数字图像处理复习(参考版)

题型：选择10道20分，填空10-15道10-15分，名词解析3-4道15-20分，简答题2道20分，程序题1道10分，计算2道20分一、1、数字图像的特点：图像数据量庞大；精度高；再现性好2、数字图像的应用领域：医学：x-ray，超声波成像，CT遥感：农作物估产，地质勘探，天气预报工业：无损探伤，外观自动检查。军事公安：巡航导弹地形识别，指纹识别，手迹鉴定考题：如医学上数字图像的应用表现在：x-ray，超声波成像，CT3、DIP的应用：电磁波，声波，超声波，电子，合成；电磁波：Gamma射线（PET），X射线（CT），紫外线，可见光，红外（多光谱遥感），微波（雷达），无线电波（MRI）二、1、人眼的构造：锥状细胞：分辨力强，色彩；白昼视觉；杆状细胞：对低照度敏感；夜视觉（填空或选择题）2、不同照明下，人眼辨别光强度变化的能力不同。（低照明时，亮度辨别较差（韦伯比大）高照明时，亮度辨别力好（韦伯比小）（填空题）3、马赫带效应：当亮度发生跃变时，视觉上会感到边缘的亮侧更亮些，暗侧更暗些。在图像轮廓部分发生的主观亮度对比度加强的现象，又称为边缘对比效应。（名词解析题）4、同时对比效应：眼睛对物体的主观亮度强烈的依赖于物体自身的背景。当灰色物体周围是黑色背景时，主观亮度增强；当周围背景变明亮时，主观亮度会减弱。（名词解析题）5、1）图像获取的步骤答：采样Sampling：图像空间坐标的数字化。将空间上连续的图像变换成离散点的操作。量化Quantization：图像函数值（灰度值）的数字化。将像素灰度转换成离散的整数值的过程。2）影响采样和量化的因素答：空间分辨率：图像中可辨别的最小细节。采样。采样间隔越小，像素数越多，空间分辨率高，图像质量好，但数据量大。采样间隔越大，像素数越少，空间分辨率低，图像质量差，严重时出现像素呈块状的国际棋盘效应；灰度级分辨率：灰度级别中可分辨的最小变化。量化量化等级越多，图像层次越丰富，灰度分辨率高，图像质量好，但数据量大；量化等级越少，图像层次欠丰富，灰度分辨率低，会出现假轮廓现象，图像质量变差，但数据量小。6、数字图像的分类（简答题）答：数字图像分为二值图像，灰度图像，彩色图像二值图像每个像素只能是黑或白，没有中间的过渡，故又称为黑白图像。二值图像的像素值为0或1。灰度图像灰度级数大于2的图像。但它不包含彩色信息。彩色图像每个像素由RGB三个分量构成，其中RGB是由不同的灰度级来描述。7、数字图像的质量答：数字的图像的质量是层次，亮度，对比度，清晰度。层次：表示图像实际拥有的灰度级的数量；图像数据的实际层次越多，视觉效果就越好对比度：是指一幅图象中灰度反差的大小。清晰度：由图像边缘灰度变化的速度来描述。8、数字图像的表示答：数字图像表示方式及数据量：二维离散亮度函数:f(x,y)。二维矩阵:A[m,n]三、空域1、点处理的种类（选择题）答：基本灰度变换（包括线性变换、对数变换、幂次变换，分段线性变换），直方图运算，代数运算（加减乘除，与或非）2、滤波器处理的种类：平滑滤波，锐化滤波（空域上的滤波器）3、灰度级直方图的概念(名词解析)答：横坐标为灰度级，纵坐标为灰度级的频率，绘制频率和灰度级的关系图就是灰度直方图，是图像的一个重要特征。灰度直方图只能反映图像的灰度统计分布情况，而不能反映图像像素的空间位置关系。4、空域上到平滑滤波器的分类：线性滤波器，统计排序滤波器（包括中值滤波器，最大值滤波器，最小值滤波器），作用是：模糊处理，减小噪声锐化滤波器：目的是加强图像轮廓，使图像看起来比较清晰。主要用途：印刷中的细微层次强调；超声探测成像分辨率低，边缘模糊，通过锐化改善；图像分割前的边缘提取；恢复过度钝化、暴光不足的图像；尖端武器的目标识别、定位5、梯度算子的分类（填空题）：二阶微分滤波器－拉普拉斯算子，一阶微分滤波器－梯度算子（Roberts交叉梯度算子、Prewitt梯度算子、Sobel梯度算子）6、直方图均衡化的步骤（简答题）答：（1）对于离散图像，用频率来代替概率：nnrpkkr)(（2）变换函数T(rk)的离散形式为：kjkjkjrkknTnrprs00)()(（3）将输入图像中灰度级为rk的像素映射到sk（输出图像）：srkksk与rk之间的关系四、频率域的图像处理1、频率域滤波的步骤（简答题）答：1.