数字图像处理-胡学龙-许开宇-课后答案

胡学龙、许开宇编著《数字图像处理》思考题与习题参考答案第1章 概述1.1 连续图像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．数字图处理技术适用面宽。4．数字图处理技术综合性强。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。4 答：如图1.，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。图1.8数字图像处理系统结构图11.5 常见的数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isulC++〔面向对象可视化集成工具和MTLAB图像处理工具〔IageProcessingolbox种开发工具各有所长且有相互间的软件接口。Microoft司的VC++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in2程序有着行速度快、可移植能力强等优点。VC++所提的Micosoft根底类库MFC对大局部与用户设计有关的in32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本钱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IageLoaddl支持MP、JPG、TIF等常用6格式的读写功能。MTLAB的图像处理工具箱MTLAB是由Maorks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。MTLAB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局部图像处理工作从而大大节省编写低层算法代码的时间防止程序设计中的重复劳动。MTLAB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，MTLAB也存在缺乏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MLAB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MTLAB使用行解释方式执行代码，执行速度很慢。第三，MTAB擅长矩阵运算，但对于循环处理和图形界面的处理不及C++语言为此通应用程序接口API和编译器与其他高级语〔如C、C++Java混合编程将会发挥各种程序设计语言之长协同完成图像处理任务API支持MTLAB外部数据与程序的交互编译器产生独立于MLAB环境的程序从而使其他语言的应用程序使用MTLAB。1.6 常见的数图像应用软件有哪些？各有什么特点？答图像应用软件是可直接供用户使用的商品化软件用户从使用功能出发只要了解软件的操作方法就可以完成图像处理的任务对大局部用户来说商品化的图像应用软件无需用户进行编程操作方便功能齐全已经能满足一般需求因而得到广泛应用常用图像处理应用软件有以下几种：1PHOSHOP当世界上一流的图像设计与制作工具其优越性能令其产品望尘莫及。PHOOSHOP已成为出版界中图像处理的专业标准。高版本的PHOOSHOP支持多达20多种像格式和TAIN接口，接受一般扫描仪、数码相机等图像输入设备采集的图像。PHOOSHOP支持多图层的工作方式，只是PHOOSHOP的最大特色。使用图层功能可以很方便地编辑和修改图像，使平面设计充满创意。利用PHOOSHOP还可以方便地对图像进行各种平面处理绘制简单的几何图形对文字进行艺术加工进行图像格式和颜色模式的转换、改变图像的尺寸和分辨率、制作网页图像等。2．CorelDRAW：一种基于矢量绘图、功能强大的图形图像制作与设计软件。位图式图像是由象素组成的与其相对矢量式图像以几何色彩参数描述图像其内容以线条和色块为主可见采用不同的技术手段可以满足用户的设计要求位图式图像善于表现连续丰富色调的自然景物，数据量较大；而矢量式图像强于表现线条、色块的图案，数据量较小。