23887《数字图像处理(第3版)》习题解答(上传)

胡学龙编著《数字图像处理（第3版）》思考题与习题参考答案目录第1章概述···································································································1第2章图像处理基本知识·················································································4第3章图像的数字化与显示··············································································7第4章图像变换与二维数字滤波······································································10第5章图像编码与压缩··················································································16第6章图像增强···························································································20第7章图像复原···························································································25第8章图像分割···························································································27第9章数学形态学及其应用············································································31第10章彩色图像处理···················································································32第1章概述1.1连续图像和数字图像如何相互转换？答：数字图像将图像看成是许多大小相同、形状一致的像素组成。这样，数字图像可以用二维矩阵表示。将自然界的图像通过光学系统成像并由电子器件或系统转化为模拟图像（连续图像）信号，再由模拟/数字转化器（ADC）得到原始的数字图像信号。图像的数字化包括离散和量化两个主要步骤。在空间将连续坐标过程称为离散化，而进一步将图像的幅度值（可能是灰度或色彩）整数化的过程称为量化。1.2采用数字图像处理有何优点？答：数字图像处理与光学等模拟方式相比具有以下鲜明的特点：1．具有数字信号处理技术共有的特点。（1）处理精度高。（2）重现性能好。（3）灵活性高。2．数字图像处理后的图像是供人观察和评价的，也可能作为机器视觉的预处理结果。3．数字图像处理技术适用面宽。4．数字图像处理技术综合性强。1.3数字图像处理主要包括哪些研究内容？答：图像处理的任务是将客观世界的景象进行获取并转化为数字图像、进行增强、变换、编码、恢复、重建、编码和压缩、分割等处理，它将一幅图像转化为另一幅具有新的意义的图像。1.4说出图像、视频（video）、图形（drawing）及动画（animation）等视觉信息之间的联系和区别。答：图像是用成像技术形成的静态画面；视频用摄像技术获取动态连续画面，每一帧可以看成是静态的图像。图形是人工或计算机生成的图案，而动画则是通过把人物的表情、动作、变化等分解后画成许多动作瞬间的画幅，再用摄影机连续拍摄成一系列画面，给视觉造成连续变化的图画。视频和动画都利用了视觉暂留原理。1.5如何在你的显示器上观测图像的像素？1台笔记本的屏幕分辨率为1366×768，长宽比例是4:3、16:9还是16:10？屏幕分辨率（以像素每英寸（DPI）为单位）是多少？选择一个高分辨率图像、一个低分辨率图像，比较分别观察到像素时图像的放大倍数的差异。答：可先拷屏，按照图1.2放大局部图像的方法观测图像。屏幕分辨率为1366×768，表示宽高比为1.7786:1，而4:3=1.3333:1，16:9=1.7778:1，16:10=1.6:1。可见，此屏幕的宽高比最接近16:9。1.6如何在你的计算机上查看图像文件的各种属性？答：在Windows操作系统下，鼠标指针指向文件名，可看到图像文件的“项目类型”、标记”、“分级”、“尺寸”、“大小”和“标题”属性（图1.6a）。右击图像文件名，单击弹出菜单的“属性”命令，可以看到“常规”和“详细信息”两个标签，其中“常规”标签指出文件名、存放“位置”、“时间”、文件“属性”等信息。“详细信息”指出“说明”、“来源”、“图像”、“照相机”、“高级照片”、“文件”等信息。1（（a）鼠标指针指向文件名（b）常规（c）详细信息题1.6图图像属性1.7讨论在你的智能手机中哪些功能应用了图像处理技术。答：根据手机功能和智能程度的不同，有彩信、视频、相机、游戏、二维码扫描、名片识别等。1.8设图1.17的文件名为“microscopic.jp2”或“microscopic.jpg”，尺寸为4140×3096。针对本图像，讨论可以进行哪些图像处理和图像分析操作？答：处理方面：（1）对图像进行二维变换，观察图像的频谱；（2）图像增强：由于光照不均匀，可以通过增强手段，图像暗处得到照度补偿；3）图像编码：可以用DCT编码的JPEG格式存放JPEG图像，也可用DWT编码存放JPEG2000图像；（4）图像分割：将感兴趣的目标从背景中分割出来，以便做进一步分析处理。图像分析：（1）对观测对象进行形状分析；（2）对不同大小的颗粒做分布分析。