数字图像处理技术

《数字图像处理技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字图像处理技术（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、博士研究生入学考试大纲考试科目名称：数字图像处理技术一、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 1）数字图像基本概念）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)2) 图像增强图像增强点运算（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

2、域平滑、频率域锐化） ，彩色增强（伪彩色增强、假彩色增强） 。3)3) 图像分割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)4) 二值图像处理与形状分析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

3、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 年博士招生（二） 一、基本概念（每题 2 分，共 20 分） 1、 图像数字化包括哪几个过程？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

4、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。 2、 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mazBminBmin1BBCmaz比度是指图像中最大亮度和最小亮度之差同之比，即。mazBminBminBminmin BBBCmaz r3、 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

5、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。 4、 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。 5、 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

6、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。 6、 什么是灰度直方图？并说明直方图的性质。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

7、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中物体的面积； （4）计算图像的信息熵 H。 7、 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。 8、 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

8、素的值由输入图像像素邻域（如),(jig),(jif、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),(4jifN),(8jifN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),(jig),(jif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。9、 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

9、：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； 10、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

10、）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（8,8） 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，

11、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）范围内的像素均卷积一遍后，令（x，y）=（2x1，2y1） ； （5）进入下一层（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（3） ，最终的（x1，y1）即为所求圆盘中心，误差大小为（1，1） 。二、图像增强（每题 2 分，共 20 分） 1、 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

12、合于人或机器进行分析和处理的形式。包含：2、 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。 3、 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。 4、

13、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。 5、 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

14、j 列像素灰度，其中cajifabcdjig),(),(),(jig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),(jif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） 。 6、 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。 7、 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

15、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。 8、 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。 9、 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

16、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： MkkjigMjigjif1),(1),(),(方差：),(1),(22jiMjing以上表明了多图平均法可以将图像的噪声减少到 1/M。 10、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 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。 三、图像分割（本题 20 分，每小题 4 分） 1、