【數(shù)字圖像處理】部分答案第一章到第五章

1、第一章習(xí)題基本概念2007-12-2916:251. 什么是圖像？模擬圖像與數(shù)字圖像有什么區(qū)別？答：1）圖像是對客觀存在的物體的一種相似性的、生動(dòng)的寫真或描述。2）模擬圖像在數(shù)學(xué)上主要用連續(xù)函數(shù)來描述，主要特點(diǎn)表現(xiàn)為圖像的光照位置和光照強(qiáng)度均為連續(xù)變化的。數(shù)字圖像主要用矩陣或數(shù)組來描述。以往的膠片成象就是模擬的圖象，它反映了事物在連續(xù)空間上的特征，而現(xiàn)在的數(shù)碼相機(jī)成象就是數(shù)字圖象，它反映了事物在離散空間上的特征，也可以說模擬圖象經(jīng)過抽樣和量化就可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字圖象。而數(shù)字圖象是隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字技術(shù)發(fā)展起來的新的表現(xiàn)或再現(xiàn)外界事物的方式。2模擬圖像處理與數(shù)字圖像處理主要區(qū)別表現(xiàn)在哪些方面？答：1）

2、數(shù)學(xué)描述方法：模擬圖像主要用連續(xù)數(shù)學(xué)方法，數(shù)字圖像主要用離散數(shù)學(xué)方法。2）圖像分辨率表示：數(shù)字圖像分辨率是指反映整個(gè)圖像畫面垂直和水平方向像素?cái)?shù)乘積。模擬圖像分辨率是指反映整個(gè)畫面最多的掃描線數(shù)。3）圖像處理：數(shù)字圖像是通過對模擬圖像采樣，量化等處理獲得的，模擬圖像處理的方式很少，往往只能進(jìn)行簡單的放大、縮小等，而數(shù)字圖像的處理方式可以非常精確、靈活。數(shù)字圖像處理再現(xiàn)性好，模擬圖像的保存性較差，時(shí)間長了會(huì)有所變化，而數(shù)字圖像不會(huì)因?yàn)楸４妗鬏敾驈?fù)制而產(chǎn)生圖像質(zhì)量上的變化。但數(shù)字圖像處理速度較慢，存儲容量大。4）圖像傳輸：模擬圖像以實(shí)物為載體，傳輸相對困難，而數(shù)字圖像以數(shù)字信息為載體，傳輸相對較

3、快3圖像處理學(xué)包括哪幾個(gè)層次？各層次間有何區(qū)別和聯(lián)系？答：圖像處理學(xué)包含3個(gè)層次：圖像處理，圖像分析和圖像理解。圖像處理是比較底層的操作，它主要在圖像像素級上進(jìn)行處理，處理的數(shù)據(jù)量大。圖像分析，則進(jìn)入了中層，分割和特征提取把原來以像素描述的圖像轉(zhuǎn)變成比較簡潔的對目標(biāo)的描述。圖像理解主要是高層操作，操作對象的基本上是從描述中抽象出來的符號，其處理過程和方法與人類的思維推理有許多類似之處。各層次之間起著相輔相承聯(lián)系，高層指導(dǎo)底層操作，底層為高層服務(wù)，中層起著橋梁的作用，為底層和高層聯(lián)系起銜接作用。5圖像處理系統(tǒng)由哪些模塊組成？各模塊起何作用？答：1）圖像處理系統(tǒng)主要是由照明用光源，攝像單元，A/D

4、轉(zhuǎn)換氣，圖像存儲器及計(jì)算機(jī)等要素構(gòu)成。2）照明光源：給被照對象提供光源。攝像單元：將光能量轉(zhuǎn)換為電荷并形成相應(yīng)被照對象的圖像。A/D轉(zhuǎn)換器：將模擬圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像。圖像存儲器：用來存儲數(shù)字圖像信息。計(jì)算機(jī)：主要用來對數(shù)字圖像作相應(yīng)的處理。6.數(shù)字圖像處理主要應(yīng)用有哪些？答：數(shù)字處理圖像在生物醫(yī)學(xué)、遙感、工業(yè)、軍事、通信、公安等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。1）生物醫(yī)學(xué)：顯微圖像、DNA分析、X光成像、超聲成像、CT等。2）遙感航天：地圖、氣象、天文、交通等。3）通信方面：圖像傳輸，影像傳輸?shù)取?）工業(yè)應(yīng)用：生產(chǎn)監(jiān)控、CAD技術(shù)、產(chǎn)品檢測等。5）軍事、公安領(lǐng)域：指紋識別、雷達(dá)偵測、地形識別等。第二章習(xí)題

