数字图像备考.doc

习题11、数字图像：为了便于计算机对图像进行处理，通过将二维连续（模拟）图像在空间上离散化，也即采样，并同时将二维图像的幅值等间隔地划分成多个等级（层次），也即均衡量化，以此来用二维数字整列表示其中各个像素的空间位置和每个像素的灰度级数（灰度值）的图像形式称为数字图像2、数字图像处理：是指利用计算机技术或其他数字技术，对图像信息进行某些数字运算及各种加工处理，以改善图像的视觉效果和提高图像实用性的技术3、数字图像处理技术研究的基本内容包括哪些？ 答：包括图像变换、图像增强、图像恢复、图像压缩编码、图像特征提取、形态学图像处理方法等彩色图像、多光谱图像和高光谱图像的处理技术沿用了前述的基本图像处理技术，也发展了一些特有图像处理技术和方法等2.15 一幅200X300的二值图像，16灰度级图像和256灰度级图像分别需要多少存储空间？ 答：二值图像：200X300X1/8=7500B 16灰度级图像：200X300X4/8=30000B 256灰度级图像：200X300X8/8=60000B由于存储一副M*N的灰度级为l的数字图像所需的位数为：M*N*k，其中l=2k。

二值图像、16级灰度级图像和256灰度级图像的k值分别为1、4、8，也即存储一个像素需要的位数分别为1位、4位、8位所以，一副200*300的二值图像所需的存储空间为200*300*1/8=7.5KB；衣服200*300的16灰度级图像所需的存储空间为200*300*4/8=30KB；一副200*300的256灰度级图像所需的存储空间为200*300*8/8=60KB4位（黑白图像记录的是灰度,即0-255个灰度,而255在计算机上用二进制即2的8次方,即计算机需要8位来记录0到255之间的整数,8位等于1字节）数字图像在计算机上以位图(bitmap)的形式存在,位图是一个矩形点阵，其中每一点称为像素(pixel)，像素是数字图像中的基本单位一幅m×n大小的图像，是由m×n个明暗度不等的像素组成的数字图像中各个像素所具有的明暗程度由灰度值(gray level)所标识一般将白色的灰度值定义为255，黑色灰度值定义为0，而由黑到白之间的明暗度均匀地划分为256个等级对于黑白图像，每个像素用一个字节数据来表示，而在彩色图像中，每个像素需用三个字节数据来表述彩色图像可以分解成红(R)、绿(G)、蓝(B)三个单色图像，任何一种颜色都可以由这三种颜色混合构成。

在图像处理中，彩色图像的处理通常是通过对其三个单色图像分别处理而得到的习题24、 图像采样：对图像的连续空间坐标X和Y的离散化称为图像的采样5、 图像灰度级的量化：对图像函数的幅值的离散化称为图像灰度级的量化 图像的量化量化是把像素的灰度（浓淡）变换成离散的整数值的操作最简单的量化是用黑（0）白（255）两个数值（即2级）来表示，成为二值图像量化越细致，灰度级数（浓淡层次）表现越丰富计算机中一般用8bit(256级)来量化，这意味着像素的灰度（浓淡）是0—255之间的数值6、 欧式距离：坐标分别位于和处的像素和像素之间的欧式距离定义为：7、 街区距离：坐标分别位于和处的像素和像素之间的街区距离定义为：8、 棋盘距离：坐标分别位于和处的像素和像素之间的街区距离定义为：9、 调色板：是指在16色或256色显示系统中，将图像中出现最频繁的16种或256种颜色组成一个颜色表，并将他们分别编号为0~15或0~255，这样就使每一个4位或8位的颜色 编号与颜色表中的24位颜色值（对应一种颜色的R、G、B值）相对应这种4位或8位的颜色编号称为颜色的索引号，由颜色索引号及其对应的24位颜色组成的表称为颜色查找表，也即调色板。

