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》作業(yè)1、給出如下的一幅4bit的圖像A。逐個統(tǒng)計各灰度級出現(xiàn)的頻數(shù)；計算該圖像的熵；畫出A的直方圖。①各個灰度級出現(xiàn)的頻數(shù)灰度級0123456789101112131415頻數(shù)14577343110254512②圖像的熵③A的直方圖見圖2-1.圖2-1A的直方圖2、對第一題中給出的圖像數(shù)據(jù)A，試求：沿x、y兩個方向的一階差分；圖像梯度（幅度值）。注：要求寫出計算公式和計算步驟，計算中可不考慮邊界像素。答：計算公式見課件“第二章光電圖像處理基礎(2013)”第51頁，程序見chapter2_2（計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方向梯度絕對值之和求幅值amp1=2861311631271013121712281956214352512371916121110219163910161233134135131311兩個方向梯度平方相加開根號求幅值amp2=第三章《數(shù)字圖像的基本運算》作業(yè)1、簡要敘述數(shù)字圖像處理中的加運算原理，并舉例說明這種運算在圖像處理應用中有何重要意義和作用。答：加運算原理：即對兩幅圖像對應像素相加。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：對同一場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，達到二次暴光（Double-exposure)的效果。2、下面是一幅8bit灰度圖像I，試計算該圖像的陰圖像。答：程序見chapter3_2.結果：I_oppsite=12914415261513728253331314215414715第四章《圖像增強》作業(yè)1、利用線性灰度變換，試寫出把灰度范圍[0，30]拉伸為[0，50]，把灰度范圍[30，60]移動到[50，80]，把灰度范圍[60，90]壓縮為[80，90]的變換方程。（見教材p105，習題5.2）答：2、給定以下圖像數(shù)據(jù)；試求出用均值濾波器對該圖進行平滑后的結果?？刹豢紤]邊界像素。試求出用如下均值加權濾波器M對該圖進行平滑后的結果?？刹豢紤]邊界像素。（見教材p106，習題5.5）答：見chapter4_2.第五章1.程序：見chapter5_1結果：2.程序：見chapter5_2結果：dct系數(shù)=dct系數(shù)不唯一有的同學得到的dct系數(shù)是這個也是對的，最開始有幾個同學的這道題批錯了，不過沒什么影響，不用擔心！第七章1.A:011E:1I:01010O:01011U:00（答案不唯一）平均碼長=2.2，熵=2.1435，編碼效率=熵/平均碼長=97.43%第八章1.程序：見chapter8_1結果：2.答案：一．名詞解釋（20=4*5）?1.數(shù)字圖像：一副圖像可以定義為一個二維函數(shù)f（x,y），其中x、y是空間坐標，而f在任意一對坐標（x、y）處的幅度稱為該點處的圖像的亮度和灰度，當x、y和f的幅值都是有限的離散值時，該圖像為數(shù)字圖像。?2.什么是信噪比？信號強度與同時發(fā)出的噪音強度之間的比率稱為信噪比。?3.直方圖：表示數(shù)字圖像處理中的每一灰度級與其出現(xiàn)的概率間的統(tǒng)計關系。橫坐標表示灰度級，縱坐標表示頻數(shù)?！督y(tǒng)計每一個像素灰度級的個數(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)計其所出現(xiàn)的頻率（直方圖上的一個點：圖像中存在的等于某個灰度值的像素點的個數(shù)的多少）*5.連通的定義：對于具有值V的像素p和q,如果q在集合N8(p)中,則稱這兩個像素是8-連通的。6.中值濾波：中值濾波是指將當前像元的窗口（或領域）中所有像元灰度由小到大進行排序，中間值作為當前像元的輸出值。7.像素的鄰域：鄰域是指一個像元（x，y）的鄰近（周圍）形成的像元集合。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.無失真編碼:無失真編碼是指壓縮圖象經(jīng)解壓可以恢復原圖象，沒有任何信息損失的編碼技術。9.直方圖均衡化：直方圖均衡化就是通過變換函數(shù)將原圖像的直方圖修正為平坦的直方圖，以此來修正原圖像之灰度值。10.采樣：對圖像f(x,y)的空間位置坐標（x,y）的離散化以獲取離散點的函數(shù)值的過程稱為圖像的采樣。11.量化：把采樣點上對應的亮度連續(xù)變化區(qū)間轉換為單個特定數(shù)碼的過程，稱之為量化，即采樣點亮度的離散化。12.灰度圖像：指每個像素的信息由一個量化的灰度級來描述的圖像，它只有亮度信息，沒有顏色信息。13.色度:通常把色調和飽和度通稱為色度，它表示顏色的類別與深淺程度。14.圖像銳化：是增強圖象的邊緣或輪廓?！