圖像處理作業(yè)答案

作業(yè)解答第二章《光電圖像處理基礎(chǔ)》作業(yè)1、給出如下的一幅4bit的圖像A。逐個(gè)統(tǒng)計(jì)各灰度級(jí)出現(xiàn)的頻數(shù)；計(jì)算該圖像的熵；畫(huà)出A的直方圖。①各個(gè)灰度級(jí)出現(xiàn)的頻數(shù)灰度級(jí)0123456789101112131415頻數(shù)14577343110254512②圖像的熵③A的直方圖見(jiàn)圖2-1.圖2-1A的直方圖2、對(duì)第一題中給出的圖像數(shù)據(jù)A，試求：沿x、y兩個(gè)方向的一階差分；圖像梯度（幅度值）。注：要求寫(xiě)出計(jì)算公式和計(jì)算步驟，計(jì)算中可不考慮邊界像素。答：計(jì)算公式見(jiàn)課件“第二章光電圖像處理基礎(chǔ)(2013)”第51頁(yè)，程序見(jiàn)chapter2_2（計(jì)算中未考慮邊界像素，即邊界像素還取原值）。沿x方向一階差分direc_x=-25-130-3-2-10-31-1-8-11002-132-4221-513-1-13-14121-1313714-221-4-1-1-1-110-11-2-7-9-9沿y方向一階差分direc_y=0-35-1011-31249-124-612-26-63-2012-2012-11-24-54-1110-78-221-79-1211-22-24-2-36-42兩個(gè)方向梯度絕對(duì)值之和求幅值amp1=2861311631271013121712281956214352512371916121110219163910161233134135131311兩個(gè)方向梯度平方相加開(kāi)根號(hào)求幅值amp2=第三章《數(shù)字圖像的基本運(yùn)算》作業(yè)1、簡(jiǎn)要敘述數(shù)字圖像處理中的加運(yùn)算原理，并舉例說(shuō)明這種運(yùn)算在圖像處理應(yīng)用中有何重要意義和作用。答：加運(yùn)算原理：即對(duì)兩幅圖像對(duì)應(yīng)像素相加。意義：多幅圖像求平均值，可以降低加性噪聲；可以生成圖像疊加效果。作用：對(duì)同一場(chǎng)景的多幅圖像求平均值，降低加性噪聲；一幅圖像疊加到另一幅圖像上去，達(dá)到二次暴光（Double-exposure)的效果。2、下面是一幅8bit灰度圖像I，試計(jì)算該圖像的陰圖像。答：程序見(jiàn)chapter3_2.結(jié)果：I_oppsite=12914415261513728253331314215414715第四章《圖像增強(qiáng)》作業(yè)1、利用線性灰度變換，試寫(xiě)出把灰度范圍[0，30]拉伸為[0，50]，把灰度范圍[30，60]移動(dòng)到[50，80]，把灰度范圍[60，90]壓縮為[80，90]的變換方程。（見(jiàn)教材p105，習(xí)題5.2）答：2、給定以下圖像數(shù)據(jù)；試求出用均值濾波器對(duì)該圖進(jìn)行平滑后的結(jié)果。可不考慮邊界像素。試求出用如下均值加權(quán)濾波器M對(duì)該圖進(jìn)行平滑后的結(jié)果?？刹豢紤]邊界像素。（見(jiàn)教材p106，習(xí)題5.5）答：見(jiàn)chapter4_2.第五章1.程序：見(jiàn)chapter5_1結(jié)果：2.程序：見(jiàn)chapter5_2結(jié)果：dct系數(shù)=dct系數(shù)不唯一有的同學(xué)得到的dct系數(shù)是這個(gè)也是對(duì)的，最開(kāi)始有幾個(gè)同學(xué)的這道題批錯(cuò)了，不過(guò)沒(méi)什么影響，不用擔(dān)心！第七章1.A:011E:1I:01010O:01011U:00（答案不唯一）平均碼長(zhǎng)=2.2，熵=2.1435，編碼效率=熵/平均碼長(zhǎng)=97.43%第八章1.程序：見(jiàn)chapter8_1結(jié)果：2.答案：一．名詞解釋?zhuān)?0=4*5）?1.數(shù)字圖像：一副圖像可以定義為一個(gè)二維函數(shù)f（x,y），其中x、y是空間坐標(biāo)，而f在任意一對(duì)坐標(biāo)（x、y）處的幅度稱(chēng)為該點(diǎn)處的圖像的亮度和灰度，當(dāng)x、y和f的幅值都是有限的離散值時(shí)，該圖像為數(shù)字圖像。?2.