数字图像处理技术(共49页)

1、博士(bsh)研究生入学考试大纲考试科目名称(mngchng)：数字图像(t xin)处理技术考试要求：要求考生掌握图像处理的基本概念及基本方法，并能够灵活运用，具备较强的分析问题与解决问题的能力。二、考试内容：1）数字图像基本概念人眼的视觉原理，连续图像的描述，图像数字化，图像灰度直方图，图像处理算法形式，图像数据结构。2) 图像增强点运算（灰度级校正、灰度变换、直方图修正），空间域平滑（局部平滑、超限像素平滑、灰度最相近K邻点平均、梯度倒数加权平滑、最大平均型平滑、有选择保边缘平滑、空间低通滤波器、中值滤波），空间域锐化（梯度锐化法、Laplacian增强算子），频率域增强（频率域平滑、频

2、率域锐化），彩色增强（伪彩色增强、假彩色增强）。3) 图像分割图像分割基本方法，边缘检测（梯度算子、Roberts算子、Prewitt算子、Sobel算子、方向算子、Laplacian算子、马尔算子、曲面拟合），边缘跟踪（光栅跟踪扫描、全向跟踪），Hough变换线检测（直线检测、曲线检测），区域分割（简单图像区域分割、复杂图像区域分割、特征空间聚类），区域增长（简单区域扩张、质心型增长、混合型增长），分裂合并。4) 二值图像处理与形状分析二值图像的连接性好距离（邻域和邻接、像素的连接、连接成分、欧拉数、像素的可删除性和连接数、距离），连接成分的变形处理（膨胀和收缩、线图形化），形状特征提取与分

3、析（区域内部形状特征提取与分析、区域外部形状特征提取与分析），关系描述（字符串描述、树结构描述）三、试卷结构：题型结构基本概念基本算法综合运用四、参考书目贾永红，数字图像处理，武汉大学出版社，2003年数字图像处理技术沈阳工业大学2008年博士(bsh)招生（二）基本概念（每题2分，共20分）图像数字化包括(boku)哪几个过程？每个过程对数字化图像质量有何影响？答：1）采样(ci yn)和量化2）一般来说，采样间隔越大，所得图像像素数越少，空间分辨率低，质量差，严重时出现像素呈块状的国际棋盘效应；采样间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨率高，图像质量好，但数据量大。量化等级越多，所得图像层

4、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。什么是图像对比度？答：图像对比度对比度是指图像中最大亮度和最小亮度之比，即。相对对比度是指图像中最大亮度和最小亮度之差同之比，即。当有色光照射到有色物体上时，物体的颜色呈什么效应？举例说明。答：当有色光照射到有色物体上时，物体的颜色呈减色法效应。如黄色物体在品红光照射下呈现红色，在青色光照射下呈现绿色，在蓝色光照射下呈现灰色或黑色。什么是人眼的视觉范围和分辨力？分辨力和那些因素有关？答：视觉范围是指人眼所能感觉到的亮度范围。人眼的分辨力是指人眼在一定距离上能区

5、分开相邻两点的能力，可以用能区分开的最小视角之倒数来描述。人眼的分辨力和环境照度有关，当照度太低时，只有杆状细胞起作用，则分辨力下降；但照度太高也无助于分辨力的提高，因为可能引起“眩目”现象。人眼的分辨力还和被观察对象的相对对比度有关。相对对比度小时，对象和背景亮度很接近，从而导致分辨力下降。马赫带效应的特征是什么？马赫带效应对人眼所见景物有何作用？答：马赫带上的亮度过冲是眼睛对不同空间频率产生不同视觉响应的结果。视觉系统对空间高频和空间低频的敏感性较差，而对空间中频则有较高的敏感性，因而在亮度突变处产生亮度过冲现象。这种过冲对人眼所见的景物有增强其轮廓的作用。什么是灰度直方图？并说明直方图的

6、性质。有哪些应用？答：灰度直方图是表示数字图像中每一灰度级与该灰度级出现频率间的统计关系得二维图形。用横坐标表示灰度级，纵坐标表示灰度级的频率，绘制频率同灰度级频率的关系图就是灰度直方图。性质：（1）灰度直方图只能反映图像的灰度分布情况，而不能反映图像像素的位置，即丢失了像素的位置信息；（2）一幅图像对应唯一的灰度直方图，反之不成立。不同图像有可能会有相同的直方图；（3）一幅图像分成多个区域，多个区域的直方图之和等于原图像的全图的直方图。直方图的应用主要(zhyo)有：（1）判断图像量化是否恰当；（2）用于确定图像二值化的阈值；（3）当物体部分的灰度值比其他部分灰度值大时，可以用直方图统计图像

7、中物体的面积；（4）计算图像的信息熵H。请问下列哪种情况(qngkung)属于图像的窗口处理，哪种情况属于图像的模板处理？（1）通过均值滤波试图消除或者消弱图像的斑点噪声；（2）在二值图像中寻找符合某种形状的图形。答：（2）属于图像的窗口(chungku)处理，（1）属于图像的模板处理。举例说明什么是点处理？什么是局部处理？答：对输入图像进行处理时，计算某一输出像素的值由输入图像像素邻域（如、等）中的像素值确定，这种处理称局部处理，比如空间域增强中常用的中值滤波、均值滤波等均属局部处理。当输出像素的值仅与输入图像像素的值有关时，这种处理称点处理，比如图像域增强中常用的对比度增强、图像二值化等均

8、属点处理。图像处理系统由哪些模块组成？答：数字图像处理系统主要是由采集，显示，存储、通信、处理和分析五个模块构成。采集模块：利用图像采集设备（如数码照相机、数码摄像机）获取数字图像，或通过数字化设备（如图像扫描仪）将要处理的连续图像转换成适于计算机处理的数字图像；显示模块：用于提供便于分析、解释、识别的图像。（一种是将图像通过显示器或投影仪等暂时的软拷贝形式；一种是将图像通过照相机、打印机等将图像输出到物理介质上的永久性硬拷贝形式；）存储模块：用于保存原始、处理中的和处理后的图像相关数据；通信模块：在不同设备间或图像处理系统之间交换、传输图像数据；处理模块：按照需求实现对图像的处理，包括计算机

