數(shù)字圖像處理練習(xí)題

1、一、基本題目加色圖像的三基色是指：紅、綠、藍(lán)HSI模型中，H表示色調(diào)（Hue）,S表示飽和度（Saturation）,I表示亮度（Intensity）CMYK模式的原色為青色（Cyan）、品紅色（Magenta）、黃色（Yellow）和黑色（Black）。常見的數(shù)字圖像文件格式有：BMP、JPEG、GIF、TIFF、PNG等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。數(shù)字圖像對圖像進(jìn)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。數(shù)字圖像顯示質(zhì)量的主要由空間分辨率和灰度分辨

2、率兩個因素決定。存儲一幅大小為MXN，灰度級為2g級的圖像需要MXNXg（bit）大小的存儲空間。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(jìn)行圖像的邊緣檢測。用函數(shù)s二kr+b來對圖像象素進(jìn)行拉伸變換，其中r表示待變換圖像象素灰度值，若系數(shù)k1,b0，則輸出圖像的象素灰度值范圍被拉伸（拉伸或壓縮），圖像變暗（暗或者亮）。廣義的圖像處理包含三個層次：圖像變換處理，圖像分

3、析，圖像理解。圖像按其色調(diào)不同，可分為無色調(diào)的灰度，黑自）圖像和有色調(diào)的彩色圖像兩種。圖像的一般可以用多變量函數(shù)來表示I=f（x,y,z仏,t）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。頻率域法是在圖像的變換域（或頻率域）上進(jìn)行處理，增強(qiáng)我們感興趣的頻率分量，然后進(jìn)行反變換，便得到增強(qiáng)了的圖像。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(jìn)行圖像復(fù)原的一般過程是：分析退化原因一建立退化模型一反向推演一恢復(fù)圖像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2

4、.2.為橫坐標(biāo)，縱坐標(biāo)為灰度級的頻率圖像的邊緣以及噪聲干擾的頻率分量都處于頻率域較高的部分。因此可以采用低通濾波的方法來去除噪聲。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。XB=(X0B)BXB=(XB)0BO將三基色信號按一定比例組合成亮度(Y)和色度(U,V)信號，它們之間的關(guān)系O為：Y=0.3R+0.59G+0.11B,U=R-Y,V=B-Y我國的電視標(biāo)準(zhǔn)是PAL制，它規(guī)定每秒25幀，每幀有水平方向的625掃描行在變字長編

5、碼中，給出現(xiàn)概率高的符號分配較短的碼字，給出現(xiàn)概率低的碼字分配較長的碼字。MPEG是ISO的活動圖像專家組的英文縮略形式,其工作是開發(fā)滿足各種應(yīng)用的活動圖像及其伴音的壓縮、解壓縮以及編碼描述的國際標(biāo)準(zhǔn)若原始的模擬圖像，其傅氏頻譜在水平方向的截止頻率為u，在垂直方向m的截止頻率為V，則只要水平方向的空間取樣頻率U=2U，垂直方向的空m0m_間取樣頻率V=2V，圖像可被精確地恢復(fù)。0m計算機(jī)斷層掃描技術(shù)又稱為計算機(jī)層析或叫CT。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(qiáng)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

6、更黑和更亮的條帶，這就是所謂的“Mach帶”若代碼中任何一個碼字都不是另一個碼字的續(xù)長，也就是不能在某一個碼字后面添加一些碼元而構(gòu)成另一個碼字，稱其為非續(xù)長代碼。反之，稱其為續(xù)長代碼。對每個取樣點灰度值的離散化過程稱為量化。常見的量化可分為兩大類，一類是將每個樣值獨(dú)立進(jìn)行量化的標(biāo)量量化方法，另一類是將若干樣值聯(lián)合起來作為一個矢量來量化的矢量量化方法。在標(biāo)量量化中按照量化等級的劃分方法不同又分為兩種，一種均勻量化；另一種是非均勻量化數(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。它的基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)形狀以達(dá)到對圖像分析和識別的目的33.活動圖像編碼傳輸系統(tǒng)