习题410、 空间域图像增强：是指在图像平面中对图像的像素灰度值直接进行处理的图像增强方法11、 图像锐化：是一种突出和加强图像中景物的边缘和轮廓的技术12、 邻域平均：一种基本的空间域噪声消除方法，其基本思想是，当图像中某像素的灰度值，与其8邻域像素的灰度值之和的平均值之差的绝对值大于某个门限值时，就认为该像素属于图像中的噪声，就用其8邻域像素的灰度值之和的平均值代替该像素13、 中值滤波：是指选用线形、十字形、方形、菱形或圆形等为窗口，采用类似于模板（窗口）运算的方法控制窗口在待滤波图像上移动，对待滤波图像中位于窗口内的所有像素的灰度进行排序，让滤波结果图像中的那个与窗口中心点处的像素位置的像素去排序结果的中间值，14、 直方图均衡的基本思想是什么？直方图均衡图像增强处理的主要步骤是什么？答：直方图均衡的基本思想就是把一幅具有任意灰度概率分布的图像，变换成一幅接近均匀概率分布的新图像步骤：1）计算原图像的归一化灰度级别及其分布概率； 2）根据直方图均衡化公式求变换函数的各灰度等级值； 3）将所得变换函数的各灰度等级值转化成标准的灰度级别值，从而得到均衡化后的新图像的灰度级别值； 4）根据其相关关系求新图像的各灰度级别值得像素数目； 5）求新图像中各灰度级别的分布概率； 6）画出经均衡化后的新图像的直方图；15、 直方图规定化的基本思想是什么？直方图规定化图像增强处理的主要步骤是什么?答：直方图规定化的基本思想就是根据某种应用需要，把一幅就有任意灰度概率分布的图像变换成一幅具有某种特定形状直方图的新图形。

步骤：1）对原图像的直方图进行均衡化； 2）规定期望的直方图，并求规定直方图的均衡化变换函数； 3）将原直方图对应地映射到规定的直方图； 4）确定新图像中各灰度级别的像素数目，并计算其概率分布密度而得到最后的直方图；16、 图像平滑（低通滤波）的主要用途是什么？该操作对图像质量会带来什么负面影响？答：图像平滑的主要用途是消除图像噪声该操作对图像质量带来的负面影响是：由于平滑算子实质上是一种低通滤波器，且图像中的边缘反映的是图像中的细节和高频信息，所以再利用邻域平均法进行图像平滑或利用低通滤波进行图像消噪的同时，会使图像的边缘变得模糊并且，进行图像平滑的模板的大小与图像平滑的效果密切相关，模板尺寸越大，平滑后的图像就越模糊17、图像锐化（高通滤波）的主要用途是什么？该操作对图像质量会带来什么负面影响？答：图像锐化主要用于突出和加强图像中景物的边缘和轮廓 该操作对图像质量带来的负面影响是：由于锐化算子实质是一种高通滤波器，通过图像锐化在增强图像边界和细节的同时，也是噪声得到了加强另外，各向异性算子由于算子中间一行\一列两边元素的相反值特征，会是锐化后的图像的边缘比较粗。

