数字图像处理 考试复习

数字图像处理与通信复习题

这次考试包含中英文题目，还有实验题。注意：实验题如果没做好，实验报告的成绩就会不及格！

实验用到的MA TLAB语句的含义。

MATLAB中的命令：图像读取命令：imread、图像显示命令：imshow

图像运算：点运算：对图像的每个像素点的灰度值按一定的映射关系进行运算，得到一幅新图像的过程。模板运算：

图像增强、复原的异同：都是为了改善图像视觉效果，以及便于后续处理。只是图像增强方法更偏向主观判断，而图像复原则是根据图像畸变或退化原因，进行模块化处理。

直方图原理，作用：灰度级直方图是图像的一种统计表达，它反映了该图中不同灰度级出现的统计概率。由于图像的视觉效果与直方图有对应关系，即直方图的形状和改变对视觉的感知影响很大，因此采用直方图变换的方法可以增强图像。直方图均衡化：使得图像的灰度分布趋向均匀，图像所占有的像素灰度间距拉开，加大了图像反差，改善视觉效果，达到增强的目的。

图像变换方法特点：离散傅里叶变换：1.可分离性2.平移性质3.旋转不变性。 离散余弦变换：能量主要集中在频率平面的左上角。沃尔什-哈达玛变换：变换矩阵只由＋1和－1组成，与数值逻辑的两个状态相对应，故更适用于计算机实现，同时占用空间少，且计算简单。

DCT的特点和意义；能量主要集中在频率平面的左上角。DCT用于图像数据压缩。

分割的含义：图像分割是将数字图像划分成互不相交（不重叠）区域的过程，区域是像素的连通集，是所有像素都有相邻或相接触像素的集合。

图像压缩方法的分类：从信息论角度分，无失真压缩编码和有限失真编码。按照压缩原理分，预测编码、变换编码、标量量化编码和矢量量化编码、信息熵编码、子带编码、结构编码和模型编码。JPEG实现框图，为什么要把RGB转化为YUV；直流交流量化不同，无损压缩的实现。

图像按其亮度等级的不同，可以分成二值图像和灰度图像两种。按其内容的变化性质不同，有静态图像和活动图像之分。

图像质量的含义包括两方面，一个是图像的逼真度，另一个是图像的可懂度。图像质量的评价方法主要有主观评价方法和客观评价方法。

面向硬件设备最常用的颜色空间是RGB三基色模型，而在彩色电视系统中采用的是YUV颜色空间，它包含亮度信号和色度信号。另一类是面向以彩色处理为目的的应用，常用的有HSI，构成该彩色空间的三个分量分别是色调、饱和度和强度。

数据压缩的目的是节省存储空间、传输时间、信号带宽或发送能量等。根据压缩前后能否完全恢复被压缩信源信息，数据压缩分为无损压缩和有损压缩。著名的静态图像压缩标准有JPEG等。

著名的动态图像压缩标准有MPEG等。

从信息交流的角度来看图像通信的应用大致上可以分为两类：交互式应用和广播式应用。

从网络结构的角度来看，图像通信方式可以分为两类：点对点的通信方式和多点之间的通信方式。基于IP网络的H.323是典型的视频会议标准，其视频编码标准为H.261/H.263。