合理的利用两种不同类型的图像表现方式，往往会收到意想不到的艺术效果。CoelDraw是2当今流行的图像处理软件中为数不多的特点明显功能强大的基于矢量绘图的软件包利用它，可以方便地制作精美的名片、贺卡、书签、图书封面、广告、宣传画等作品。3．ACDSee：快速、高性能的看图程序，是目前最享盛名的图片浏览器。它能广泛应用于图片的获取管理浏览和优化支持BMPGIFJPGTGATIF等超过0常见的图形文件格式图片翻开速度极快可以直接查看动画GIF处理如Mpg之类用的视频文件还可以为每一个目录建立一个相册ACDSee可从数码相机和扫描仪高效获取图片并进行便捷的查找组织和预览ACDSee还是得心应手的图片编辑工具轻松处理数码影像拥有去红眼剪切图像锐化浮雕特效曝光调整旋转镜像等功能还能进行批量处理。1.7 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个方面的题通过阅读参考文献网络资源等手段写数字图像处理的主要应用的短文，并安排交流时机。1．航天和空技术方面的应用2．生物医工程方面的应用3．通信工方面的应用4．工业自化和机器人视觉方面的应用5．军事和安方面的应用6．生活和乐方面的应用第2章 图像的数字化与显示2.1 设图的大小为3×32的图标每个像素有6种颜色有多少种不同的图标？如果每10万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1秒钟选出所有有意义的图标需要多长时间？解：13×/6=112/6＝1.044×1017s可见机图像的复杂度是非常高的。2.2 扫描的光学分辨率是6010线一个有50个光单元的CD器件用于A4幅面描仪，A4幅面的纸张宽度是83英，该扫描仪的光学分辨率是多少d？解〔16×100线其中前一个数字代表扫描仪的横向分辨率，后一数字那么代表纵向分辨率。2〕i是指单位面积内像素的多少，也就是扫描精度，目前国际上都是计算一英寸面积内像素的多少光学分辨率是扫描仪的光学部件在每平方英寸面积内所能捕捉到的实际的光点数,是指扫描仪CCD的物理分辨率，也是扫描仪的真实分辨率，它的数值是由CCD的像素点除以扫描仪水平最大可扫尺寸得到的数值。每一个感光单元对应一个像素。由于CCD感单元个数为00，50083＝602 (dpi)3第3章 图像变换3.1 二维里叶变换的别离性有什么实际意义？解该性质说明一个二维傅里叶变换可由连续两次一维傅里叶变换来实现实现的方法如下列图所示：3.2 图像理中正交变换的目的是什么？图像变换主要用于那些方面？解正交变换可以使得图像能量主要集中分布在低频率成分上边缘和线信息反映在高频率成分上因此正交变换广泛应用在图像增强图像恢复特征提取图像编码压缩和形状分析等方面。3.3 在MLAB环境中，实现一幅图像的傅里叶变换。解：MTLAB程序如：A=iread(rice.tif);ishow(A);A2=fft2(A);A2=fftshift(2);figureishow(log(bs(2)+1),[00]);3.4 用MTLAB对幅5252的图像进行DCT变换，并保存2626个DCT变换系数进行重构图像，比拟重建图像与原始图像的差异。解：MTLAB程序如下：RGB=iread(pout12bp);I=gb2grayRGB);J=dct2(I);J(1:122612)=0;J(25:12156)0;K=ic2(J);ishow(I),figure,ishow(K,[0255])3.5 离散沃尔什变换与哈达玛变换之间有那些异同？解哈达玛(Hadaard变换和沃尔〔alsh换的变换核都是由11组成的正交方阵它们不同的地方在于变换矩阵的行列排列次序不同哈达玛变换每行的列率排列是没有规那么的，沃尔什变换的列率是由小到大。43.6 求N＝4对应的沃什变换核矩阵。1 1 1 1⎤⎢ ⎥解：H=1 1

−1−⎥11

−1 1⎥⎢ ⎥11 1