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）輔以門限判斷；（3）給邊緣規(guī)定一個特定的灰度級；（4）給背景規(guī)定灰度級；（5）根據(jù)梯度二值化圖像。2.偽彩色增強和真彩色增強有何異同點。答：偽彩色增強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。它實質上只是一個圖像的著色過程，是一種灰度到彩色的映射技術。而真彩色增強則是對原始圖像本身所具有的顏色進行調節(jié)，是一個彩色到彩色的映射過程。*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)是高度相關的，或者說存在冗余信息，去掉這些冗余信息后可以有效壓縮圖像，同時又不會損害圖像的有效信息。冗余：空間冗余、時間冗余、視覺冗余、信息熵冗余、結構冗余和知識冗余。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)計理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號處理技術，基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點的值用該點的一個鄰域中各點值的中值代替，讓周圍的像素值接近的真實值，從而消除孤立的噪聲點。特點：是一種非線性的圖像平滑法，它對脈沖干擾級椒鹽噪聲的抑制效果好，在抑制隨機噪聲的同時能有效保護邊緣少受模糊。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，即各灰度級具有相同的出現(xiàn)頻數(shù)，那么由于灰度級具有均勻的概率分布，圖象看起來就更清晰了。*6、圖像增強的目的是什么？答：圖像增強目的是要改善圖像的視覺效果，針對給定圖像的應用場合，有目的地強調圖像的整體或局部特性，將原來不清晰的圖像變得清晰或強調某些感興趣的特征，擴大圖像中不同物體特征之間的差別，抑制不感興趣的特征，使之改善圖像質量、豐富信息量，加強圖像判讀和識別效果，滿足某些特殊分析的需要。?7、圖像壓縮質量的評價方法？答：分為主觀評價和客觀評價。主觀評價需要人的參與，能直接反映人眼的感受?？陀^評價方法用恢復圖像偏離原始圖像的誤差來衡量恢復圖像的質量。常用的客觀評價指標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邊緣，導致高頻分量增強，會使圖像清晰；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，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，從而達到增強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，達到了增強低頻分量、平滑圖像細節(jié)的效果；銳化減弱或消除傅葉空間的低頻分量，達到了增強高頻分量、銳化圖像細節(jié)的效果。聯(lián)系：兩者效果相反，互為補充，從原始圖像中減去平滑濾波器的結果得到銳化濾波器的效果，反之亦然。10、圖像增強時，平滑和銳化有哪些實現(xiàn)方法？答：平滑的實現(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。銳化的實現(xiàn)方法：微分法，高通濾波法。*11.圖像空域增強與頻域增強的基本原理答：頻域增強是指在圖像的頻率域內(nèi)，對圖像的變換系數(shù)（頻率成分）直接進行運算，然后通過傅里葉逆變換以獲得圖像的增強效果?？沼蛟鰪娛窃趫D像上直接進行數(shù)據(jù)運算，基本上是以灰度映射變換的。*12.頻域增強與空域增強有何不同答：空域增強是在圖像上直接進行數(shù)據(jù)運算，常見的處理方法有：線性拉伸、直方圖均衡化等。頻域增強主要有基于傅里葉變換的算法、基于小波變換的算法等。二者在圖像增強時都已產(chǎn)生“振鈴”現(xiàn)象。*13.高通濾波與低通濾波有何特點？答：低通濾波器容許低頻信號通過，但減少頻率高于截止頻率的信號的通過。對于不同濾波器而言，每個頻率的信號的減弱程度不同。高通濾波器是去掉信號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出現(xiàn)，無論哪一種，都是為了把一定的聲音頻率送到應該去的單元。*14.什么叫同態(tài)濾波？有何特點？答：同態(tài)濾波是一種在頻域中對圖像同時進行圖像對比度增強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于亮度響應的非線性特性，避免了直接對圖像進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圖像進行分塊？簡述DCT編碼的原理及基本過程？答：為了提高壓縮效率，考慮到局部子塊中圖像的相關性強的事實，一般會將圖像分成8*8的子塊，對每個子塊獨立的進行DCT變換。16.