5、2007-12-2920:45I. 什么是圖像對比度？答：圖像對比度對比度是指圖像最亮和最暗之間的區(qū)域之間的比率。2人眼感受的亮度與哪些因素有關(guān)？答：圖像的清晰度、色彩的明銳度、圖像的灰度級別，環(huán)境光的亮度，圖像尺寸大小等3何謂馬赫帶現(xiàn)象？答：馬赫帶效應(yīng)(MachBandEffect)是指有一定反差的圖像臨界部位在視覺上給人以特別白或特別黑的感覺。人們在觀察一條由均勻黑的區(qū)域和均勻白的區(qū)域形成的邊界時(shí)，一般認(rèn)為主觀感受與某一點(diǎn)的投射強(qiáng)度或反射強(qiáng)度有關(guān)。但實(shí)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)中分別存在著一條更黑和更白的條帶，這就是所謂的馬赫帶。4圖像數(shù)字化包括哪兩個(gè)過程

6、？數(shù)字化參數(shù)對數(shù)字化圖像質(zhì)量有何影響？答：1)采樣和量化2)一般來說，采樣間隔越大，所得圖像像素?cái)?shù)越少，空間分辨率低，質(zhì)量差，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)像素呈塊狀的國際棋盤效應(yīng)；采樣間隔越小，所得圖像像素?cái)?shù)越多，空間分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大。量化等級越多，所得圖像層次越豐富，灰度分辨率高，圖像質(zhì)量好，但數(shù)據(jù)量大；量化等級越少，圖像層次欠豐富，灰度分辨率低，會(huì)出現(xiàn)假輪廓現(xiàn)象，圖像質(zhì)量變差，但數(shù)據(jù)量小。5數(shù)字化設(shè)備由哪幾部分組成？答：采樣孔，圖像掃描機(jī)構(gòu)，光傳感器，量化器，輸出存儲體。6.連續(xù)圖像f(x,y)與數(shù)字圖像I(r,c沖各量的含義是什么？它們有何聯(lián)系和區(qū)別？答：f(x,y)表示二維圖像在空間(x

7、,y)上的幅值，數(shù)字圖像I(r,c)表示位于圖像矩陣上第r行，第c列的元素幅值。I(r,c)是通過對f(x,y)抽樣和量化得來的。f(x,y)各量是連續(xù)的，I(r,c洛量是離散的。7什么是灰度直方圖？有哪些應(yīng)用？答：灰度直方圖是表示數(shù)字圖像中每一灰度級與該灰度級出現(xiàn)頻率間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系得二維圖形。用橫坐標(biāo)表示灰度級，縱坐標(biāo)表示頻數(shù)。通過變換圖像的灰度直方圖可以，使圖像更清晰，達(dá)到圖像增強(qiáng)的目的。8從灰度直方圖你能獲得圖像的哪些信息？答：灰度范圍，灰度級的分布，整幅圖像的平均亮度。10設(shè)計(jì)顯示數(shù)字圖像直方圖的程序。答：I二imread(picname.jpg讀入;灰度圖片Imshow(I);%顯示讀

8、入圖片figure,imhist(I);%顯示圖片直方圖II. 圖像處理按功能分有哪幾種形式？答：灰度變換，圖像銳化，圖像平滑，圖像復(fù)原24數(shù)字圖像特征？包括哪些類型？?答：二進(jìn)制圖像，索引圖像，灰度圖像，多幀圖像，RGB圖像。第三章習(xí)題2007-12-2921:251什么是線性位移不變系統(tǒng)？答：若一個(gè)系統(tǒng)輸入輸出滿足線性關(guān)系且輸出與輸入加于系統(tǒng)的時(shí)刻無關(guān)，則稱這樣的系統(tǒng)為線性位移不變系統(tǒng)。2. 圖像處理中正交變換的目的是什么?圖像變換主要用于哪些方面？答：目的在于：使圖像處理問題簡化；有利于圖像特征提??；有助于從概念上增強(qiáng)對圖像信息的理解。圖像變換廣泛應(yīng)用在圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)、特征提取、圖像