−⎦3.7 什么小波？小波基函数和傅里叶变换基函数有何区别？解小波信号的非零点是有限的它与傅里叶变换的基函〔三角函数指数信号是不同的，傅里叶变换的基函数从负无穷到正无穷都是等幅振荡的。3.8 为何小波变换为信号的电子显微镜”，如何实现该功能？解小波变换的伸缩因子的变化使得可以在不同尺度上观察信号所以又称电子显微镜。实现小波变换可以应用Malt的快速算法。3.9 应用MTLAB设计小波变换程序，该程序能够读入一幅BMP格式的图像，显示该图像和小波变换系数。解：由读者思考。3.0 傅里变换、加窗傅里叶变换和小波变换的时间－频率特性有什么不同？解傅里叶变换使得时间信号变成了频域信号加窗傅里叶变换使得时间信号变成了时频信号，但是窗口是固定的，小波变换同样变成了视频信号，但是时频的窗口是变化的。31 用MTLAB行图像的小波变换，观察小波系数特点。解：MTLAB程序如：X=iread(rice.tif);[cA1cH1,c,cD1]=dwt2X,bior37);sublt(22,1;isho(cA1,[090]);tile(ApproxationA1)sublt(22,2;isho(cH1);tile(HorizonalDeailH1)sublt(22,3;isho(cV1);tile(erticalDetailV1)sublt(22,4;isho(cD1);第4章 图像增强4.1图像增的目的是什么，它包含那些内容？解：图像增强是指对图像的某些特征，如边缘、轮廓、比照度等进行强调或锐化，以便于显示、观察或进一步分析与处理。图像增强所包含的主要内容如书图41。4.2 度图像〔y为如矩阵所示求经过反转变换后图像〔x转变换g＝G〔〕如图a示。51⎢解：11

图a0⎤⎥1⎥04.3 直方均衡假设一个6×4离散图像灰度分成8层其灰度rk的值和分布情况如下：请绘制该图像的直方图，并求经过直方图均衡后的图像的直方图。k01234567k01727374757671nk50901467536271072解：k01234567k01727374757671nk50901467536271072pr(k)0.40.20.60.70.90.70.40.2′Sk0.40.60.20.90.80.50.91″Sk1737476767111Sk173747671nsk509014616159pr(sk)0.40.20.60.60.34.4 分析说明为什么对数字图像进行直方图均衡化后，通常并不能产生完全平坦的直方图。解：直方图均衡中：s=T(r)

r=∫0

pr(r)dr对于上式积分来讲s＝1，但是在实际中，pr(r)不是连续的，所以直方图均衡并不会产生完全平坦的直方图。64.5 设对一幅图像进行了均衡化处理，试证明第二次采用直方图均衡化处理的结果与k第一次的结果相同。解：设第二次直方图均衡后灰度用wk表示，kWk=T(Sk

kn)=∑sii=0n

=∑nii=0n所以第二次的结果和第一次结果相同。4.6 什么图像平滑？试述均值滤波的根本原理。解为了去除或减弱图像中的噪声可以对图像进行平滑处理称为图像平滑大局部的噪声都可以看作是随机信号，它们对图像的影响可以看作是孤立的。对于某一像素而言，如果它与周围像素点相比有明显的不同我们就认为该点被噪声感染了基于这样的分析，我们可以用求均值的方法来判断每一点是否含有噪声并用适当的方法消除所发现的噪声。4.7 设图如下表a所示，分别求经过邻域平滑和高通算子锐化的结果。其中边缘点保持不变，邻域平滑掩码取33阵，即1H=118⎢1

1 ⎤⎥0 ⎥，高通算子取33矩，即：⎥1 表a

1⎢H=1⎢1