9、和图像处理软件等；已知一幅512512的灰度图像中只有一个直径为16的圆盘图形，拟采用金字塔方块法来快速寻找目标的位置，请描述实现过程，并说明所能够分解的最小图像分辨率是多少？答：设灰度图中背景为暗色，直径为16的圆盘图形为亮色。（1）首先设置1616的模板，模板中的图像为直径16的圆盘图形，且圆盘部分的像素取值为1，非圆盘部分的像素取值为0。（2）将512512的灰度图像按照金字塔方块法分层（05层），从金字塔下一层采样为上一层时采用高斯滤波，以保证滤波结果各向同性；因为最高层（第5层即分辨率为1616的层）图像大小与模板相同，将匹配结果（模板与图像卷积结果）作为临时阈值T，以图像中心（8,

10、8）为临时圆心（x，y）；从第4级开始，按照从上至下的顺序对每一层图像进行匹配，匹配准则为：（3）在第i层图像中，只将以（x，y）为中心，（x8，y x8）范围内的像素作为卷积中心，将每一次的卷积结果与T比较，当且仅当卷积结果T时，取T=卷积结果，（x1，y1）=卷积中心；（4）当第i层（x8，y x8）范围(fnwi)内的像素均卷积一遍后，令（x，y）=（2x1，2y1）；（5）进入(jnr)下一层（第i-1层）重复（3）、（4），直到最下一层（第0层，分辨率为512512的层），重复(chngf)（3），最终的（x1，y1）即为所求圆盘中心，误差大小为（1，1）。图像增强（每题2分，共20

11、分）图像增强的目的是什么? 它包含哪些内容？答：图像增强目的在于：（1）采用一系列技术改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度；（2）将图像转换成一种更适合于人或机器进行分析和处理的形式。 包含：灰度级矫正和灰度级变换有何区别？答：度级校正针对的是在成像过程中，由于各种光电元器件件的各种因素，导致图像传感器输出的景物图像灰度不均匀的现象，在图像采集系统中对图像像素进行修正，使整幅图像成像均匀，其修正参数与图像采集系统特性有关。灰度变换可以使图像动态范围增大，图像对比读扩展，图像变清晰，特征明显。其变换目标和方法由图像处理感兴趣的对象决定。对数变换和指数变换都属于非线性变换，他们在使用上有何区别？答

12、：指数变换是对数变换的反变换，如果对数变换是扩展高灰度区，压缩低灰度区，那么指数变换就是压缩高灰度区，扩展低灰度区。什么是中值滤波？为什么中值滤波对于抑制脉冲干扰效果较好？答：是一种非线性的空间域滤波方法，它用目标像素邻域内的各像素（含目标像素本身）的灰度中值代替目标像素的值。因为脉冲干扰噪声（也叫“椒盐噪声”）在图像上体现为白（极大灰度值）或黑（极小灰度值）色像素，在中值滤波排序时会落到排序的起首或末尾的位置上，故而被滤除的可能性很大，所以说中值滤波对于抑制脉冲干扰效果较好。一幅图像由于曝光不足而过于昏暗，甚至看不清图像中的图案，请问通过什么方法能够解决上述问题？答：图像过于(guy)昏暗，

13、说明图像中的像素的灰度值普遍偏低，可以通过灰度级变换（如线性变换）来解决。，其中(qzhng)为输出图像第i行第j列像素(xin s)灰度，其中为输入图像第i行第j列像素灰度，a,b为输入图像灰度分布区间，c,d 为输出图像期望的灰度分布区间，在本题中可以令c,d= 0,255（设图像为8bit灰度图）。伪彩色增强与假彩色增强有何区别？答：伪彩色增强的对象是一幅灰度图像，目的是将不同灰度级映射为不同彩色，从而把灰度图“彩色化”；假彩色增强所处理的对象一般是一幅自然彩色图像或同一景物的多光谱或超光谱图像，通过彩色合成使增强图像中的各目标呈现与原图像中不同的彩色。已知摄像机与钢板表面垂直，摄像机镜

14、头视角固定，摄像机输出空间分辨率固定，如果改变摄像机与钢板之间的距离由远到近，从检测钢板的角度出发，其空间分辨率是提高了还是降低了，请说明理由。答：提高了。摄像机与钢板之间的距离缩为原来的一半的时候，摄像机镜头视角固定，所以钢板上处于拍摄范围的部分会缩为原来的四分之一，而摄像机输出空间分辨率不变，则钢板检测的空间分辨率（单位面积上的像素数）会增加为原来的四倍。图像锐化处理有几种方法？答：微分法和高通滤波。其中微分法包含：梯度法和拉普拉斯算子法；高通滤波包含：空域高通滤波法和频域高通滤波法。说明多幅图像平均法的除噪原理。 答：如果一幅图像包含有噪音可以假定这些噪音相对于每一个坐标点(x,y)是不

15、相关的,随机的，其数学期望为零，均值为零。多图像平均法就是把一系列有噪声的图像叠加起来,然后再取平均值以达到平滑的目的。主要难点在于在求平均时，如何选择参加平均的点数以及领域各点的权重系数等。设g(x,y)是由噪声的图像，它是由噪声图像n(x,y)和原始图像f(x,y)叠加而成。 g(x,y)=f(x,y)+n(x,y)对M幅有噪声的图像平均后有： 方差：以上表明了多图平均法可以将图像的噪声减少到1/M。为什么说高通滤波器能够突出图像边缘，但不能够消弱噪声？低通滤波器能够消弱噪声？答：图像的边缘、细节主要在高频部分得到反映，而图像的模糊是由于高频成分比较弱产生的，所以，采用高通滤波器让高频成分