什么是信噪比？信號(hào)強(qiáng)度與同時(shí)發(fā)出的噪音強(qiáng)度之間的比率稱(chēng)為信噪比。?3.直方圖：表示數(shù)字圖像處理中的每一灰度級(jí)與其出現(xiàn)的概率間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。橫坐標(biāo)表示灰度級(jí)，縱坐標(biāo)表示頻數(shù)?！督y(tǒng)計(jì)每一個(gè)像素灰度級(jí)的個(gè)數(shù)》4.灰度直方圖：將數(shù)字圖像中的所有像素，按照灰度值的大小，統(tǒng)計(jì)其所出現(xiàn)的頻率（直方圖上的一個(gè)點(diǎn)：圖像中存在的等于某個(gè)灰度值的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)的多少）*5.連通的定義：對(duì)于具有值V的像素p和q,如果q在集合N8(p)中,則稱(chēng)這兩個(gè)像素是8-連通的。6.中值濾波：中值濾波是指將當(dāng)前像元的窗口（或領(lǐng)域）中所有像元灰度由小到大進(jìn)行排序，中間值作為當(dāng)前像元的輸出值。7.像素的鄰域：鄰域是指一個(gè)像元（x，y）的鄰近（周?chē)┬纬傻南裨?。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)8.無(wú)失真編碼:無(wú)失真編碼是指壓縮圖象經(jīng)解壓可以恢復(fù)原圖象，沒(méi)有任何信息損失的編碼技術(shù)。9.直方圖均衡化：直方圖均衡化就是通過(guò)變換函數(shù)將原圖像的直方圖修正為平坦的直方圖，以此來(lái)修正原圖像之灰度值。10.采樣：對(duì)圖像f(x,y)的空間位置坐標(biāo)（x,y）的離散化以獲取離散點(diǎn)的函數(shù)值的過(guò)程稱(chēng)為圖像的采樣。11.量化：把采樣點(diǎn)上對(duì)應(yīng)的亮度連續(xù)變化區(qū)間轉(zhuǎn)換為單個(gè)特定數(shù)碼的過(guò)程，稱(chēng)之為量化，即采樣點(diǎn)亮度的離散化。12.灰度圖像：指每個(gè)像素的信息由一個(gè)量化的灰度級(jí)來(lái)描述的圖像，它只有亮度信息，沒(méi)有顏色信息。13.色度:通常把色調(diào)和飽和度通稱(chēng)為色度，它表示顏色的類(lèi)別與深淺程度。14.圖像銳化：是增強(qiáng)圖象的邊緣或輪廓?！秷D像的平滑》15.直方圖規(guī)定化（匹配）:用于產(chǎn)生處理后有特殊直方圖的圖像的方法16.數(shù)據(jù)壓縮：指減少表示給定信息量所需的數(shù)據(jù)量。二．簡(jiǎn)答題（20=5×4）1.圖像銳化濾波的幾種方法。答：（1）直接以梯度值代替；（2）輔以門(mén)限判斷；（3）給邊緣規(guī)定一個(gè)特定的灰度級(jí)；（4）給背景規(guī)定灰度級(jí)；（5）根據(jù)梯度二值化圖像。2.偽彩色增強(qiáng)和真彩色增強(qiáng)有何異同點(diǎn)。答：偽彩色增強(qiáng)是將一幅灰度圖像變換為彩色圖像，從而將人眼難以區(qū)分的灰度差異變換為極易區(qū)分的色彩差異。它實(shí)質(zhì)上只是一個(gè)圖像的著色過(guò)程，是一種灰度到彩色的映射技術(shù)。而真彩色增強(qiáng)則是對(duì)原始圖像本身所具有的顏色進(jìn)行調(diào)節(jié)，是一個(gè)彩色到彩色的映射過(guò)程。*3.圖像編碼（壓縮）基本原理是什么？數(shù)字圖像的冗余表現(xiàn)有哪幾種表現(xiàn)形式？答：表示圖像需要的大量數(shù)據(jù)是高度相關(guān)的，或者說(shuō)存在冗余信息，去掉這些冗余信息后可以有效壓縮圖像，同時(shí)又不會(huì)損害圖像的有效信息。冗余：空間冗余、時(shí)間冗余、視覺(jué)冗余、信息熵冗余、結(jié)構(gòu)冗余和知識(shí)冗余。4.什么是中值濾波及其它的原理？