1⎤⎥8 ⎥⎥1解：邻域平滑的结果：1134522182683585222825832853298278258245411113452-136552215053-13-4-124541174.8 什么中值滤波，有何特点？解：中值滤波是非线性的处理方法，在去噪的同时可以兼顾到边界信息的保存。中值滤波首先选一个含有奇数点的窗口W，将这个窗口在图像上扫描，把该窗口中所含的像素点按灰度级的升〔或降〕序排列，取位于中间的灰度值，来代替该点的灰度值。4.9 设原像为2 4 7 4 3 5 4 6 4 4 4求过中值滤波后的值中值滤波取一维的模板如下列图b所示处理像素的灰度取这个模板中的灰度的中值边界点保持不变。解：24444444444.0 试分中值滤涉及各种差分算子滤波的计算量、优缺点和适用范围。解：由读者思考。41 用MTLAB计bp文件格式的图像读取、显示和直方图统计程序。解：由读者思考。4.2 应用MTLAB计图像锐化的程序。解：由读者思考。4.3 在MTLAB环境中，完成图像的增亮、变暗处理。解：MTLAB程序如：A=iread(pouttif); 读入图像ishow(A); %显示图像figure,ihist(A); %显示图像的直方图J1=iadjustA,[030.7][];%将图像在03×5~0755灰度之的值通过线性变换映射到025figureishow(J1); %输出图像效果图figureihist(J1) %输出图像的直方图J2=iadjustA,[],[00.7]);%使用此函数，将图像灰度通过线性变换映射到~2507figureishow(J2); %输出图像效果图figureihist(J2) %输出图像的直方图4.4 在MTLAB环境中，对图像进行去噪处理。解：参见例4.44.5 在MTLAB环境中，对图像进行直方图均衡处理，分析结果。解：参见例4.38第5章 图像编码与压缩5.1 从哪方面说明数据压缩的必要性？答：采用数字技术会使信号处理的性能大为提高，但其数据量的增加也是十分惊人的。图像数据更是多媒体网络通信等技术重点研究的压缩对象不加压缩的图像数据是计算机的处理速度、通信信道的容量等所无法承受的。这样的数据率是与当前信息存储介质的容量计算机的总线速度以及网络的传输率不相匹配的尽管人们在存储介质总线结构和网络性能等方面不断有新的突破但数据量的增长速度远超过硬件设施的提高水平，以上的矛盾仍然无法缓解。如果将上述图像信号压缩几倍十几倍甚至上百倍将十分有利于图像的传输和存储。可见，在现有硬件设施条件下，对图像信号本身进行压缩是解决上述矛盾的主要出路。5.2 讨论像压缩方法的分类及其各自的特点。答一般数据压缩按信息损失的程度来分类见教材图5常见数据压缩技术的分类。无损压缩Hufan编码和Shannon编码根据概率分布特性确定码长游程编码根据连续灰度的游程来确定编码算术编码随信源数据不断缩小的实数区间然后用一个与实数对应的二进制码代表被编码的信息；轮廓编码根据相同灰度的区域边界线进行编码。有损压缩预测编码根据相邻像素相关性来确定后继像素的预测值假设用差值进行编码那么可以压缩数据量变换编码对原始图像进行正交变换在变换域进行抽样到达压缩的目的；混合编码将两种编码方法结合起来，如将预测编码与变换编码相结合，以取得更好的效果。在现代压缩编码方法中分形编码利用宏观与微观的相似性来压缩数据量可以获得极大的压缩比该方法压缩过程的计算量较大但解压缩很快适用于图像数据的存储和重现。模型基编码一种新型压缩方法该方法在发送端利用且变化慢的场景得到数据量不大的模型参数在接收端利用综合模型参数恢复原始图像这一编码方法对于实时实现电视会议等具有显著意义。图5.2常见数据压缩技术的分类95.3 数据有冗余度能否压缩？为什么？答图像数据量大同时冗余数据也是客观存在的一般图像中存在着以下数据冗余因素〔1编码冗余〔2像素间的相关性形成的冗余〔3视觉特性和显示设备引起的冗余。理论上数据没有冗余度是不压缩的否那么无法解码出原始数据但在大局部应用场合下采用有损压缩，数据没有冗余度也可以进行压缩。5.4 如何量图像编码压缩方法的性能？答一般地图像压缩应能做到压缩比大算法简单易于用硬件和软件实现压缩和解压缩实时性好解压缩恢复的图像失真小等但这些指标对同一压缩方法很难统一在实际系统中往往需要抓住主要矛盾全面权衡常用的图像压缩技术指标有〔1图像熵与平均码长〔图像冗余度与编码效率〔缩比〔客观评价SR〔主评价图像的主客观两种评价之间存在着密切的联系但一般来说客观评价高的主观评价也高因此在图像编码的质量评价时，首先作客观评价，以主观评价为参考。