圖像增強與圖像復原的聯(lián)系與區(qū)別？答：（1）二者的目的都是為了改善圖像的質量。（2）圖像增強不考慮圖像是如何退化的，而是試圖采用各種技術來增強圖像的視覺效果。因此，圖像增強可以不顧增強后的圖像是否失真，只要看得舒服就行。（3）而圖像復原就完全不同，需知道圖像退化的機制和過程等先驗知識，據(jù)此找出一種相應的逆處理方法，從而得到復原的圖像。（4）如果圖像已退化，應先作復原處理，再作增強處理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的；2、色調與飽和度的概念與人的感知聯(lián)系緊密。18.圖像復原和圖像增強的主要區(qū)別是：答：圖像增強主要是一個主觀過程，而圖像復原主要是一個客觀過程；圖像增強不考慮圖像是如何退化的,而圖像復原需知道圖像退化的機制和過程等先驗知識19.簡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，對在圖像中像素個數(shù)多的灰度級進行展寬，而對像素個數(shù)少的灰度級進行縮減。從而達到清晰圖像的目的。因為灰度分布可在直方圖中描述，所以該圖像增強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，即各灰度級具有相同的出現(xiàn)頻數(shù)，那么由于灰度級具有均勻的概率分布，圖象看起來就更清晰了。直方圖均衡化實質上是減少圖象的灰度級以換取對比度的加大。在均衡過程中，原來的直方圖上頻數(shù)較小的灰度級被歸入很少幾個或一個灰度級內(nèi)，故得不到增強。若這些灰度級所構成的圖象細節(jié)比較重要，則需采用局部區(qū)域直方圖均衡。對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）簡并現(xiàn)象的存在使處理的灰度級總是要減少的，這是像素灰度有限的必然結果。均衡化只是近似的，其結果只能是產(chǎn)生近似均勻的直方圖。對一副圖像進行直方圖均衡化處理，然后在進行一次直方圖均衡化處理，結果不會發(fā)生變化。理由是：（1）對于不同的圖像，只要具有相同的灰度分布情況，其對應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應的一個灰度直方圖。對一副灰度級為2的n次方且已經(jīng)直方圖均衡化的圖像能否用變長編碼方法進行壓縮？效果如何？答：能。因為直方圖均衡化并不能消除圖像中的冗余信息和不相干信息。如果均衡化過程中沒有發(fā)生灰度合并，則壓縮效率與均衡化無關;如果發(fā)生了灰度合并，則壓縮效率會有所提高。簡述梯度法與Laplacian算子檢測邊緣的異同點？答：梯度算子和Laplacian檢測邊緣對應的模板分別為（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數(shù)特性，認為極大值點對應于邊緣點；而Laplacian算子檢測邊緣是利用階躍邊緣灰度變化的二階導數(shù)特性，認為邊緣點是零交叉點。（2分）相同點都能用于檢測邊緣，且都對噪聲敏感。21.對于椒鹽噪聲，為什么中值濾波效果比均值濾波效果好？答：椒鹽噪聲是復制近似相等但隨機分布在不同的位置上，圖像中又干凈點也有污染點。中值濾波是選擇適當?shù)狞c來代替污染點的值，所以處理效果好。因為噪聲的均值不為0，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。圖像分割時把圖像分成互不重疊的區(qū)域并提取出感興趣目標的技術。23.什么是圖像運算？具體包括哪些？答：圖像的運算是指以像素點的幅度值為運算單元的圖像運算。這種運算包括點運算、代數(shù)運算和幾何運算。*24.圖像退化（為什么要恢復）答：（1）圖像的退化是指圖像在形成、傳輸和記錄過程中，由于成像系統(tǒng)、傳輸介質和設備的不完善，使圖像的質量變壞。（2）圖像復原就是要盡可能恢復退化圖像的本來面目，它是沿圖像退化的逆過程進行處理。（3）圖像退化的數(shù)學模型為：g(x,y)=f(x,y)*h(x,y)+n(x,y)

典型的圖像復原定義：是根據(jù)圖像退化的先驗知識建立一個退化模型，以此模型為基礎，采用各種逆退化處理方法進行恢復，得到質量改善的圖像。**圖像復原過程如下：找退化原因→建立退化模型→反向推演→恢復圖像?25、簡述預測編碼中無損編碼和有損編碼兩者的異同？答：同：通過僅提取每個象素中的新增信息并對它們編碼，來消除象素間的冗余。異：無損壓縮編碼包括預測和編碼兩個過程，有損壓縮編碼是在此基礎上多了一個量化器，并由其決定壓縮比和失真量。無損編碼是可逆的，即從壓縮后的數(shù)據(jù)可以完全恢復原來的圖像，信息沒有丟失。有損編碼是不可逆的，即從壓縮后的數(shù)據(jù)無法完全恢復原來的圖像，信息有一定損失。26、理想低通濾波器缺點？答：會產(chǎn)生比較嚴重的模糊和振鈴現(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：時域圖，頻域圖，旁瓣圍繞橫坐標震動，所以。