9、壓縮編碼和形狀分析等方面。3. 二維Fourier變換有哪些性質(zhì)？答：周期性，線性，可分離性，比例性質(zhì)，位移性質(zhì)，對稱性質(zhì)，共軛對稱性，差分，積分,卷積，能量。4. 二維Fourier變換的可分離性有何意義？答：分離性表明：二維離散傅立葉變換和反變換可用兩組一維離散傅立葉變換和反變換來完成。第四章習(xí)題2007-12-302:351. 圖像增強(qiáng)的目的是什么？它包含哪些內(nèi)容？答：圖像增強(qiáng)目的是采用一系列技術(shù)去改善圖像的視覺效果或?qū)D像轉(zhuǎn)換成一種更適合于人或機(jī)器進(jìn)行分析和處理的形式。包含：灰度變換，直方圖修正，圖像銳化，圖像平滑等。2. 寫出將具有雙峰直方圖的兩個(gè)峰分別從23和155移到16和255

10、的圖像線性變換。答：將a=23,b=155;c=16,d=255代入公式：h-a239得,1323. 直方圖修正有哪兩種方法？二者有何主要區(qū)別與聯(lián)系？答：直方圖均衡化和直方圖規(guī)定化。區(qū)別：直方圖均衡化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。直方圖規(guī)定化是使原圖像灰度直方圖變成規(guī)定形狀的直方圖而對圖像作修正的增強(qiáng)方法。聯(lián)系：若對原始圖像和通過直方圖規(guī)定化修正的像都作了均衡化處理，則二者均衡化都為均勻分布的密度函數(shù)。5. 直方圖均衡化處理采用何種變換函數(shù)？答:6. 直方圖規(guī)定化處理的技術(shù)難點(diǎn)是什么？如何解決？答：利用直方圖規(guī)定化方法進(jìn)行圖像增強(qiáng)的主要困難在于如何構(gòu)成有意

11、義的直方圖。針對這種情況可以用高斯函數(shù)、指數(shù)型函數(shù)、瑞利函數(shù)等作為規(guī)定的概率密度函數(shù)。8何謂圖像平滑？試述均值濾波的基本原理。答：為了抑制噪聲改善圖像質(zhì)量所進(jìn)行的處理稱圖像平滑或去噪。均值濾波是一種局部空間域處理的算法，就是對含有噪聲的原始圖像f(x,y)的每個(gè)像素點(diǎn)取一個(gè)領(lǐng)域S，計(jì)算S中所有像素的灰度級平均值，作為空間域平均處理后圖像g(x,y)像素值。9何謂中值濾波？有何特點(diǎn)？答：中值濾波是對一個(gè)滑動(dòng)窗口內(nèi)的諸像素灰度值排序，用中值代替窗口中心像素的原來灰度值，它是一種非線性的圖像平滑法。它對脈沖干擾及椒鹽噪聲的的圖像卻不太合適。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。但它

12、對點(diǎn)、線等細(xì)節(jié)較多12低通濾波法中常有幾種濾波器?它們的特點(diǎn)是什么？答：理想低通濾波器(ILPF)，巴特沃斯低通濾波器(BLPF),指數(shù)型低通濾波器(ELPF),梯形低通濾波器(TLPF)。特點(diǎn)：理想低通濾波器，雖然有陡峭的截止頻率，卻不能產(chǎn)生良好的效果，圖像由于高頻分量的濾除而變得模糊，同時(shí)還產(chǎn)生振鈴效應(yīng)。巴沃特斯濾波器轉(zhuǎn)移特性曲線較平滑，沒有振鈴效應(yīng)，故圖像模糊減少，但它的尾部保留較多的高頻，所以對噪聲的平滑效果不如ILPEo指數(shù)型低通濾波器具有較平滑的過濾帶，經(jīng)此平滑后的圖像沒有'振鈴”現(xiàn)象，而與巴沃特斯濾波相比，它具有更快的衰減特性，處理圖像稍微模糊一些。梯形低通濾波器的性能介

13、于巴沃特斯與完全平滑濾波器之間，對圖像具有一定的模糊和振鈴效應(yīng)。13. 多圖像平均法為何能去掉噪聲，它的主要難點(diǎn)是什么？答：如果一幅圖像包含有噪音可以假定這些噪音相對于每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(x,y)是不相關(guān)的，隨機(jī)的，其數(shù)學(xué)期望為零，均值為零。多圖像平均法就是把一系列有噪聲的圖像疊加起來然后再取平均值以達(dá)到平滑的目的。主要難點(diǎn)在于在求平均時(shí)，如何選擇參加平均的點(diǎn)數(shù)以及領(lǐng)域各點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)等。14. 圖像銳化處理有幾種方法？答：微分法和高通濾波。其中微分法包含：梯度法和拉普拉斯算子法；高通濾波包含：空域高通濾波法和頻域高通濾波法。16.Laplace算子為何能增強(qiáng)圖像邊緣？答：灰度均勻的區(qū)域或斜坡中間為0