因此，进行图像锐化处理的图像应有较高的信噪比，否则经锐化后的图像的质量会进一步降低18、 中值滤波的主要用途是什么？与低通滤波相比，它有哪些优越性？答：用途：消除图像中的噪声，并且对于消除图像中的随机噪声和脉冲噪声非常有效 与低通滤波相比，中值滤波运算简单，在滤除噪声的同时能很好地保护图像和脉冲和锐角等细节信息4.4已知有一幅大小64X64的图像，灰度级是8图像中各灰度级的像素数目和概率分布如下表所示试用直方图均衡方法对该图像进行增强处理，并画出处理前后的直方图解：（1）根据直方图均衡化公式球变换函数的各个灰度等级值S0=T（r0）=∑0j=0nj/n=pr（r0）=0.354S1=T（r1）=∑1j=0nj/n=pr（r0）+pr（r1）=0.354+0.251S2=T（r2）=∑2j=0nj/n= 0.354+0.251+0.129=0.734同理有S3=0.824 S4=0.892 S5=0.960 S6=0.997 S7=1.00（2）将所得的变换函数的灰度等级值转化为标准的灰度级别值根据8个灰度级别的十进制数值：0 0.143 0.286 0.792 0.571 0.721 0.857 1分析可得S0=2/7 S1=4/7 S2=5/7 S3=S4=6/7 S5= S6= S7=1（3）求新图像的各灰度级别的像素个数kSkmkPs（sk）=mk/n000011/70022/714500.35433/70044/710300.25155/75300.12966/7650159714360.106（1） 画出原图像和均衡化后新图像的直方图原图像和均衡化后新图像的直方图如图示习题519、 图像恢复：图像恢复就是使退化了的图像去除退化因素，并以最大的保真度恢复成原来的图像的一种技术。

20、 高斯噪声：是一种源于电子电路噪声和由低照明度或高温带来的传感器噪声高斯噪声也称为正态噪声，其概率密度函数为21、 椒盐噪声：椒盐噪声类似于随机分布在图像上的亮点和暗点，通常被数字化为最大灰度值的纯白或最小灰度值的纯黑将黑点形象为胡椒点，将白点形象为盐点，因而名为椒盐噪声把白点看做正脉冲，黑点看做负脉冲，所以椒盐噪声也称为脉冲噪声，有时也将其称为散粒噪声或尖峰噪声习题6l 数据冗余：l 设：n1和n2是指原始图像和编码后图像每个像素的平均比特数l 压缩率（压缩比）——用于描述图像压缩效果l CR = n1 / n2 l 其中，n1是压缩前的数据量，n2是压缩后的数据量l 相对数据冗余： l RD = 1 – 1/CR=(n1-n2)/n2l 分为几种冗余：l 编码冗余l 像素冗余l 视觉冗余人眼不能感知或不敏感的那部分图像信息，人类视觉系统对图像的敏感度是非均匀的但是，在记录原始的图像数据时，通常假定视觉系统是近似线性的和均匀的，对视觉敏感和不敏感的部分同等对待，从而产生视觉冗余l 保真度标准——评价压缩算法的标准l 客观保真度标准：图像压缩过程对图像信息的损失能够表示为原始图像与压缩并解压缩后图像的函数。

l 一般表示为输出和输入之差： l 两个图像之间的总误差：l 均方根误差：l 均方信噪比；图像编码基本知识信息熵冗余： 编码冗余，如果图像中平均每个像素使用的比特数大于该图像的信息熵，则图像中存在冗余结构冗余： 图像中存在很强的纹理结构或自相似性知识冗余： 有些图像中还包含与某些先验知识有关的信息图像编码的目的就是尽量减小各种冗余信息，特别是 空间冗余、视觉冗余，以少的比特数来表示图像数据是用来记录和传送信息的，或者说数据是信息的载体真正有用的不是数据本身，而是数据所携带的信息.信息量与数据量的关系：I = D – du I— 信息量D— 数据量 du—冗余量信息量即表示该符号所需的位数考虑用 0 和 1 组成的二进制数码为含有 n个符号的某条消息编码，假设符号 Fn 在整条消息中重复出现的概率为 Pn，则该符号的信息量En = - log2( Pn )Entropy(熵)的概念如果将信源所有可能事件的信息量进行平均，就得到了信息熵(entropy)信息熵就是平均信息量 平均码长与熵如果对字符aj的编码长度为Lj，则信号L的平均码长为：m: 信号中所出现不同字符的个数无失真编码定理平均码长>>H(X): 有冗余,不是最佳;平均码长

总 结数据压缩的理论极限是信息熵Ø 只要信源不是等概率分布，就存在着数。