中值濾波是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號(hào)處理技術(shù)，基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替，讓周?chē)南袼刂到咏恼鎸?shí)值，從而消除孤立的噪聲點(diǎn)。特點(diǎn)：是一種非線性的圖像平滑法，它對(duì)脈沖干擾級(jí)椒鹽噪聲的抑制效果好，在抑制隨機(jī)噪聲的同時(shí)能有效保護(hù)邊緣少受模糊。5、什么是直方圖均衡化？答：將原圖象的直方圖通過(guò)變換函數(shù)修正為均勻的直方圖，然后按均衡直方圖修正原圖象。圖象均衡化處理后，圖象的直方圖是平直的，即各灰度級(jí)具有相同的出現(xiàn)頻數(shù)，那么由于灰度級(jí)具有均勻的概率分布，圖象看起來(lái)就更清晰了。*6、圖像增強(qiáng)的目的是什么？答：圖像增強(qiáng)目的是要改善圖像的視覺(jué)效果，針對(duì)給定圖像的應(yīng)用場(chǎng)合，有目的地強(qiáng)調(diào)圖像的整體或局部特性，將原來(lái)不清晰的圖像變得清晰或強(qiáng)調(diào)某些感興趣的特征，擴(kuò)大圖像中不同物體特征之間的差別，抑制不感興趣的特征，使之改善圖像質(zhì)量、豐富信息量，加強(qiáng)圖像判讀和識(shí)別效果，滿足某些特殊分析的需要。?7、圖像壓縮質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法？答：分為主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。主觀評(píng)價(jià)需要人的參與，能直接反映人眼的感受。客觀評(píng)價(jià)方法用恢復(fù)圖像偏離原始圖像的誤差來(lái)衡量恢復(fù)圖像的質(zhì)量。常用的客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)有均方差和峰值信噪比。8、圖像銳化與圖像平滑有何區(qū)別與聯(lián)系？答：區(qū)別：圖像銳化是用于增強(qiáng)邊緣，導(dǎo)致高頻分量增強(qiáng)，會(huì)使圖像清晰；圖像平滑用于消除圖像噪聲，但是也容易引起邊緣的模糊。聯(lián)系：都屬于圖像增強(qiáng)，改善圖像效果。*9.平滑和銳化濾波器的異同及聯(lián)系？答：同：都能減弱或消除傅葉空間的某些分量，而不影響或較少影響其他分量，從而達(dá)到增強(qiáng)某些頻率分量的效果。異：平滑減弱或消除傅葉空間的高頻分量，達(dá)到了增強(qiáng)低頻分量、平滑圖像細(xì)節(jié)的效果；銳化減弱或消除傅葉空間的低頻分量，達(dá)到了增強(qiáng)高頻分量、銳化圖像細(xì)節(jié)的效果。聯(lián)系：兩者效果相反，互為補(bǔ)充，從原始圖像中減去平滑濾波器的結(jié)果得到銳化濾波器的效果，反之亦然。10、圖像增強(qiáng)時(shí)，平滑和銳化有哪些實(shí)現(xiàn)方法？答：平滑的實(shí)現(xiàn)方法：鄰域平均法，中值濾波，多圖像平均法，頻域低通濾波法。銳化的實(shí)現(xiàn)方法：微分法，高通濾波法。*11.圖像空域增強(qiáng)與頻域增強(qiáng)的基本原理答：頻域增強(qiáng)是指在圖像的頻率域內(nèi)，對(duì)圖像的變換系數(shù)（頻率成分）直接進(jìn)行運(yùn)算，然后通過(guò)傅里葉逆變換以獲得圖像的增強(qiáng)效果。空域增強(qiáng)是在圖像上直接進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，基本上是以灰度映射變換的。*12.頻域增強(qiáng)與空域增強(qiáng)有何不同答：空域增強(qiáng)是在圖像上直接進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算，常見(jiàn)的處理方法有：線性拉伸、直方圖均衡化等。頻域增強(qiáng)主要有基于傅里葉變換的算法、基于小波變換的算法等。二者在圖像增強(qiáng)時(shí)都已產(chǎn)生“振鈴”現(xiàn)象。*13.高通濾波與低通濾波有何特點(diǎn)？