5.5 一图大小为608026色用软件工具SE〔versin1.3将其别转成24位色BMP24色JPE，GIF〔只能转成26〕压缩格式，24色TFF压缩格式，24位色TGA压缩格式，得到的文件大小分别为：2164字；1777节；17,2字节；93,4字；78,6节。分别计算每种压缩图像的压缩比。解：不计算较小的文件头和彩色查找表〔T〕的数据量，原始图像的数据量为：60×8×1te=0720te。经转换后各种格式的压缩比方下：24色BMP格式： 37,0/2154033〔加了冗余度〕24色JPEG格式： 37,200/17,707=1735GIF压缩格式： 37,0/775217324色TIFF压缩格式： 37,0/2344033〔加了冗余度〕24色TGA压缩格式： 37,0/6836040〔加了冗余度〕5.6 大局部视频压缩方法是有损压缩还是无损压缩？为什么？答视频比静态图像数据量更大同时可压缩的冗余信息更多大局部视频压缩方法是以人眼感觉无明显失真为依据的因此采用有损压缩事实上视频可以看成是一幅幅不同但相关的静态图像的时间序列因此静态图像的压缩技术和标准可以直接应用于视频的单帧图像。另外，利用视频帧间信息的冗余可以大大提高视频的压缩比。5.7 假设图像上任意两像素点的亮度电平值相等或者任意两时刻同一位置上的像素的亮度电平值相等，能够说明上述两种情况下像素相关吗？为什么？答：不能。像素的空间相关性和时间相关性是以空间和时间的相邻性为根底的。因此，图像上任意两像素点的亮度电平值相等或者任意两时刻同一位置上的像素的亮度电平值相等带有偶然性，不能说明两像素相关。5.8 据JPEG算法说明JPEG图像显示时会出现马赛克现象的原因。答由于JPEG算法将整幅图像分成假设干个88的子块解码也是以子块为单位的所以块间的解码误差可能反映为方块效应，在视觉上会出现马赛克现象。105.9 讨论合编码的优点。答混合编码一般指将预测编码与变换编码相结合进行编码的方法预测编码根据相邻像素相关性来确定后继像素的预测值假设用差值进行编码那么可以压缩数据量变换编码对原始图像进行正交变换在变换域进行抽样到达压缩的目的混合编码将两种编码方法结合起来，可以发挥两种编码方法的优点，取得更好的效果。5.0 有了散傅里叶及其快速算法FFT，为什么还要提出离散余弦算法DCT及其快速算法？为什么许多视频国际标准将DCT作帧内编码的根本压缩算法？答：在所有的变换编码方案中，离散K-L变换是最正确变换，理论价值较高，常常作为对其他变换特性进行评价的标准但此变换没有快速算法在工程应用中受到限制在次最佳变换算法中DFT和DCT都是常用的变换编码方法它们分别有快速算法FFT和FCT。这两种方法相比拟DFT涉及到复数运算而T是实数变换具有十分吸引人的一些特点：它是一种实数变换计算量较小其变换矩阵的基向量很好地描述了人类视觉的相关性且对于大多数图像来说，该变换的压缩性能很接近离散K-L变换，而且其变换矩阵与图像内容无关，另外由于它构造对称的数据序列，防止了在图像边界处的跳跃及所引起的Gibbs效应并且也有快速算法因而得到广泛的应用作为准最正确变换它已成为一些静态图像、视频压缩国际标〔或建议中的根本处理模块JPEG制定了基于DCT的失真静止图像压缩标准。在MPEG视频编码器中帧内图像〔I图像〕采用DCT的编码方法。51 为什二维DCT以转换成两次一维DCT计算？答参考第3章图像变二维变换可以分解成两次变换如先进行变换再进行列变换，或反之。5.2 Hufan编码有何缺点？答：Hufan编码在无真的编码方法中效率优于其他编码方法是一种最正确变长码，其平均码长接近于熵值但当信源数据成分复杂时庞大的信源集致使Hufan码表较大，码表生成的计算量增加编译码速度相应变慢另外不等长编码致使硬件译码电路实现困难。上述原因致使Hufan编码的实际应用受到限制。5.3 Hufan编码是最正确编码，为什么还要研究算术编码等其他熵编码算法？