用(-1)x+y乘以输入图像f(x,y)进行中心变换2.计算1中的DFT,得F(u,v)3.用滤波器函数H(u,v)乘以F(u,v)，得到G(u,v)4.计算3中结果G(u,v)的反DFT,得g(x,y)5.取4中结果的实部R[g(x,y)]6.用(-1)x+y乘以5中的结果R[g(x,y)]，取消输入图像的乘数2、频域中的平滑滤波器（选择题）：理想低通滤波器，巴特沃低通滤波器，高斯低通滤波器3、频域中的锐化滤波器（选择题）：三种高通滤波器（理想高通滤波器、巴特沃思高通滤波器、高斯高通滤波器）4、同态滤波器的概念（填空题）答：图像的灰度由照射分量i(x,y)和反射分量r(x,y)合成。照射分量的频谱落在低频区域，反射分量的频谱落在高频区域。若物体受到照度明暗不匀的时候，图像上照度暗的部分，其细节就较难辨别。同态滤波的目的：消除不均匀照度的影响而又不损失图像细节。5、振铃现象（选择题）答：理想低通和高通滤波器有振铃现象，在空间域的一阶巴特沃斯低通滤波器没有振铃现象，高斯滤波器没有振铃现象。八、图像压缩1、图像压缩的概念及种类（选择填空）答：定义：在满足一定图像质量条件下，用尽可能少的比特数来表示原始图像，以提高图像传输的效率和减少图像存储的容量。分类：无损压缩：原始数据可完全从压缩数据中恢复出来，即在压缩和解压缩过程中没有信息损失。压缩比2:1左右；有损压缩：原始数据不能完全从压缩数据中恢复出来，即恢复数据只是在某种失真度下的近似。压缩比2:1-1000:1；2、数据冗余（选择题）答：定义：如果表示给定的信息使用了不同的数据量，那么使用较多数据量的方法中，有些数据必然是代表了无用的信息，或者是重复地表示了其它数据已表示的信息。称为冗余数据分类：编码冗余：如果一个图像的灰度级编码，使用了多于实际需要的编码符号，就称该图像包含了编码冗余；像素间冗余：反映图像像素之间的相关性；心理视觉冗余：在正常视觉处理过程中，各种信息的相对重要程度不同，不重要的信息称心理视觉冗余。3、图像保真度准则答：保真度准则:评价信息损失的测度。描述解码图像相对于原始图像的偏离程度。常用保真度准则分为两大类：客观保真度准则和主观保真度准则4、图像压缩方法及作用：Huffman编码，算术编码，，位平面编码，预测编码，变换编码，量化编码用于消除编码冗余的有：Huffman编码和算术编码用于像素间冗余的有：位平面编码和预测编码、变换编码、LZW编码、用于心理视觉冗余的有：量化编码5、变字长编码定理（简答题）答：在变字长编码中，对出现概率大的信符赋予短码字，而对小的赋予长码字。如果码字长度严格按照所对应信符的出现概率大小逆序排列，则编码的平均码长不会大于任何其它排列方式。九、程序1、均值滤波程序：clcclearallloadwomanY=X;Z=X;[m,n]=size(X);fori=2:m-1forj=2:n-1Y(i,j)=round((X(i-1,j-1)+X(i,j-1)+X(i+1,j-1)+X(i-1,j)+X(i,j)+X(i+1,j)+X(i-1,j+1)+X(i,j+1)+X(i+1,j+1))/9);Z(i,j)=round((X(i-1,j-1)+2*X(i,j-1)+X(i+1,j-1)+2*X(i-1,j)+4*X(i,j)+2*X(i+1,j)+X(i-1,j+1)+2*X(i,j+1)+X(i+1,j+1))/16);endendsubplot(131)imshow(X,map)subplot(132)imshow(Y,map)A=fspecial('average',3);%生成系统预定