1.9讨论数字图像处理的主要应用。进一步查找资料，写一篇关于你感兴趣的应用方面的短文。答：图像处理的应用几乎渗透科学研究、工程技术和人类社会生活的各个领域。教师可以分组对学生布置以下6个方面的课题，通过阅读参考文献、网络资源等手段写数字图像处2理的主要应用的短文，并安排交流机会。1．航天和航空技术方面的应用2．生物医学工程方面的应用3．通信工程方面的应用4．工业自动化和机器人视觉方面的应用5．军事和公安方面的应用6．生活和娱乐方面的应用3（第2章图像处理基本知识2.1如何表示图像中一点的彩色值？颜色模型起什么作用？答：图像中一点的彩色值颜色三维空间中的一个点来表示，每个点有三个分量，不同的颜色空间各分量的含义不同。颜色模型规定了颜色的建立、描述和观察方式。颜色模型都是建立在三维空间中的，所以与颜色空间密不可分。2.2色调、色饱和度和亮度的定义是什么？在表征图像中一点的颜色时，各起什么作用？答：HSV模型由色度（H），饱和度（S），亮度（V）三个分量组成的，与人的视觉特性比较接近。HSV颜色模型用Munsell三维空间坐标系统表示。色调（H）表示颜色的种类，用角度来标定，用-1800～1800或00～3600度量。色饱和度（S）表示颜色的深浅，在径向方向上的用离开中心线的距离表示。用百分比来度量，从0%到完全饱和的100%。亮度（V）表示颜色的明亮程度，用垂直轴表示。也通常用百分比度量，从0%（黑）到100%（白）。2.3按照波段的成像图像讨论图像的分类。答：人们常见的是可见光成像，但在科学研究等领域，其他一些不同波段的电磁波成像技术会起到可见光成像无法替代的作用。下面是电磁波谱分布情况：1、不可见光线：伽马射线、X射线、紫外线；2、可见光线：紫、蓝、青、绿、黄、橙、红；3、不可见光线：近红外线、中间红外线、远红外线、微波、工业电波。按波长从短到长有：（1）伽马射线图像：伽马射线是由原子核受激产生的波长极短、能量极高的射线。天文学上利用伽马射线获取伽马射线暴图像。2）X射线图像：X射线是由原子受激产生的，具有很强的穿透能力，其图像在医疗、探伤、物质结构分析等方面具有重要作用。（3）紫外线（UV）图像：红外线波长短于可见光。230-400nm的UV传感器可用于天文学、火灾检测、细胞的医学成像等。（4）红外线图像：红外线波长长于可见光。红外遥感器接收地物反射或自身发射的红外线而形成的图像，可以解决在夜间观察目标光强不足及对比度差的困难。由于高于绝对零度的物体都会发出红外线，所以红外图像可以描述某个区域的温度分布，这在遥感技术中广泛使用，在医学成像和火灾监测等方面也有实际应用。（5）无线电波图像：波长范围很宽，从mm到km。常用射频成像法。由高频发射机发射的高频电磁波在传播过程中遇到具有不同电学性质的物体时,电磁波的传播规律将大大改变。根据无线电波测量的结果可以绘出物体内的结构图像，如毫米波人体安检成像技术。另一个获得重要应用的是SAR（合成孔径雷达）成像技术。SAR传感器波长通常在厘米级。SAR图像则只记录了一个波段的回波信息，以二进制复数形式记录下来。振幅信息通常对应于地面目标对雷达波的后向散射强度，与目标介质、含水量以及粗糙程度密切相关，而相位信息则对应于传感器平台与地面目标的往返传播距离。2.4设有大小为32×32的图标，图标的每个像素有8种颜色，共有多少种不同的图标？如果每100万个可能的图标中有一个有意义，识别一个有意义的图标需要0.1s，则选出所有有意义的图标需要多长时间？解：图标数为832×32=10925种4有意义的图标数10925/106=10919种选择有意义图标的时间10919×0.1=10918s可见随机图像的复杂度是非常高的。2.5讨论数字图像处理系统的组成。列举你熟悉的图像处理系统并分析它们的组成和功能。答：如教材图2.6，数字图像处理系统是应用计算机或专用数字设备对图像信息进行处理的信息系统。图像处理系统包括图像处理硬件和图像处理软件。图像处理硬件主要由图像输入设备、图像运算处理设备（微计算机）、图像存储器、图像输出设备等组成。软件系统包括操作系统、控制软件及应用软件等。教材图2.6数字图像处理系统结构图2.6常见的数字图像处理开发工具有哪些？各有什么特点？答．目前图像处理系统开发的主流工具为VisualC++（面向对象可视化集成工具）和MATLAB的图像处理工具箱（ImageProcessingToolbox）。两种开发工具各有所长且有相互间的软件接口。Microsoft公司的VC++是一种具有高度综合性能的面向对象可视化集成工具，用它开发出来的Win32程序有着运行速度快、可移植能力强等优点。VC++所提供的Microsoft基础类库MFC对大部分与用户设计有关的Win32应用程序接口API进行了封装，提高了代码的可重用性，大大缩短了应用程序开发周期，降低了开发成本。由于图像格式多且复杂，为了减轻程序员将主要精力放在特定问题的图像处理算法上，VC++6.0提供的动态链接库ImageLoad.dll支持BMP、JPG、TIF等常用6种格式的读写功能。MATLAB的图像处理工具箱MATLAB是由MathWorks公司推出的用于数值计算的有力工具，是一种第四代计算机语言，它具有相当强大的矩阵运算和操作功能，力求使人们摆脱繁杂的程序代码。MATLAB图像处理工具箱提供了丰富的图像处理函数，灵活运用这些函数可以完成大部分图像处理工作，从而大大节省编写低层算法代码的时间，避免程序设计中的重复劳动。MATLAB图像处理工具箱涵盖了在工程实践中经常遇到的图像处理手段和算法，如图形句柄、图像的表示、图像变换、二维滤波器、图像增强、四叉树分解域边缘检测、二值图像处理、小波分析、分形几何、图形用户界面等。但是，MATLAB也存在不足之处限制了其在图像处理软件中实际应用。首先，强大的功能只能在安装有MATLAB系统的机器上使用图像处理工具箱中的函数或自编的m文件来实现。其次，MATLAB使用行解释方式执行代码，执行速度很