答：题5.2中讨论了Hufan编码的优缺点，其他熵编码方法可以在某些性能上克服Hufan编码的缺乏如虽然算术编码的硬件实现比Hufan编码方法杂但对图像的编码测试结果说明，在信源符号概率接近的条件下，算术编码效率高于Hufan编码。5.4 算术码有何优点？举例说明其适用范围。答：在信源符号概率接近的条件下，算术编码效率高于Hufan编码。因此，在扩展的JPEG系统中用算术编码取代了Hufan编码另外算术编码除了常见的基于概率统计的模式外还有自适应模式在这种模式下各个符号的初始概率相同它们依据出现的符号而发生变化。这种模式特别适用于不便于进行符号概率统计的实际场合中。5.5 用G标准对于56行70列的CR01建议分率的彩色图像，其亮度分量可分割成多少个子块，而两色差分量可分别分割成多少子块？于60的1，G005.6 JPEG为什么要进行彩色空间转换？答：JG算法处理的是单独的彩色分量图像，所以来自其他彩色空间的图像数据要以JPEG格式存，需要进行彩色空间的转换，如将RGB空间YRB空间或转换为YUV间等。5.7 JPEG的量化表有何作用？答量化的目的是为了压缩数据同时也是图像质量下降的主要原因所以设计合理的量化器十分重要。在保证图像质量的前提下，为了获得较高的压缩比，JPEG量化器利用人眼的空间视觉特性相对于高频成分对低频成分采用较小的量化间隔和较少的比特数又根据人眼对亮度信号比色度信号敏感的原理对图像的亮度分量和图像的色差分量使用不同的量化表——亮度量化表和色差量化表量化表的元素即为量化间隔对于CCIR601标准电视图像，JPEG标准提供了最正确的亮度和色度量化表。根据不同的应用需要，用户还可以设计或选择其他的量化表。5.8 JPEG算法中DCT系数采用Z字形重排有何作用？答DCT系数左上〔第1行第1列为直流分〔DC系数对88子块矩阵行Z字形编排那么可将其余的交流分量〔AC系数〕按“频率”从低到高排列，形成1×64的矢量。这样排列可以增加“0”系数游程长度，提高压缩效率。第6章图像复原6.1 引起像退化的原因有哪些？答：造成图像退化的原因很多，大致可分为以下几个方面：〔1〕射线射、大气湍流等造成的照片畸变。〔2〕模拟像数字化的过程中，由于会损失局部细节，造成图像质量下降。〔3〕镜头焦不准产生的散焦模糊。〔4〕成像统中始终存在的噪声干扰。〔5〕拍摄，相机与景物之间的相对运动产生的运动模糊。〔6〕底片光、图像显示时会造成记录显示失真。〔7〕成像统的像差、非线性畸变、有限带宽等造成的图像失真。〔8〕携带感仪器的飞行器运动的不稳定以及地球自转等因素引起的照片几何失真。6.2 常见图像退化模型包含哪些种类？答：从图像信号的产生形式来看可将退化模型分为连续图像退化模型和连续图像退化模型。〔1连续像退化的一般模型如下图输入图像f(x,y)经过一个退化系统或退化算子H(x,y)后考虑加性噪声的影响产生的退化图像g(x,y)可以表示为：g(x,y)=H[f(,y]+n(x,y)如果噪声是乘法性噪声，可以通过对数运算转化为加性噪声的形式，通过同态滤波可以那么退化图像可恢复原来的图像。nx,y)fx,y)

Hx,y)

gx,y)图图像退化一般模型12〔2〕数字图像处理系统处理的图像是离散图像，所以对连续退化模型的离散化即形成离散图像退化模型。这种模型通常用矩阵代数求解。根据降质系统的传递函数主要有：〔1〕空间相干成像系统由于衍射限制造成的图像退化模型。〔2〕照相与被摄景物之间的相对运动造成的图像退化模型。〔3〕大气流造成的图像退化模型。〔4〕由于成像系统的非线性、飞行器的姿态、高度和速度变化等引起的不稳定与不可预测的几何失真，造成的几何畸变模型。6.3 用维滤波的方法进行图像复原，不同的PSF对复原效果有什么影响？解：用维纳滤波的方法进行图像复原，不同的PSF参数值对复原效果影响较大。模糊函数可能是高斯函数或运动模糊函数等。教材中以运动模糊为例，对不同的PSF参数值产生的复原效果进行比拟复原结果见教材图6〔a实际应用过程中真实的PSF通常是未知的，需要根据一定的先验知识对它进行估计，再将估计值作为参数进行图像复原。图63分别显了使用较长”和较陡峭”的PSF后所产生的复原效果由此见PSF的重要性。