16、通过，削弱低频成分，即可突出图像边缘；而噪声主要集中在高频部分，故而高通滤波器不能够消弱噪声，采用低通滤波器抑制高频分量才能削弱噪声。图像分割（本题20分，每小题4分）1、 图像分割按照分割途径可以分为哪几种，他们之间有何区别？答： 一般有四种分割(fng)方法：（1）基于边缘提取的分割(fng)法：先提取区域边界，再确定边界限定的区域；（2）区域分割：从图像(t xin)出发，按“有意义”的属性一致的原则，确定每个像素的归属区域，形成一个区域图；（3）区域增长：从图像出发，按“有意义”的属性一致的原则，将属性接近的连通像素聚集成区域；（4）分裂-合并分割：综合利用（2）、（3）两种方法，既存

17、在图像的划分，又有像素的合并。2、已知一幅通过摄像机拍摄的，由等间隔黑白方格构成的图像，并假设数字图像的灰度级0表示黑，255表示白。（1）定性画出它的直方图，并在直方图上标记出全局灰度阈值的位置。（2）如果减小图像的黑白反差，直方图将发生怎样的变化。（3）如果等间隔黑白方格变为等间隔条纹，其直方图将发生怎样的变化。答： 3、经典的边缘检测方法是首先通过像梯度算子、Sobel算子、Prewitt算子等这样的算子获得图像的边缘强度，再通过阈值方法获得边缘像素。请问（1）为什么按照上述方法获得的边缘宽度通常大于1个像素？（2）为什么按照上述方法有时会丢失部分边缘像素？答： 4、简述Hough变换检

18、测直线的原理。答：而言之，Hough变 换思想为：在原始图像坐标系下的一个点对应了参数坐标系中的一条直线，同样参数坐标系的一条直线对应了原始坐标系下的一个点，然后，原始坐标系下呈现直线 的所有点，它们的斜率和截距是相同的，所以它们在参数坐标系下对应于同一个点。这样在将原始坐标系下的各个点投影到参数坐标系下之后，看参数坐标系下有没 有聚集点，这样的聚集点就对应了原始坐标系下的直线。在实际应用中，y=k*x+b形式的直线方程没有办法表示x=c形式的直线(这时候，直线的斜率为无穷大)。所以实际应用中，是采用参数方程p=x*cos(theta)+y*sin(theta)。这样，图像平面上的一个点就对应

19、到参数p-theta平面上的一条曲线上，其它的还是一样。5、状态法是最简单图像的区域分割方法之一，叙述其原理，并说明其应用场合。答： 也叫峰谷法。它首先统计最简单图像的灰度直方图，若其直方图呈双峰且有明显的谷，则将谷所对应的灰度值t作为阈值，按照进行二值化，就可以将目标从图像中分割出来。这种方法适用于目标和背景的灰度差较大，直方图有明显谷的情况。二值图像处理与形状分析（本题20分，每小题4分）何谓膨胀和腐蚀？通过反复的腐蚀操作能否获取图形的骨架，为什么？答： 所谓膨胀就是把二值图像各1像素连接成分的边界扩大一层处理。而腐蚀则是把二值图像各1像素连接成分的边界点去掉从而缩小一层的处理。若输出图像

20、为，则他们的定义式为：膨胀(png zhng)：腐蚀(fsh)：不能，因为(yn wi)目标通过反复的腐蚀操作最终会丢失骨架端部的信息。计算下图目标的面积，周长和圆形度（周长分别按照欧几里德距离和8-领域距离计算）。答：面积（区域内像素的总和）：S=2+6+2+2+5+4=21周长：C=7+14=14+7圆形度：它是测量区域形状常用的量 （面积周长比）当区域为圆形时，尺最大(R1)；如果是细长的区域，R则较小。请分别给出下图所示二值图像4-领域和8-领域1像素和0像素的连接成分数以及孔数。答：按照4-领域计算：0像素的连接成分数为：31像素的连接成分数为：6孔数：2二值图像的欧拉数：6-2=4

21、按照8-领域计算：0像素的连接成分数为：21像素的连接成分数为：3孔数：1二值图像的欧拉数：3-1=2请将下图所示线图形按照顺时针方向用链码表示。左上角第一个像素点坐标定义为（0,0）。答：从（0,3）开始链码编码：4向链码：03303033232213221211010110；8向链码：76775535331121。如何根据连接数来判断二值图像中的端点(dun din)、连接点、分支点和交叉点？答：连接数为0时，所表示的线特征点是孤立点或内部点；连接数为1时，所表示的线特征点是端点(dun din)；连接数为2时，所表示的线特征点是连接点；连接数为3时，所表示的线特征点是分支点；连接数为4时

22、，所表示的线特征点是交叉点。综合(zngh)运用（本题20分，每小题5分）图4给出四幅原始8位灰度图像，分别为人民币，生料球，钢锭和红血球。图5给出上述四幅原始图像的灰度直方图。图6给出红血球在灰度级阈值分别为95,143和180条件下的分割结果。图6给出的3个灰度级阈值分割结果与原始图像以及上述给出的阈值顺序可能不一致。图中坐标每个刻度为16个单位。1、图5表示对应于图4的4个灰度直方图，请在图5中的各序号（a），（b），（c），（d）后面标记所对应于图4 的原始图像名称。2、如果将灰度大于阈值的像素置255，小于阈值的像素置0，对于图5（d）所示的灰度直方图，如果阈值选择为100，其原始图

23、像的灰度分割将会出现什么结果？3、图6表示红血球图像在不同阈值下的分割结果，灰度低于阈值的像素置0，否则置1.请在图6的（a），（b），（c）序号后面标记所对应的阈值，并说明为什么会出现上述三种结果。4、从图4所给出的4幅图像中，你认为哪幅图像利用灰度直方图确定分割阈值效果最好，哪幅图像利用灰度直方图确定分割阈值效果最差，为什么？图4原始图像图5灰度直方图图6红血球图像分割结果沈阳工业大学2009年博士(bsh)招生（一）基本概念（每题2分，共20分）图像处理系统(xtng)由哪些模块组成？答：数字(shz)图像处理系统主要是由采集，显示，存储、通信、处理和分析五个模块构成。采集模块：利用图像