7、的與靜態(tài)圖像系統(tǒng)的主要差別就在于活動圖像的編碼傳輸系統(tǒng)中必須要有一個傳輸緩沖存儲器OO3OO0QOOOOOOOOOOQQOOOOOOOOCOOQOO0OOOOO0O0OOO0OOQ汨.:沐8冰浪00O0OOOOO00O0OOOOOO0OQCOOOCO0OQCOOOCQ0O0000OO0eOOOOO0OOOQOOOOOOOOQOOOQOO基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的圖像分割算法是利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)變換，把復(fù)雜目標(biāo)X分割成一系列互不相交的簡單子集XI,X2,，XN。態(tài)骨架描述了物體的形狀和方向信息。它具有平移不變性、逆擴(kuò)張性和等幕性等性質(zhì),是一種有效的形狀描述方法。二值圖像A的形態(tài)骨架可以通過選定合適的結(jié)構(gòu)元素B

8、,對A進(jìn)行連續(xù)腐蝕和開啟運(yùn)算來求取，形態(tài)骨架函數(shù)完整簡潔地表達(dá)了形態(tài)骨架的所有信息,因此,根據(jù)形態(tài)骨架函數(shù)的模式匹配能夠?qū)崿F(xiàn)對不同形狀物體的識別。算法具有位移不變性，因而使識別更具穩(wěn)健性。對圖像中的噪聲進(jìn)行濾除是圖像預(yù)處理中不可缺少的操作。將開啟和閉合運(yùn)算結(jié)合起來可構(gòu)成形態(tài)學(xué)噪聲濾除器。實際中常用開啟運(yùn)算消除與結(jié)構(gòu)元素相比尺寸較小的亮細(xì)節(jié)，而保持圖像整體灰度值和大的亮區(qū)域基本不變；用閉合運(yùn)算消除與結(jié)構(gòu)元素相比尺寸較小的暗細(xì)節(jié)，而保持圖像整體灰度值和大的暗區(qū)域基本不變。圖像壓縮可以是有損數(shù)據(jù)壓縮也可以是無損數(shù)據(jù)壓縮.對干如繪制的技術(shù)圖、圖表或者漫畫優(yōu)先使用無損壓縮，有損方法非常適合于自然的圖像。

9、圖像變換主要目的是將圖像的能量盡量集中在少量系數(shù)上,從而最大限度地去除原始圖像數(shù)據(jù)中的相關(guān)性！正交變換有去除相關(guān)性和能量集中的性質(zhì)。數(shù)字圖像處理(DigitalImageProcessing)又稱為計算機(jī)圖像處理，它是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機(jī)對其進(jìn)行處理的過稈。一般來講，對圖像進(jìn)行處理(或加工、分析)的主要目的有三個方面：提高圖像的視感質(zhì)量，如進(jìn)行圖像的亮度、彩色變換,增強(qiáng)、抑制某些成分，對圖像進(jìn)行幾何變換等,以改善圖像的質(zhì)量。提取圖像中所包含的某些特征或特殊信息，這些被提取的特征或信息往往為計算機(jī)分析圖像提供便利。提取特征或信息的過程是模式識別或計算機(jī)視覺的預(yù)處理。提取的特征可

10、以包括很多方面，如頻域特征、灰度或顏色特征、邊界特征、區(qū)域特征、紋理特征、形狀特征、拓?fù)涮卣骱完P(guān)系結(jié)構(gòu)等。圖像數(shù)據(jù)的變換、編碼和壓縮，以便于圖像的存儲和傳輸。像素的鄰域:鄰域是指一個像元(x,y)的鄰近(周圍)形成的像元集合。即(x=p,y=q)p、q為任意整數(shù)。像素的四鄰域像素p(x,y)的4-鄰域是:(x+1,y),(x-1,y),(x,y+1),(x,y-1)?；叶戎狈綀D(histogram)是灰度級的函數(shù)，它表示圖象中具有每種灰度級的象素的個數(shù)，反映圖像中每種灰度出現(xiàn)的頻率。它是多種空間域處理技術(shù)的基礎(chǔ)。直方圖操作能夠有效用于圖像增強(qiáng)；提供有用的圖像統(tǒng)計資料，其在軟件中易于計算，適用于

11、商用硬件設(shè)備?；叶戎狈綀D性質(zhì)：1）表征了圖像的一維信息。只反映圖像中像素不同灰度值出現(xiàn)的次數(shù)（或頻數(shù)）而未反映像素所在位置。2）與圖像之間的關(guān)系是多對一的映射關(guān)系。一幅圖像唯一確定出與之對應(yīng)的直方圖，但不同圖像可能有相同的直方圖。3）子圖直方圖之和為整圖的直方圖。5.56.列舉數(shù)字圖像處理的三個應(yīng)用領(lǐng)域醫(yī)學(xué)、存儲一幅大小為1024x1024，256個灰度級的圖像，需要8Mbit。亮度鑒別實驗表明，韋伯比越大，則亮度鑒別能力越差。直方圖均衡化適用于增強(qiáng)直方圖呈尖峰分布的圖像。依據(jù)圖像的保真度，圖像壓縮可分為無損壓縮和有損壓