14、；在斜坡底或低灰度側(cè)形成“下沖”，而在斜坡頂或高灰度側(cè)形成“上沖”。17試述頻域增強(qiáng)步驟。頻域平滑與銳化的主要區(qū)別在哪里？答：步驟：1) 對源圖像進(jìn)行二維傅立葉變換2) 頻譜中心轉(zhuǎn)移3) 通過相應(yīng)的濾波器處理4) 對處理后的圖像進(jìn)行頻譜中心還原5) 對圖像進(jìn)行傅立葉反變換6) 結(jié)束處理頻域平滑與銳化的區(qū)別：頻域平滑主要是濾除高頻部分保留低頻，而銳化則是濾除低頻保留高頻。即頻率平滑主要是去除噪聲改善圖像質(zhì)量；而銳化主要是消除模糊，突出邊緣，有利于圖像識別和處理。22.試述多圖像平均去噪的理由。答：如果一幅圖像包含有噪音可以假定這些噪音相對于每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)(x,y)是不相關(guān)的，隨機(jī)的，其數(shù)學(xué)期望為零

15、，均值為零。設(shè)g(x,y)是由噪聲的圖像，它是由噪聲圖像n(x,y)和原始圖像f(x,y)疊加而成。g(x,y)=f(x,y)+n(x,y)M以上表明了多圖平均法可以將圖像的噪聲減少到1/M。第五章習(xí)題2007-12-304:181試述圖像退化的模型？寫出離散退化模型。答：假定成像系統(tǒng)是線性位移不變系統(tǒng)，則獲取的圖像g(x,y)表示為g(x,y)=f(x,y)*h(x,y)若受加性噪聲n(x,y)的干擾，則退化圖像可表示為g(x,y)=f(x,y)*h(x,y)+n(x,y)這就是線性位移不變系統(tǒng)的退化模型。2何謂圖像復(fù)原？圖像復(fù)原與增強(qiáng)有何區(qū)別？答：圖像復(fù)原是根據(jù)圖像退化的先驗(yàn)知識建立一個(gè)退

16、化模型，以此模型為基礎(chǔ)，采用各種逆退化處理方法進(jìn)行恢復(fù)，得到質(zhì)量改善的圖像。區(qū)別如下1) 圖像增強(qiáng)不考慮圖像是如何退化的，而是試圖采用各種技術(shù)來增強(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。2) 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，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試述逆濾波復(fù)原的基本原理。它的主要難點(diǎn)是什么?如何克服？答：對于線性移不變系統(tǒng)而言對上式兩邊進(jìn)行傅立葉變換得H(u,v)稱為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。從頻率域角度看，它使圖像退化，因而反映了成像系統(tǒng)的性能。則對F(u,v)進(jìn)行反傅立葉變換可得到f(x,y)。以上就是

17、逆濾波復(fù)原的基本原理°1/H(u,v)戸(込巧二月(込巧+善黑稱為逆濾波器。難點(diǎn)：根據(jù)-可知若噪聲存在，而且H(u,v)很小或?yàn)榱銜r(shí)，則噪聲被放大。這意味著退化圖像中小噪聲的干擾在H(u,v)較小時(shí)，會(huì)對逆濾波恢復(fù)的圖像產(chǎn)生很大的影響，有可能使恢復(fù)的圖像和f(x,y)相差很大，甚至面目全非?？朔?)在H(u,v)=O及其附近，人為的仔細(xì)設(shè)置H-1(u,v)的值，使N(u,v)*H-1(u,v)不會(huì)對F(u,v)產(chǎn)生太大影響。2)使H-1(u,v)具有低通濾波性質(zhì)。5試述最小二乘復(fù)原方法。答：約束最小二乘復(fù)原方法是以函數(shù)平滑為基礎(chǔ)導(dǎo)出的，用內(nèi)積考察函數(shù)的平滑性，最小平口z、且氣11,町血(U洱)=2T方濾波器的傳遞函數(shù)。是一個(gè)待定的參量，可有迭代的方法求得。6圖像幾何校正的一般包括哪