24、采集设备（如数码照相机、数码摄像机）获取数字图像，或通过数字化设备（如图像扫描仪）将要处理的连续图像转换成适于计算机处理的数字图像；显示模块：用于提供便于分析、解释、识别的图像。（一种是将图像通过显示器或投影仪等暂时的软拷贝形式；一种是将图像通过照相机、打印机等将图像输出到物理介质上的永久性硬拷贝形式；）存储模块：用于保存原始、处理中的和处理后的图像相关数据；通信模块：在不同设备间或图像处理系统之间交换、传输图像数据；处理模块：按照需求实现对图像的处理，包括计算机和图像处理软件等；下列哪些内容只能由机器视觉检测系统来实现，哪些内容只能由常规的非电量电测系统来实现，哪些内容上述两种系统都能够实现

25、？（1）汽车牌照的识别；（2）人脸识别；（3）液位测量；（4）加速度测量答：（1）、（2）只能由机器视觉检测系统来实现，（4）只能由常规的非电量电测系统来实现，（3）上述两种系统都能够实现。举例说明什么是点处理？什么是局部处理？答：对输入图像进行处理时，计算某一输出像素的值由输入图像像素邻域（如、等）中的像素值确定，这种处理称局部处理，比如空间域增强中常用的中值滤波、均值滤波等均属局部处理。当输出像素的值仅与输入图像像素的值有关时，这种处理称点处理，比如图像域增强中常用的对比度增强、图像二值化等均属点处理。计算机视觉系统与机器视觉系统之间有何区别，有何联系？答： HYPERLINK / 机器视

26、觉(machine vision)偏重于计算机视觉技术工程化，能够自动获取和分析特定的图像，以控制相应的行为。计算机视觉(computer vision)是采用图像处理、模式识别、人工智能技术相结合的手段，着重于一幅或多幅图像的计算机分析。具体来说，计算机视觉为机器视觉提供图像和景物分析的理论及算法基础，机器视觉为计算机视觉的实现提供传感器模型、系统构造和实现手段。马赫带效应对人眼所见景物有何作用？答：马赫带上的亮度过冲是眼睛对不同空间频率产生不同视觉响应的结果。视觉系统对空间高频和空间低频的敏感性较差，而对空间中频则有较高的敏感性，因而在亮度突变处产生亮度过冲现象。这种过冲对人眼所见的景物有

27、增强其轮廓的作用。从灰度直方图可以获得图像中的那些信息？答：灰度范围，灰度级的分布，整幅图像的平均亮度。什么(shn me)是串行处理？答：后一像素输出结果依赖于前面像素处理的结果，并且只能依次(yc)处理各像素而不能同时对各像素进行相同处理的一种处理形式称为串行处理。其特点是：（1）用输入图像(t xin)像素（i，j）邻域的像素值和用输出图像像素（i，j）以前像素的处理结果计算输出图像（i，j）像素的值；（2）处理算法要按一定顺序进行。什么是物体的色？物体的色取决于哪些因素？ 答：物体的色是人的视觉器官受光后在大脑的一种反映。物体的色取决于物体对各种波长光线的吸收、反射和透视能力。因此，物

28、体分消色物体和有色物体。什么是人眼的视觉范围和分辨力？分辨力和那些因素有关？答：视觉范围是指人眼所能感觉到的亮度范围。人眼的分辨力是指人眼在一定距离上能区分开相邻两点的能力，可以用能区分开的最小视角之倒数来描述。人眼的分辨力和环境照度有关，当照度太低时，只有杆状细胞起作用，则分辨力下降；但照度太高也无助于分辨力的提高，因为可能引起“眩目”现象。人眼的分辨力还和被观察对象的相对对比度有关。相对对比度小时，对象和背景亮度很接近，从而导致分辨力下降。在一些存储空间有限的场合，在有限的存储空间存储尽可能多的图像数据显得十分必要。对于16位存储结构，如果存储8位灰度图像，请提供提高图像存储量的方法，并说

29、明这种方法能够提高多少存储容量，以及这种方法带来的消极因素。答： 图像增强（每题2分，共20分）简述直方图均衡的原理。答：直方图均衡化处理是以累积分布函数变换为基础的直方图修正法。可产生一幅灰度级分布具有均匀概率密度的图像，扩展了象素取值的动态范围。直方图均衡由于其简单有效，广泛用于图像增强。其灰度变换函数为：若象素点的原灰度为Rk则其新灰度Sk为Sk=T(Rk)= Pr(Rj)= Nj/n 0Rj1 k=0,1,.l-1式中，Pr(Rj)是取第j级灰度值的概率,Nj是在图像中出现第j级灰度的象素总数,l是灰度级的总数目,n是图像中象素总数。对变换后的Sk值取最靠近的一个灰度级的值，建立灰度级

30、变换表，通过查表，将原图像变换为直方图均衡的图 TOC o 1-3 h z u 象。直方图均衡化存在着两个缺点：1)变换后的灰度级减少，对图像诊断有重要意义的某些细节消失；2)某些图像，如直方图有高峰，经处理后对比度不自然地过份增强。近10年来，对基本直方图均衡的改进主要在两方面：1)直方图规定化方法；2)局部区域直方图均衡。所有这些改进都假定图像象素是随机分布，没有考虑相邻象素的相关性。数学推导证明，直方图上前、后两个灰度级变换后的间隔，即两个灰度级之间间距是否拉伸、压缩、不变，取决于变换前的后一个灰度级的概率。由于概率数值大的灰度级均衡后，与邻近灰度级间隔的拉伸比相距较远的灰度级的拉伸要大