义的3X3滤波器Z=filter2(A,X);subplot(133)imshow(Z,map)2、中值滤波clcclearallloadwomanX=uint8(X);J=imnoise(X,'salt&pepper',0.02);Y=X;Z=X;[m,n]=size(X);fori=2:m-1forj=2:n-1Y(i,j)=median([J(i-1,j-1),J(i,j-1),J(i+1,j-1),J(i-1,j),J(i,j),J(i+1,j),J(i-1,j+1),J(i,j+1),J(i+1,j+1)]);endendsubplot(131)imshow(X,map)subplot(132)imshow(J,map)subplot(133)imshow(Y,map)3、频率域的理想低通滤波f=imread('tire.tif');%E:\weiwen\ÊÒÄÚÉè¼Æ\4bdabb49g910c8106ba15&690.jpgsubplot(221)imshow(f)[m,n]=size(f);forx=1:mfory=1:nf(x,y)=f(x,y)*(-1)^(x+y);endendF=fft2(double(f));[m,n]=size(F);H(1:m,1:n)=0;x0=m/2;y0=n/2;forx=1:mfory=1:nif(sqrt((x-x0)*(x-x0)+(y-y0)*(y-y0))30)H(x,y)=1;endFF(x,y)=F(x,y)*H(x,y);endendg=ifft2(FF);[m,n]=size(g);forx=1:mfory=1:ng(x,y)=g(x,y)*(-1)^(x+y);endendsubplot(222)imshow(abs(real(g)),[])存储数字图像所需的比特数b为b=M*N*K；L=2^k1）存储一幅1024×768，256个灰度级的图像需要多少bit？解：256=2^8,(L=2^k)1024*768*8=6291456(bit)（2）一幅512×512的32bit真彩图像的容量为多少bit？解：512*512*32=1310720（bit）2串行通信中，常用波特率描述传输的速率，它被定义为每秒传输的数据比特数。串行通信中，数据传输的单位是帧，也称字符。假如一帧数据由一个起始比特位、8个信息比特位和一个结束比特位构成。根据以上概念，请问：（1）如果要利用一个波特率为56kbps（1k=1000）的信道来传输一幅大小为1024×1024、256级灰度的数字图像需要多长时间？解：1024*1024*8/[（56*1000/10）*8]=1024*1024*10*8/（56000*8）=182.7（s）（2）如果是用波特率为750kbps的信道来传输上述图像，所需时间又是多少？解：1024*1024*8/[（750*1000/10）*8]=(1024*1024*8*10)/(750*1000*8)=13.98（s）（3）如果要传输的图像是512×512的真彩色图像（颜色数目是32bit），则分别在上面两种信道下传输，各需要多长时间？解：1.512*512*32/[（56*1000/100*8）]=2.512*512*32/[(750*1000/10)*8]=基本灰度变换：线性变换,对数变换,幂次变换,分段线性变换图像反转（s=L-1-r）作用：黑的变白，白的变黑对数变换：有时原图的动态范围太大，超出某些显示设备的允许动态范围。若直接使用原图，可能丢失部分细节作用：低灰度区扩展，高灰度区压缩幂次变换：γ1,提高灰度级，使图像变亮；γ1,降低灰度级，使图像变暗幂次变换-------对比度操作人体胸上部脊椎骨折的MRI图像；γ1提高灰度级，使图像变亮。航空地面图像；γ1降低灰度级，使图像变暗；分段线性变换------对比度拉伸将感兴趣的灰度范围线性扩展，相对抑制不感兴趣的灰度区域分段线性变换-------