答：低通濾波器容許低頻信號(hào)通過(guò)，但減少頻率高于截止頻率的信號(hào)的通過(guò)。對(duì)于不同濾波器而言，每個(gè)頻率的信號(hào)的減弱程度不同。高通濾波器是去掉信號(hào)中不必要的低頻成分，去掉低頻干擾的濾波器。高通濾波器和低通濾波器常常成對(duì)出現(xiàn)，無(wú)論哪一種，都是為了把一定的聲音頻率送到應(yīng)該去的單元。*14.什么叫同態(tài)濾波？有何特點(diǎn)？答：同態(tài)濾波是一種在頻域中對(duì)圖像同時(shí)進(jìn)行圖像對(duì)比度增強(qiáng)和壓縮圖像亮度范圍的濾波方法。同態(tài)濾波可以使圖像處理符合人眼對(duì)于亮度響應(yīng)的非線性特性，避免了直接對(duì)圖像進(jìn)行傅里葉變換處理的失真。*15.在圖像變換編碼中為什么要對(duì)圖像進(jìn)行分塊？簡(jiǎn)述DCT編碼的原理及基本過(guò)程？答：為了提高壓縮效率，考慮到局部子塊中圖像的相關(guān)性強(qiáng)的事實(shí)，一般會(huì)將圖像分成8*8的子塊，對(duì)每個(gè)子塊獨(dú)立的進(jìn)行DCT變換。16.圖像增強(qiáng)與圖像復(fù)原的聯(lián)系與區(qū)別？答：（1）二者的目的都是為了改善圖像的質(zhì)量。（2）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(lái)增強(qiáng)圖像的視覺(jué)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。（3）而圖像復(fù)原就完全不同，需知道圖像退化的機(jī)制和過(guò)程等先驗(yàn)知識(shí)，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）如果圖像已退化，應(yīng)先作復(fù)原處理，再作增強(qiáng)處理17.在彩色圖像處理中，常使用HSI模型，它適于做圖像處理的原因？答：在HIS模型中亮度分量與色度分量是分開(kāi)的；2、色調(diào)與飽和度的概念與人的感知聯(lián)系緊密。18.圖像復(fù)原和圖像增強(qiáng)的主要區(qū)別是：答：圖像增強(qiáng)主要是一個(gè)主觀過(guò)程，而圖像復(fù)原主要是一個(gè)客觀過(guò)程；圖像增強(qiáng)不考慮圖像是如何退化的,而圖像復(fù)原需知道圖像退化的機(jī)制和過(guò)程等先驗(yàn)知識(shí)19.簡(jiǎn)述直方圖均衡化的基本原理。答：直方圖均衡化方法的基本思想是，對(duì)在圖像中像素個(gè)數(shù)多的灰度級(jí)進(jìn)行展寬，而對(duì)像素個(gè)數(shù)少的灰度級(jí)進(jìn)行縮減。從而達(dá)到清晰圖像的目的。因?yàn)榛叶确植伎稍谥狈綀D中描述，所以該圖像增強(qiáng)方法是基于圖像的灰度直方圖。直方圖均衡化是將原圖象的直方圖通過(guò)變換函數(shù)修正為均勻的直方圖，然后按均衡直方圖修正原圖象。圖象均衡化處理后，圖象的直方圖是平直的，即各灰度級(jí)具有相同的出現(xiàn)頻數(shù)，那么由于灰度級(jí)具有均勻的概率分布，圖象看起來(lái)就更清晰了。直方圖均衡化實(shí)質(zhì)上是減少圖象的灰度級(jí)以換取對(duì)比度的加大。在均衡過(guò)程中，原來(lái)的直方圖上頻數(shù)較小的灰度級(jí)被歸入很少幾個(gè)或一個(gè)灰度級(jí)內(nèi)，故得不到增強(qiáng)。若這些灰度級(jí)所構(gòu)成的圖象細(xì)節(jié)比較重要，則需采用局部區(qū)域直方圖均衡。對(duì)離散圖像的直方圖均衡化是不能產(chǎn)生完全平坦的直方圖的。理由是：（1）直方圖是近似概率密度函數(shù)，（2）簡(jiǎn)并現(xiàn)象的存在使處理的灰度級(jí)總是要減少的，這是像素灰度有限的必然結(jié)果。均衡化只是近似的，其結(jié)果只能是產(chǎn)生近似均勻的直方圖。對(duì)一副圖像進(jìn)行直方圖均衡化處理，然后在進(jìn)行一次直方圖均衡化處理，結(jié)果不會(huì)發(fā)生變化。