31、得多。结果使相邻灰度级远离它们在原直方图上的位置，与其它灰度级接近，甚至合并，导致一些细节的灰度级丧失。梯度法是最常用的图像锐化法之一，请写出梯度的一阶差分近似表达式，以及简化的一阶差分近似表达式？答：一阶差分近似表达式：简化(jinhu)的一阶差分近似表达式：或为什么要进行(jnxng)伪彩色增强？答：人眼能分辨的灰度级介于十几级到二十几级之间，而对于不同亮度和色调的彩色(cis)分辨能力可达到灰度分辨力的百倍以上，利用视觉系统的这一特性，对灰度图进行伪彩色增强，能够改善图像的可分辨性。一幅图像由于曝光不足而过于昏暗，甚至看不清图像中的图案，请问通过什么方法能够解决上述问题？答：图像过于昏暗

32、，说明图像中的像素的灰度值普遍偏低，可以通过灰度级变换（如线性变换）来解决。，其中为输出图像第i行第j列像素灰度，其中为输入图像第i行第j列像素灰度，a,b为输入图像灰度分布区间，c,d 为输出图像期望的灰度分布区间，在本题中可以令c,d= 0,255（设图像为8bit灰度图）。说明频率域增强的原理。答：图像增强包括（1）消除噪声，改善图像的视觉效果；（2）突出边缘，有利于识别和处理。假定原图像为，经傅里叶变换为，频率域增强就是选择合适的滤波器对频谱成分进行调整，然后经傅里叶反变换得到增强图像；表示为。为什么说高通滤波器能够突出图像边缘，但不能够消弱噪声？低通滤波器能够消弱噪声？答：图像的边缘

33、、细节主要在高频部分得到反映，而图像的模糊是由于高频成分比较弱产生的，所以，采用高通滤波器让高频成分通过，削弱低频成分，即可突出图像边缘；而噪声主要集中在高频部分，故而高通滤波器不能够消弱噪声，采用低通滤波器抑制高频分量才能削弱噪声。说明对数变换和指数变换的主要应用区别？答：二者都属于非线性变换，指数变换是对数变换的反变换，如果对数变换是扩展高灰度区，压缩低灰度区，那么指数变换就是压缩高灰度区，扩展低灰度区。什么是灰度级矫正？答：在成像过程中，扫描系统、光电转换系统中的很多因素，如光强照射、感光部件灵敏度、光学系统不均匀性、光器件特性不稳定等均可造成图像亮度分布的不均匀，导致某些部分亮，某些部

34、分暗。灰度级矫正就是在图像采集系统中对图像像素进行修正，使整幅图像成像均匀。下图是经过灰度线性变换获得的三幅图像，其灰度范围分别为0-255,50-200和100-150.根据观察，确定这三幅图像的灰度范围。以此来说明灰度线性变换对图像的作用。答：（a）100-150、（b）50-200、（c）0-255；灰度线性变换可以通过调整输出(shch)图像灰度分布区间下面哪些(nxi)内容属于狭义图像处理，下面哪些内容属于图像分析，（1）灰度变换；（2）直方图修正；（3）中值滤波；（4）边缘检测。答：狭义(xiy)图像处理：（1）、（2）、（3）；图像分析：（4）图像分割（本题20分，每小题4分）1

35、、 简述最大类间方差法的原理。答： 2、说明区域生长法中种子点的选取、生长准则的确定及区域生长停止条件的设计原则。3、在一幅通过边缘检测获取的二值图像中，存在着若干个圆和若干条直线，由于边缘检测的效果不理想，造成所提取的圆像素和直线像素都不连续，并且存在大量不需要的斑点和短线，为了提取到圆和直线，剔除干扰像素，请选择一种检测方法，并说明选择的理由。4、已知一幅通过摄像机拍摄的，由等间隔黑白方格构成的图像，并假设数字图像的灰度级0表示黑，255表示白。（1）定性画出它的直方图，并在直方图上标记出全局灰度阈值的位置。（2）如果减小图像的黑白反差，直方图将发生怎样的变化。（3）如果等间隔黑白方格变为

36、等间隔条纹，其直方图将发生怎样的变化。答： 5、什么是图像的边缘？边缘粗略可分为哪两种？它们之间有什么区别？答： 边缘是指图像中像素灰度有阶跃变化或屋顶变化的那些像素的集合。它存在于目标与背景、目标与目标、区域与区域、基元与基元之间。他对图像的识别和分析十分有用，边缘能勾画出目标物体轮廓，使观察者一目了然，包含了丰实的信息（如方向、阶跃性质、形状等），是图像识别中抽取的重要属性。边缘粗略分为阶跃状和屋顶状两种。阶跃状边缘位于其两边的像素灰度值有明显不同的地方；屋顶状边缘位于灰度值从增加到减少的转折处。二值图像处理与形状分析（本题20分，每小题4分）什么是二值图像的欧拉数？它与二值图像的连接成分

37、欧拉数有何关系？答：在二值图像中，1像素连接成分数(fnsh)C减去孔数H的值叫做这幅图像的欧拉数或示性数。对于一个1像素连接成分，1减去这个连接成分中包含的孔数的差值叫做这个1像素连接成分的欧拉数。二值图像的欧拉数是所有1像素连接成分的欧拉数之和。如何(rh)根据连接数来判断二值图像中的端点、连接点、分支点和交叉点？答：连接数为0时，所表示的线特征(tzhng)点是孤立点或内部点；连接数为1时，所表示的线特征点是端点；连接数为2时，所表示的线特征点是连接点；连接数为3时，所表示的线特征点是分支点；连接数为4时，所表示的线特征点是交叉点。给出以为中心的8-连接数和4-连接数。答：（8-连接数=