12、縮圖像壓縮是建立在圖像存在編碼冗余、像素間冗余、心理視覺冗余三種冗余基礎(chǔ)上。對于彩色圖像，誦常用以區(qū)別顏色的特性是色調(diào)、飽和度亮度。對于拉普拉斯算子運(yùn)算過程中圖像出現(xiàn)負(fù)值的情況，寫出一種標(biāo)定方法：(g(X,yg)*255g/(-g)minmaxmiDSP：（數(shù)字信號處理：DigitalSignalProcessing）技術(shù)通常是指利用計算機(jī)或/和專用處理設(shè)備（包括器件），以數(shù)字的形式對信號進(jìn)行采集、濾波、檢測、均衡、變換、調(diào)制、壓縮、去噪、估計等處理，以得到符合人們需要的信號形式理想低通濾波器（ILPF）：一個理想的低通濾波器的傳遞函數(shù)由下式表示卩D（u,v）D0不足：理想低通濾波器容易出現(xiàn)振

13、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二維取樣定理：若原始的模擬圖像，其傅氏頻譜在水平方向的截止頻率為Um，在垂直方向的截止頻率為Vm，則只要水平方向的空間取樣頻率U0=2Um，垂直方向的空間取樣頻率V）=2Vm，即取樣點的水平間隔心陀叮，垂直間隔匕F(u,v)-高通濾波器H(u,v)TG(u,v)T傅立葉反變換Tg(x,y)請對下列左側(cè)二值圖片做開操作，其中深色代表1，淺色代表0，右側(cè)為采用的結(jié)構(gòu)元素。后膨脹先腐蝕頻域內(nèi)平滑操作的原理及步驟。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)部分。要對進(jìn)行平滑處理，實際就是要濾除低頻成分而

14、保持高頻成分，所以我們可以利用低通濾波器H(u,v)對圖像進(jìn)行平滑處理：Fcess!阻F(h,v)FouriertranstoriiFilterfunction卩訐I_11412111h=丄121h=一242210316111111121processingjivcrscFouriertransforjh上述陣列用于圖像的空間域濾波。hl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

15、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。它們運(yùn)算的結(jié)果均是直到平滑的作用。圖像增強(qiáng)處理及其目的是：圖像增強(qiáng)是處理圖像，使其比原始圖像更適合特定應(yīng)用。（1）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）講圖像轉(zhuǎn)換成一種更適合于人或者機(jī)器進(jìn)行分析處理的形式。試指出下列梯度算法對應(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。-1-1-1000111-101-101-101-1-2-1000121-101-202-101（a）Roberts算子（b）Pre

16、witt算子（c）Sobel算子采用梯度微分銳化圖像，同樣使噪聲、條紋等得到增強(qiáng)，Soble算子則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(jī)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(qiáng)，故邊緣顯得粗而亮。圖像增強(qiáng)與圖像復(fù)原的區(qū)別是：對降質(zhì)的圖像進(jìn)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部分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(qiáng)；另一類改善方法是針對圖像降質(zhì)的具體原因，設(shè)法補(bǔ)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

17、像復(fù)原技術(shù)何為結(jié)構(gòu)元素，選取時應(yīng)考慮哪些原則？答：結(jié)構(gòu)元素是數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)中一個最重要也是最基本的概念。在考察分析圖像時，要設(shè)計一種收集圖像信息的探針，稱為結(jié)構(gòu)元素B，具有一定的幾何形狀，如圓形、正方形、十字形、有向線段等的集合。結(jié)構(gòu)元素的選取直接影響形態(tài)運(yùn)算的效果，因此，要根據(jù)具體情況來確定。一般情況下，結(jié)構(gòu)元素的選取必須考慮以下幾個原則：結(jié)構(gòu)元素必須在幾何上比原圖像簡單，且有界。結(jié)構(gòu)元素的形狀最好具有某種凸性，如圓形、十字架形、方形等。已知一個2X2的圖片框的各方向投影如圖所示，試求圖片框內(nèi)各像素的灰度值。請采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈコ铝凶髠?cè)圖片中的一些線段，使最后圖片的效果如右圖所示選用如下結(jié)構(gòu)元素