6.4 用约束最小二乘方滤波复原时，不同的噪声强度、拉氏算子的搜索范围和约束算子对复原效果有何影响？解：DECONVREG函数提供了使用平滑约束最小二乘滤波算法对图像去卷积的功能。调用格式如下：[JLAGRA]=DECONVREG(I,PS,N,LRANGE,REGOP)。其中，I假设为真实场景图像在PSF的作用下并附加噪声的图像，NP为噪声强度，J为去模糊的复原图像。LRANG〔拉氏算子的搜索范围REGO〔约束算子为改善复原效果的可选参数LRANGE指定搜索最正确拉氏算子的范围缺省值为[-1]返回值LAGRA为在搜索范围的Larange乘子。如果LRANGE为标量，那么该算法假定LAGRA已经给定且等于LRANGE，因而NP值可以不予考虑REGOP的缺省值为平滑约束Lapacin算子教材例62明采用平滑约束的最小二乘复原的具体实现方法。不同的复原图像效果比拟见图6.5图6.6、图67通过这些图像可以分析各个参数对图像复原质量的影响实际应用中读者可以根据这些经验来选择最正确的参数进行图像复原。6.5 盲去积方法中，如何选择一个适宜的PSF值？解对具有加性噪声的模糊图像作盲图像复原的方法一般有两种直接测量法和间接估计法。MTAB提供了DECONVBLIND函数进行盲图像复原。该函数采用最大似然算法对模糊图像进行去卷积处理，返回去模糊的图像和相应的点扩散函数PSF。6.6 除了书所介绍的图像复原方法，还有哪些新兴的图像复原技术？答二维卡尔曼滤波图像复原在小波变换域内实现图像的超分辨率复原基于偏微分方程图像复原技术等。6.7 对于些常用的图像复原方法，如何用MTLAB去实现？解：参见教材附录B表B-5提的4个图复原函数。13第7章 图像分割7.1什么是阈值分割技术？该技术适用于什么场景下的图像分割？解：可用一个灰度级阈值T进行分割，分割出目标区域与背景区域，这种方法我们称为灰度阈值分割方法通常用于图像中目标和背景具有不同的灰度集合目标灰度集合与背景灰度集合。7.2 边缘测的理论依据是什么？有哪些方法？各有什么特点？解边缘检测这是基于幅度不连续性进行的分割方法通常采用差分梯度拉普拉斯算子及各种高通滤波处理方法对图像进行边缘检测。7.3 基于像边缘的算子分割技术的理论根据是什么？解通过差分梯度拉普拉斯算子及各种高通滤波处理方法对图像边缘进行增强然后再进行一次门限化的处理便可以将边缘增强的方法用于边缘检测最后根据边缘来进行图像分割。7.4 什么区域？什么是图像分割？解区域可以认为是图像中具有相互连通一致属性的像素集合图像分割就是指把图像分成互不重叠的区域并提取出感兴趣目标的技术。7.5 什是Houh变？试述采用Houh变检测直线的原理。解霍夫变换的根本思想是点－线的对偶性图像变换前在图像空间变换后在参数空间在图像空间中的直线上的每一个点都会映射到参数空间中的相同参数所以只要找到这个参数就可以找到图像空间中的直线。Houh变换就是根据这个原理检测直线的。7.6 对下面的像采用基于区域灰度差进行区域增长给出灰度差值①T②T＝2；③T3三情况下的分割图像。1047510477015552056522564解：112221122211222112221122211112341123311222112221122211111111111111111111111117.7 用Mtlb语言编对一幅灰度图像进行边缘检测二值化的程〔检测和二值化的方法可以根据实际图像进行选择。解：由读者思考。7.8 用4通或8连准那么，判断如下列图像中的目标。1 1 1000001 1 1011001 1 0011001 1 0001100 1 0000101 0 1000101 1 1001101 1 1解：四邻域：L4=0101010000000111033001100330011000330010000302020003022200330八邻域：L8=2121210000000000111022001100220011000220010000201010002011100220111000007.9 Huh变换检测直线时，为什么不采用y=x+b的表示式？