /n)：0.0780.0160.016 0.0160.4840.250.1250.016求 C(f)：0.0780.0940.1100.1260.6100.8600.9851.01映射gi= INT7 C(f)+0.5 111146772. 下圖給出了一幅二值圖像，用八方向鏈碼對(duì)圖像中的邊界進(jìn)行鏈碼表述(起點(diǎn)是S 點(diǎn))，寫出它的八鏈碼(沿順時(shí)鐘)，并對(duì)該鏈碼進(jìn)行起點(diǎn)歸一化，說明起點(diǎn)歸一化鏈碼與起點(diǎn)無關(guān)的原因。解：(1) 八鏈碼為： 07000065653434222。(2) 歸一化八鏈碼為：00006565343422207。同一個(gè)封閉邊界的不同起點(diǎn)的各個(gè)鏈碼可以看作是由表示該邊界的一串?dāng)?shù)碼（鏈碼）循環(huán)移位得到的，如果把這一串?dāng)?shù)看作N 位自然數(shù)，則不同的起點(diǎn)就形成不同大小的N 位自然數(shù)，其中必存在一個(gè)最小，若將最小的N 位自然數(shù)串的起點(diǎn)作為歸一化鏈碼的起點(diǎn)，則該歸一化鏈碼必唯一，也與起點(diǎn)無關(guān)。3 設(shè)1 幅77大小的二值圖像中心處有1 個(gè)值為0 的33大小的正方形區(qū)域，其余區(qū)域的值為1，如圖所示。（1）使用Sobel算子來計(jì)算這幅圖的梯度，并畫出梯度幅度圖（需給出梯度幅度圖中所有像素的值）；（2）使用Laplacian 算子計(jì)算拉普拉斯圖，并給出圖中所有像素的值。 Prewitt算子： 解：（1）由水平模板Wx ，可得水平梯度Gx 為：， 由垂直模板Wy ，可得垂直梯度Gy 為：， 當(dāng)用梯度計(jì)算公式,時(shí)，計(jì)算得到的梯度為：當(dāng)用梯度計(jì)算公式時(shí)，計(jì)算得到的梯度為：當(dāng)用梯度計(jì)算公式 時(shí)，計(jì)算得到的梯度為：（2）用Laplacian 算子的4-鄰域模板計(jì)算時(shí)，得到的梯度如下： 用Laplacian 算子的8-鄰域模板計(jì)算時(shí)，得到的梯度如下：4、如圖，X是待處理圖像，黑點(diǎn)代表目標(biāo)，白點(diǎn)代表背景；B是結(jié)構(gòu)元素，原點(diǎn)在中心。分別給出B對(duì)X做開運(yùn)算和閉運(yùn)算的結(jié)果。5. 圖像增強(qiáng)的點(diǎn)運(yùn)算函數(shù)如下圖實(shí)線時(shí)，會(huì)有什么樣的效果。答：圖1：圖像反相，有像照片底片一樣的效果圖2：分段線性拉伸是將圖像區(qū)間分成兩段乃至多段作線性變換。在感興趣的區(qū)間，斜率大于1，突出有價(jià)值的信息；在不感興趣的區(qū)域，斜率小于1 ，抑止無用信息。圖3：對(duì)圖像進(jìn)行閾值分割，圖像變成二值圖像6、若使用下列模板分別對(duì)一幅灰度圖像進(jìn)行卷積，會(huì)達(dá)到什么樣的效果？答：（1）均值濾波 圖像變模糊（2）邊緣檢測(cè) 得到圖像邊緣（3）邊緣銳化 灰度值大的更大，灰度值小的更小（4）邊緣銳化（5）無意義（6）無意義（7）邊緣檢測(cè)（8）加權(quán)的邊緣檢測(cè)7. 有一幅電視圖象如下所示，由于干擾，在接收時(shí)圖中有若干個(gè)亮點(diǎn)（灰度為FF），試設(shè)計(jì)兩種濾波方法對(duì)將該圖象濾波， 寫出各自濾波后的圖象，并說明選擇這兩種濾波器的原因和它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。1118742FFFFFFFF333443333FFFFFF6334558 234678答：1118742255255255255333443333255