18、，對左側(cè)圖片進(jìn)行Opening,即先進(jìn)行一次dilation，再進(jìn)行一次erosio操作即可。匚請用偽碼或任意一種高級語言描述將一幅彩色圖片轉(zhuǎn)換為灰度(二值)圖片的算法。已知某像素的RGB值分別為：200，100，200，求轉(zhuǎn)換為YUV格式后的各值。Y=0.3R+0.59G+0.11B=0.3x200+0.59x100+0.11x200=141U=R-Y=200-141=59V=B-Y=200-141=59簡述同態(tài)增晰法及其原理圖像的同態(tài)增晰法屬于圖像頻率域處理范疇，其作用也是對圖像的灰度范圍進(jìn)行調(diào)整。其原理框圖如圖所示：(a)同態(tài)增晰方框圖74試述典型的幾何失真有哪幾種，并繪出相應(yīng)的示意圖典

19、U.rJL-i-L/4rlot型的幾H何失(a)原圖像真如(b)梯形失真(c)枕形失真(d)桶形失真75.試分析下列圖像存在的質(zhì)量問題，并提出相應(yīng)的措施圖示噪聲明顯存在周期性，因此為典型的周期信號干擾噪聲。要去除該周期性的干擾信號可在頻域內(nèi)觀察該噪聲所在頻率，并有針對性的進(jìn)行帶阻濾波去除噪聲。76請采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ瓜铝袌D片中只保留豎直方向的米粒:沸(a)原圖像解:采用如圖所示的結(jié)構(gòu)元素結(jié)構(gòu)兀素對原圖進(jìn)行Opening操作，即先進(jìn)行一次dilation操作，再進(jìn)行一次erosion操作即可。77.請采用適當(dāng)方法提取下列圖片中物體的輪廓邊緣。解：采用形態(tài)學(xué)變換為：Y=X-(XB)的方式進(jìn)行，其中結(jié)

20、構(gòu)元素、腐蝕結(jié)果和邊緣提取結(jié)果如下圖所示：圖像編碼中的兩類基本方法：變換編碼和預(yù)測編碼對于常見的大多數(shù)圖像，相鄰兩個像素的差值的統(tǒng)計分布集中在零附近簡述4個鄰域點和8個鄰域點的平均，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(a)4鄰域(b)8鄰域81.已知圖像的灰度級by2,y3y4,y5y6,y7,y8出現(xiàn)的概率分別為：0.4，0.18，0.10,0.10,0.07，0.06，0.05，0.04。試進(jìn)行哈夫曼編碼和香農(nóng)編碼此題答案不唯一，只要是y1碼長為1，y2、y3

21、碼長為3，y4、y5、y6碼長為4，y7、y8碼長為5且為非續(xù)長代碼即可。選擇題1、采用冪次變換進(jìn)行灰度變換時，當(dāng)冪次取大于1時，該變換是針對如下哪一類圖像進(jìn)行增強(qiáng)(B)A圖像整體偏暗B圖像整體偏亮C圖像細(xì)節(jié)淹沒在暗背景中D圖像同時存在過亮和過暗背景2、圖像灰度方差說明了圖像哪一個屬性。（B）A平均灰度B圖像對比度C圖像整體亮度D圖像細(xì)節(jié)3、計算機(jī)顯示器主要采用哪一種彩色模型（A）A、RGBB、CMY或CMYKC、HSID、HSV4、采用模板-11T主要檢測（A）方向的邊緣。A.水平B.45。C.垂直D.135。5、下列算法中屬于圖象銳化處理的是：（C）A.低通濾波B.加權(quán)平均法C.高通濾波D.中值濾波6、維納濾波器通常用于（C）A、去噪B、減小圖像動態(tài)范圍C、復(fù)原圖像D、平滑圖像7、彩色圖像增強(qiáng)時，C處理可以采用RGB彩色模型。A.直方圖均衡化B.同態(tài)濾波C.加權(quán)均值濾波D.中值濾波8、_B_濾波器在對圖像復(fù)原過程中需要計算噪聲功率譜和圖像功率譜。A.逆濾波B.維納濾波C.約束最小二乘濾波D.同態(tài)濾波9、高通濾波后的圖像通常較暗，為改善這種情況，將高通濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)加上一常數(shù)量以便引入一些低頻分量。這樣的濾波器叫B。A.巴特沃斯高通濾波器B.高頻提升濾波器C.高頻加強(qiáng)濾波器D.理想高通濾波器10、圖象與灰度直方圖間的對應(yīng)關(guān)系是BA.對應(yīng)B.