解：使用等式y=x+q示一条直线带来的问题是，当直线接近垂直时，直线的斜率接近无限大。解决这一难点的一种方法是使用极坐标直线方程：ρ=xcosθ+ysinθ157.0 设计个利用Sobl算子Robers算子高算子与形态算子进行边界检测的程序，比拟各边界检测算子检测的视觉效果与运算量。解：由读者思考。第8章 彩色图像处理8.1 如何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。8.2 色调色饱和度和亮度的定义是什么？在表征图像一点颜色时，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，与人的视觉特性比拟接近。HSV颜色模型用Mnell三维空坐标系统表示。色调〔H〕表示颜色的种类，用角度来标定，用-10～10或0～3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%到完全饱和的10%。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%〔黑〕到10%〔。8.3 为什有时需要将一种颜色数据表示形式转换为另一种形式？如何由RGB数值计算HSV数值？答：实际应用中常用的颜色空间很多，有RGB、HSV、HSI、YUV、YIQ等。目前常用的颜色空间可分为两类一类是面向硬设备的比方说彩色显示器打印机等另一类面向以彩色处理为目的的应用，面向硬设备的最常用的颜色空间是RGB颜色空间，而面向颜色处理的最常用颜色空间是HSI颜色空间以及HSV颜色空间针对不同的应用目的采用不同的彩色空间可能更适宜，因此，有时需要将一种颜色数据表示形式转换为另一种形式。由RGB数计算HSV数值的方法，参见教材公式〔8.2~8.。8.4 当R=，G=0，B1时，在HSI空间求H和S值。解：根据公式〔8.8〕：H=2π−os(−1)=4.189(ad)，S=1，I=12 38.5 什么是彩色的减性模型和加性模型？哪一种模型更适合用于显示、图片和打印场合？答由三基色混配各种颜色通常有两种方法相加混色法和相减混色法相加混色和相减混色的主要区别表现在以下三个方面：〔1相加色是由发光体发出的光相加而产生的各种颜色而相减混色是先有白色光，然后从中减去某些成份〔吸收〕得到各种颜色。〔2〕相加混色的三基色是红、绿、蓝，而相减混色的三基色是黄、青、品红。也就是16说，相加混色的补色就是相减混色的基色。〔3〕相加色和相减混色有不同的规律。彩色电视机显示的颜色是通过相加混色产生的而彩色电影和幻灯片等与绘画原料打印机打印图片等是通过相减混色产生各种颜色的。8.6 哪个色空间最接近人的视觉系统的特点？答在许多实用系统中大量应用的是HSV模型这个模型是由色〔H饱和〔S，亮〔V三个分量组成的与人的视觉特性比拟接近该模型的重要性在于一方面消除了亮度成分V在图像中与颜色信息的联系，另一方面色调H和饱和度S分量与人的视觉感受密切相关。基于人的视觉系统的颜色感觉特性，这些特征使HSV模型成为一个研究图像处理的重要工具。8.7 为什在某些场合下要进行彩色量化？彩色图像的量化的依据是什么？答彩色空间的连续空间如果对连续空间进行适当的量化后再计算那么计算量要少得多。如在实际处理中，需要将HSV三个分量进行量化以减少特征值的数量。8.8 抖动术是如何利用只能显示较少颜色的设备重现含有丰富色彩图像的？答抖动法是一种利用仅能重现较少颜色种类的设备来显示含有丰富色彩图像的有效的方法产生抖动图像可以有多种方式但是根本原理都是一样的采用能直接显示其色彩的像素模式来替换那些其色彩不能直接显示的像素抖动技术利用了空间混色原理——人的肉眼能将两种不同颜色的相邻像素融合成第三种颜色。8.9 讨论彩色在云图绘制和显示等气象领域的应用。解卫星云图是地面接受到的来自气象卫星的云况图片按气象卫星取得云况的仪器不同可分为可见光卫星云图和红外卫星云图假设某地上空为一片晴空区卫星观测到的是从地面发向太空的红外辐射信息表现为黑灰色