38、4-连接数2，为连接点）下图表示以中心像素为原点的各像素距离，请给出它们分别表示什么距离？答：给出下图所示二值图像图形的链码表示。左上角第一个像素点坐标定义为（0,0）。答：从（1,3）开始链码编码：4向链码：00003000000033030333222121322222123232221211101101；8向链码：00070000007677654335444345543321212。综合(zngh)运用（本题20分，每小题5分）图4给出四幅原始8位灰度图像，分别为人民币，生料球，钢锭和红血球。图5给出上述四幅原始图像的灰度直方图。图6给出红血球在灰度级阈值分别为95,143和180条件

39、下的分割结果。图6给出的3个灰度级阈值分割结果与原始图像以及上述给出的阈值顺序可能(knng)不一致。图中坐标每个刻度为16个单位。1、图5表示对应于图4的4个灰度直方图，请在图5中的各序号（a），（b），（c），（d）后面(hu mian)标记所对应于图4 的原始图像名称。2、如果将灰度大于阈值的像素置255，小于阈值的像素置0，对于图5（d）所示的灰度直方图，如果阈值选择为100，其原始图像的灰度分割将会出现什么结果？3、图6表示红血球图像在不同阈值下的分割结果，灰度低于阈值的像素置0，否则置1.请在图6的（a），（b），（c）序号后面标记所对应的阈值，并说明为什么会出现上述三种结果。4、

40、从图4所给出的4幅图像中，你认为哪幅图像利用灰度直方图确定分割阈值效果最好，哪幅图像利用灰度直方图确定分割阈值效果最差，为什么？沈阳工业大学(dxu)2009年博士招生（二）（30分）简答题举两个例子(l zi)说明数字图像处理的应用。（5分）答：数字(shz)处理图像在生物医学 、遥感 、工业 、军事、通信、公安等领域有着广泛的应用。1） 生物医学：显微图像、DNA分析、X光成像、超声成像、CT等。 2） 遥感航天：地图、气象、天文、交通等。3） 通信方面：图像传输，影像传输等。4） 工业应用：生产监控、CAD技术、产品检测等。5）军事、公安领域：指纹识别、雷达侦测、地形识别等。模拟图像与数

41、字图像有什么区别？（5分）答：按图像空间坐标和亮度（或色彩）的连续性可以分为模拟图像和数字图像。模拟图像指空间坐标和亮度（或色彩）都是连续变化的图像。数字图像是一种空间坐标和灰度（或色彩）均是不连续的、用离散数字（一般用整数）表示的图像。数字化图像的数据量与那些因素有关？（5分）答：与采样间隔和量化等级有关。一般来说，采样间隔越大，所得图像像素数越少，数据量越小，图像的空间分辨率越低，质量越差，严重时出现像素呈块状的国际棋盘效应，采样间隔越小，所得图像像素数越多，图像的空间分辨率越高，质量越好，但数据量越大；量化（灰度/色彩）等级越多，所得数字图像层次越丰富，灰度分辨率越高，质量越好，但数据量

42、会增加；量化（灰度/色彩）等级越少，所得数字图像层次欠丰富，灰度分辨率越低，质量变差，会出现假轮廓现象，但数据量小；直方图修正有哪两种方法？（5分）答：直方图均衡化和直方图规定化。什么是点处理？（5分）答：对输入图像进行处理时，当输出像素的值仅与输入图像像素的值有关时，这种处理称点处理，比如图像域增强中常用的对比度增强、图像二值化等均属点处理。二维傅里叶变换的可分离性有何意义？（5分）答：可分离性表明：二维离散傅立叶变换和反变换可用两组一维离散傅立叶变换和反变换来完成。（70分）计算题见题图，以S为起始点，按逆时针方向编码，写出该物体的8方向边界链码。（10分）统计题图中图像的灰度直方图，并计

43、算熵（列出算式即可）。（10分）对题图中数字图像做33的中值(zhn zh)滤波，写出处理结果（边界数据保留）。（10分） 有一幅在灰色背景下的黑白足球的图像，直方图如下所示。足球的直径为230mm，问其像素(xin s)间距为多少？（10分）0 520 920 30 40 5910 24040 6050 80 20 80 440 960 420 0解：背景为灰色，足球包括黑色和白色部分，因此区分背景和足球的门限(mnxin)分别为灰度级4（直方图上对应的像素个数为30）和灰度级10（直方图上对应的像素个数为20），足球对应的像素共有(520+920)+(80+440+960+420)3340

44、个设像素间距为d，则单个像素面积为d的平方，由于足球半径为230mm，有下式下面是两幅大小为100100，灰度级为16的图像的直方图。求他们相加后所得图像的直方图。（10分）0 0 0 10000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0600 1000 1800 2500 1900 1100 800 200 0 0 0 0 0 0 0 0一幅图像背景部分的均值为25，方差为625，在背景上分布着一些互不重叠的均值为150，方差为400的小目标，设所有目标合起来约占图像总面积的20%，试大致画出这幅图像的灰度直方图，并给出取阈值的方法。（10分）假定你有两张一城市某一部分的前后相隔25年

45、从同一座高层建筑物顶上拍摄得到的数字化图像，你希望通过两幅图像的投影重叠来显示其变化。你发现一个建筑物的一角在第一张图中位于位置（103,84），在第二张图中位于位置（107,94）；一扇窗户在第一张图中位于位置（433,504），在第二张图中位于位置（377,439）。它们是否有（a）平动、（b）转动、（c）比例上的变化（假定除平动、转动、尺度变化外，没有几何变形）？（10分）沈阳工业大学2010年博士招生（一）基本概念（每题2分，共20分）在摄像机光学镜头视角一定、图像(t xin)传感器分辨率一定的情况下，要想提高图像中目标的分辨率，可以采取什么措施？由于拍摄条件所限，所拍摄的图像中目标