基于PSTN的H.324是典型的可视电话标准，传输码率低于64kbit/s 。

采用数字图像处理有何优点？优点：具有数字信号处理技术共有的优点：处理精度高、重现性好、灵活性好。

连续图像如何转换为数字图像？把连续图像函数f(x,y)进行空间和幅值的离散化处理，即取样和量化，然后编码。

数字图像处理主要包括哪些研究内容？图像分析与理解，包括图像获取及数字化、图像增强、图像复原、图像重建、图像变换、图像编码与压缩、图像分割等。

说明数字图像处理系统的组成。硬件和软件，包括图像输入设备、图像输出设备、图像存储和控制设备、用户存取及通信设备、主图像处理设备等。

图像处理中正交变换的目的是什么？变换的目的在于：使图像处理问题简化；有利于图像特征的提取；有助于从概念上加强对图像信息的理解。

二维傅里叶变换的可分离性有什么实际意义？二维傅里叶变换的可分离性使其运算可分解为一维的傅里叶变换运算，简化，可以用现成的FFT算法，易实现。

图像增强的目的是什么？它包含哪些内容？目的：（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）将图像转化成一种更适合于人或机器进行分析处理的形式。内容有：空间域法和频率域法。前者直接对原图运算，又分为点运算和区域运算。后者在频率域处理，增强感兴趣的频率分量，然后反变换。

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？因为同一个灰度值的各个像素没有理由变换到不同灰度级，所以数字图像直方图均衡化的结果一般不能得到完全均匀分布的直方图，只是近似均衡的直方图。

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？若图像中目标和背景具有不同的灰度集合，且两个灰度集合可用一个灰度阈值进行分割，这样就可以用阈值分割灰度级的方法在图像中分割出目标区域和背景区域，即是阈值分割法。

边缘检测的理论依据是什么？有哪些方法？基于灰度不连续性进行分割，可用差分、梯度、拉普拉斯及各种高通滤波器处理方法对图像边缘增强，再进行一次门限化处理，根据边缘进行图像分割。梯度算子、拉普拉斯算子、方向算子、Canny算子等。

熟悉题目：

给出一幅灰度图像，试画出其灰度直方图。

给出一幅图像各象素灰度值分布，对该图进行中值滤波处理、掩膜模板运算。（常用的模板）

熟悉哈夫曼编码、香农编码，并计算编码效率、压缩比、冗余度。

波特率(baud rate)是一种常用的离散数据传输量度。当采用二进制时，它等于每秒所传输的比特数。现设每次先传输1个起始比特，再传输8个比特的信息，最后传输1个比特的终止比特，试计算: 以9600波特传输1幅256×256、256灰度级的图像所需的时间?

Image Compression:

Lossless Image Compression

Variable length coding(Eliminate coding redundancies)

Huffman coding

Arithmetic coding

LZW coding (Reduce interpixel redundancies)

Lossy Image Compression

What advantage does arithmetic coding offer over Huffman coding for data compression?

Huffman coding assumes an integer number (k) of bits for each symbol hence k is never less than 1 Arithmetic coding can represent fractional number of bits and can achieve better compression ratios.

1. (i) Explain why the Fourier transform phase of an image alone often captures most of the

intelligibility of the image.

(ii) Explain why it is common to work with the transform of an image instead of the image itself.

(iii) In a specific experiment it is observed that the amplitude of the Fourier transform of an image exhibits high values only very close to the origin and takes very small values

within the rest of the two-dimensional frequency plane. State the implications of this

observation as far as the original image is concerned.

2. Describe the technique of histogram specification.

3. The objective of an edge detection algorithm is to locate the regions where the intensity is

changing rapidly.

(i) Searching for regions of rapidly changing intensity corresponds to searching for regions where

the local first derivative of the image intensity is large. Illustrate this statement using an appropriate figure.

(ii) Another possible way to search for regions of rapidly changing intensity corresponds to searching for regions where the local second derivative of the image intensity has a zero crossing.

Illustrate this statement using an appropriate figure.

3⨯Prewitt and Sobel spatial masks that approximate local first derivative (iii) Give examples of 3

operators and compare the results arising from their use. Give a mathematical justification of your answer.

(iv) Propose a technique that takes any gray level image and produces a binary image in a way such that the white pixels correspond to edge regions and the black pixels correspond to constant background regions.

3⨯Laplace spatial mask. Show that this mask approximates local (v) Give an example of a 3

second derivative operator.

(vi) State the main disadvantage of the Laplacian mask when it is used to detect edges. Justify your answer.