理由是：（1）對(duì)于不同的圖像，只要具有相同的灰度分布情況，其對(duì)應(yīng)的灰度直方圖是一致的；（2）任意一副圖像都有唯一的與其對(duì)應(yīng)的一個(gè)灰度直方圖。對(duì)一副灰度級(jí)為2的n次方且已經(jīng)直方圖均衡化的圖像能否用變長(zhǎng)編碼方法進(jìn)行壓縮？效果如何？答：能。因?yàn)橹狈綀D均衡化并不能消除圖像中的冗余信息和不相干信息。如果均衡化過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生灰度合并，則壓縮效率與均衡化無(wú)關(guān);如果發(fā)生了灰度合并，則壓縮效率會(huì)有所提高。簡(jiǎn)述梯度法與Laplacian算子檢測(cè)邊緣的異同點(diǎn)？答：梯度算子和Laplacian檢測(cè)邊緣對(duì)應(yīng)的模板分別為（梯度算子）（Laplacian算子）梯度算子是利用階躍邊緣灰度變化的一階導(dǎo)數(shù)特性，認(rèn)為極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)于邊緣點(diǎn)；而Laplacian算子檢測(cè)邊緣是利用階躍邊緣灰度變化的二階導(dǎo)數(shù)特性，認(rèn)為邊緣點(diǎn)是零交叉點(diǎn)。（2分）相同點(diǎn)都能用于檢測(cè)邊緣，且都對(duì)噪聲敏感。21.對(duì)于椒鹽噪聲，為什么中值濾波效果比均值濾波效果好？答：椒鹽噪聲是復(fù)制近似相等但隨機(jī)分布在不同的位置上，圖像中又干凈點(diǎn)也有污染點(diǎn)。中值濾波是選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)來(lái)代替污染點(diǎn)的值，所以處理效果好。因?yàn)樵肼暤木挡粸?，所以均值濾波不能很好地去除噪聲。22.什么是區(qū)域？什么是圖像分割？答：區(qū)域可以認(rèn)為是圖像中具有相互連通、一致屬性的像素集合。圖像分割時(shí)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)。23.什么是圖像運(yùn)算？具體包括哪些？答：圖像的運(yùn)算是指以像素點(diǎn)的幅度值為運(yùn)算單元的圖像運(yùn)算。這種運(yùn)算包括點(diǎn)運(yùn)算、代數(shù)運(yùn)算和幾何運(yùn)算。*24.圖像退化（為什么要恢復(fù)）答：（1）圖像的退化是指圖像在形成、傳輸和記錄過(guò)程中，由于成像系統(tǒng)、傳輸介質(zhì)和設(shè)備的不完善，使圖像的質(zhì)量變壞。（2）圖像復(fù)原就是要盡可能恢復(fù)退化圖像的本來(lái)面目，它是沿圖像退化的逆過(guò)程進(jìn)行處理。（3）圖像退化的數(shù)學(xué)模型為：g(x,y)=f(x,y)*h(x,y)+n(x,y)

典型的圖像復(fù)原定義：是根據(jù)圖像退化的先驗(yàn)知識(shí)建立一個(gè)退化模型，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。**圖像復(fù)原過(guò)程如下：找退化原因→建立退化模型→反向推演→恢復(fù)圖像?25、簡(jiǎn)述預(yù)測(cè)編碼中無(wú)損編碼和有損編碼兩者的異同？答：同：通過(guò)僅提取每個(gè)象素中的新增信息并對(duì)它們編碼，來(lái)消除象素間的冗余。異：無(wú)損壓縮編碼包括預(yù)測(cè)和編碼兩個(gè)過(guò)程，有損壓縮編碼是在此基礎(chǔ)上多了一個(gè)量化器，并由其決定壓縮比和失真量。無(wú)損編碼是可逆的，即從壓縮后的數(shù)據(jù)可以完全恢復(fù)原來(lái)的圖像，信息沒(méi)有丟失。有損編碼是不可逆的，即從壓縮后的數(shù)據(jù)無(wú)法完全恢復(fù)原來(lái)的圖像，信息有一定損失。26、理想低通濾波器缺點(diǎn)？答：會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的模糊和振鈴現(xiàn)象，半徑越小，模糊和振鈴越明顯，平滑效果也越差。振鈴原因：時(shí)域圖，頻域圖，旁瓣圍繞橫坐標(biāo)震動(dòng)，所以。