46、与背景之间反差很小，请问通过什么方法能够提高(t go)目标与背景之间的反差？请给出至少一种实现方法？答：图像过于昏暗(hn n)，说明图像中的像素的灰度值普遍偏低，可以通过灰度级变换（如线性变换）来解决。，其中为输出图像第i行第j列像素灰度，其中为输入图像第i行第j列像素灰度，a,b为输入图像灰度分布区间，c,d 为输出图像期望的灰度分布区间，在本题中可以令c,d= 0,255（设图像为8bit灰度图）。为什么有色光照射到消色物体时，物体反射光与入射光颜色相同。答：消色物体对照明光线具有非选择性吸收的特性，即光线照射到消色物体上时，被吸收的各种波长的入射光是等量的；被反射或透射的光线，其光谱

47、成分也与入射光的光谱成分相同，即反射光与入射光颜色相同。（1）人眼分辨力与环境照度、被观察对象的相对对比度之间有何关系？（2）摄像机是否也具有类似的性质？答：（1）当照度太低时，只有杆状细胞起作用，则人眼分辨力下降；但照度太高也无助于分辨力的提高，因为可能引起“眩目”现象。人眼对亮度差别的感觉取决于相对亮度的变化，当被观察对象的相对对比度小时，对象和背景亮度很接近，从而导致人眼的分辨力下降。（2）马赫带效应的特征是什么？马赫带效应对摄像机拍摄景物有何作用？答：马赫带上的亮度过冲是眼睛对不同空间频率产生不同视觉响应的结果。视觉系统对空间高频和空间低频的敏感性较差，而对空间中频则有较高的敏感性，因

48、而在亮度突变处产生亮度过冲现象。这种过冲对人眼所见的景物有增强其轮廓的作用。通过灰度直方图能否反映图像中目标的位置？为什么？在什么条件下，可以通过灰度级阈值方法从图像中分割目标？怎样从灰度直方图上能够看出是否可以进行灰度级阈值分割图像？答：不能，因为灰度直方图中不含像素的位置信息。假定一幅图像背景较暗，图像上的物体（分割目标）较亮，物体的边缘像素亮度介于二者之间，且数目较少，则背景像素和分割目标像素在直方图中分别体现在左峰（背景）和右峰（分割目标），边缘像素则体现为双峰之间的谷，选择谷对应的灰度值作为阈值即可以将目标从背景中分割出来。图像背景较亮，图像上的物体（分割目标）较暗时也是一样，只不过

49、背景像素和分割目标像素在直方图中分别体现在右峰（背景）和左峰（分割目标）。请问下列哪种情况属于图像的窗口处理，哪种情况属于图像的模板处理？（1）通过均值滤波试图消除或者消弱图像的斑点噪声；（2）在二值图像中寻找符合某种形状的图形。答：（2）属于图像的窗口处理，（1）属于图像的模板处理。请判断下列操作那些是点处理，哪些是局部处理？（1）通过灰度级阈值方法从实现对图像目标的分割；（2）将图像分为若干个子图像，每个子图像实施灰度级阈值分割；（3）对图像进行平滑处理；（4）通过梯度算子获取图像边缘像素。答：（1）是点处理，（2）、（3）、（4）是局部处理。典型的图像识别流程(lichng)主要包括哪几

50、个环节？已知一幅(y f)512512的灰度图像中只有一个直径为16的圆盘图形，拟采用金字塔方块法来快速寻找目标(mbio)的位置，请描述实现过程，并说明所能够分解的最小图像分辨率是多少？图像增强（每题2分，共20分）对于图像特征提取而言，是否一定要进行图像增强操作？为什么？答： 不一定。因为在提取图像特征时，感兴趣的特征对象在图像中可能明显也可能不明显，如果是前者，直接进行图像特征提取即可，如果是后者，就需要进行相应类别的图像增强操作，以突出在图像中的感兴趣的特征对象。请判断下列那些可以通过灰度级矫正来改善，那些可以通过灰度变换来改善？（1）在均匀光照强度条件下，由于光学镜头的透光率不均匀，

51、导致图像传感器输出的景物图像灰度不均匀；（2）在光学镜头的透光率均匀条件下，由于光照强度偏弱，导致图像传感器输出的景物图像整体偏暗。答：（1）可以通过灰度级矫正来改善，（2）那些可以通过灰度变换来改善。对数变换和指数变换都属于非线性变换，他们在使用上有何区别？答：指数变换是对数变换的反变换，如果对数变换是扩展高灰度区，压缩低灰度区，那么指数变换就是压缩高灰度区，扩展低灰度区。什么是中值滤波？为什么中值滤波对于抑制脉冲干扰效果较好？答：是一种非线性的空间域滤波方法，它用目标像素邻域内的各像素（含目标像素本身）的灰度中值代替目标像素的值。因为脉冲干扰噪声（也叫“椒盐噪声”）在图像上体现为白（极大灰

52、度值）或黑（极小灰度值）色像素，在中值滤波排序时会落到排序的起首或末尾的位置上，故而被滤除的可能性很大，所以说中值滤波对于抑制脉冲干扰效果较好。一幅图像由于曝光不足而过于昏暗，甚至看不清图像中的图案，请问通过什么方法能够解决上述问题？答：图像过于昏暗，说明图像中的像素的灰度值普遍偏低，可以通过灰度级变换（如线性变换）来解决。，其中为输出图像第i行第j列像素灰度，其中为输入图像第i行第j列像素灰度，a,b为输入图像灰度分布区间，c,d 为输出图像期望的灰度分布区间，在本题中可以令c,d= 0,255（设图像为8bit灰度图）。伪彩色增强与假彩色增强有何区别？答：伪彩色增强的对象是一幅灰度图像，目

53、的是将不同灰度级映射为不同彩色，从而把灰度图“彩色化”；假彩色增强所处理的对象一般是一幅自然彩色图像或同一景物的多光谱或超光谱图像，通过彩色合成使增强图像中的各目标呈现与原图像中不同的彩色。已知摄像机与钢板表面垂直，摄像机镜头视角固定，摄像机输出空间分辨率固定，如果改变摄像机与钢板之间的距离由远到近，从检测钢板的角度出发，其空间分辨率是提高了还是降低了，请说明理由。答：提高了。摄像机与钢板之间的距离缩为原来的一半的时候，摄像机镜头视角固定，所以钢板上处于拍摄范围的部分会缩为原来的四分之一，而摄像机输出空间分辨率不变，则钢板检测的空间分辨率（单位面积上的像素数）会增加为原来的四倍。图像锐化处理有

54、几种(j zhn)方法？答：在光照强度较弱的情况下，图像传感器的电子噪声将导致所拍摄的图像具有很多的麻点。如果所拍摄的是一个静止的目标(mbio)图形，请问有什么方法能够简单有效地消弱乃至消除图像中的麻点，这里不考虑在灰度级下对一幅图像所实施的滤波操作。答：在保持图像(t xin)传感器与目标之间的位置相对静止的情况下，拍摄多张图片，然后做多幅图像平均。为什么说高通滤波器能够突出图像边缘，但不能够消弱噪声？低通滤波器能够消弱噪声？答：图像的边缘、细节主要在高频部分得到反映，而图像的模糊是由于高频成分比较弱产生的，所以，采用高通滤波器让高频成分通过，削弱低频成分，即可突出图像边缘；而噪声主要集中

55、在高频部分，故而高通滤波器不能够消弱噪声，采用低通滤波器抑制高频分量才能削弱噪声。图像分割（本题20分，每小题4分）1、 图像分割按照分割途径可以分为哪几种，他们之间有何区别？答： 一般有四种分割方法：（1）基于边缘提取的分割法：先提取区域边界，再确定边界限定的区域；（2）区域分割：从图像出发，按“有意义”的属性一致的原则，确定每个像素的归属区域，形成一个区域图；（3）区域增长：从图像出发，按“有意义”的属性一致的原则，将属性接近的连通像素聚集成区域；（4）分裂-合并分割：综合利用（2）、（3）两种方法，既存在图像的划分，又有像素的合并。2、已知一幅通过摄像机拍摄的，由等间隔黑白方格构成的图像

56、，并假设数字图像的灰度级0表示黑，255表示白。（1）定性画出它的直方图，并在直方图上标记出全局灰度阈值的位置。（2）如果减小图像的黑白反差，直方图将发生怎样的变化。（3）如果等间隔黑白方格变为等间隔条纹，其直方图将发生怎样的变化。答： 3、经典的边缘检测方法是首先通过像梯度算子、Sobel算子、Prewitt算子等这样的算子获得图像的边缘强度，再通过阈值方法获得边缘像素。请问（1）为什么按照上述方法获得的边缘宽度通常大于1个像素？（2）为什么按照上述方法有时会丢失部分边缘像素？答： 4、简述Hough变换检测直线的原理。答： 5、状态法是最简单图像的区域分割方法之一，叙述其原理，并说明其应用

57、场合。答： 二值图像处理与形状分析（本题20分，每小题4分）何谓膨胀和腐蚀？通过反复的腐蚀操作能否获取图形的骨架，为什么？答： 计算下图目标的面积，周长和圆形度（周长分别按照欧几里德距离(jl)和8-领域距离计算）。答：面积（区域(qy)内像素的总和）：S=2+6+4+4+6+5=27周长(zhu chn)：C=9+9=9+9圆形度：请分别给出下图所示二值图像4-领域和8-领域1像素和0像素的连接成分数以及孔数。答：按照4-领域计算：0像素的连接成分数为：31像素的连接成分数为：6孔数：2二值图像的欧拉数：6-2=4按照8-领域计算：0像素的连接成分数为：21像素的连接成分数为：3孔数：1二值

58、图像的欧拉数：3-1=2请将下图所示线图形按照顺时针方向用链码表示。左上角第一个像素点坐标定义为（0,0）。答：从（0,3）开始链码编码：4向链码：03303033232213221211010110；8向链码：76775535331121。当二值图像中1像素的连接数分别为1、2、3、4时，所表示的线特征点分别是什么？答：连接数为0时，所表示的线特征点是孤立点或内部点；连接数为1时，所表示的线特征点是端点；连接数为2时，所表示的线特征点是连接点；连接数为3时，所表示的线特征点是分支点；连接数为4时，所表示的线特征点是交叉点。综合运用（本题20分，每小题5分）图4给出四幅原始8位灰度图像，分别为

59、人民币，生料球，钢锭和红血球。图5给出上述四幅原始图像的灰度直方图。图6给出红血球在灰度级阈值分别为95,143和180条件下的分割结果。图6给出的3个灰度级阈值分割结果与原始图像以及上述给出的阈值顺序可能不一致。图中坐标每个刻度为16个单位。1、图5表示对应于图4的4个灰度直方图，请在图5中的各序号（a），（b），（c），（d）后面标记所对应于图4 的原始图像(t xin)名称。2、如果将灰度大于阈值(y zh)的像素置1，小于阈值的像素置0，对于图5（d）所示的灰度直方图，如果阈值选择为100，其原始图像的灰度分割将会出现什么结果？3、图6表示红血球图像在不同阈值下的分割结果，灰度低于阈值

60、的像素置0，否则(fuz)置1.请在图6的（a），（b），（c）序号后面标记所对应的阈值，并说明为什么会出现上述三种结果。4、从图4所给出的4幅图像中，你认为哪幅图像利用灰度直方图确定分割阈值效果最好，哪幅图像利用灰度直方图确定分割阈值效果最差，为什么？沈阳工业大学2010年博士招生（二）基本概念（每题2分，共16分）在拍摄目标图像时，由于自然光线照射角度不同，将使所拍摄的图像中目标存在不同程度的阴影(ynyng)，严重影响目标提取，请问有何解决办法消除自然光线的影响，不包括通过软件消除阴影的方法？在摄像机与拍摄目标距离一定(ydng)、图像传感器分辨率一定的情况下，要想提高(t go)图像中