2009研 南理工 数字图像处理试卷_评分标准.doc

南京理工大学课程考试试卷 (学生考试用)课程名称： 数字图像处理 学分： 2.0 大纲编号 06023201 试卷编号： 考试方式： 闭卷 满分分值： 100 考试时间： 120 分钟一、(24, 每题4分)给出下列名词的英语和名词解释1. 边缘检测的英文、定义、边缘模型及常用算子。Edge Extraction/Edge Detection 1分边缘点是指其周围象素的灰度有阶跃变化(step edge)或屋顶状变化(roof edge)的象素、常存在于目标与背景之间、目标与目标之间、目标与其影子之间。 1分边缘的模型有阶跃变化(step edge)或屋顶状变化(roof edge)两种。 1分常用的边缘检测算子包括梯度算子 (Gradient) 、罗伯特算子(Roberts) 、索伯算子(Sobel) 、方向模板(Prewitt) 、拉普拉斯(Laplacian)算子等。 1分2. 图像增强的英文、定义与常用方法。Image Enhancement 1分图像增强是增强视觉效果，其手段是突出有价值的信息、抑制无用信息。 1分常用方法包括线形拉伸、分段线形拉伸和直方图均衡化。 2分3 图像平滑、图像分割的英文及定义。图像平滑（Image smoothing）是指相邻像素灰度值的变化； 2分图像分割（Image segmentation）按一定的规则将图像划分成若干有意义的部分，它们的交集为0，并集是整个图像。 2分4 边缘锐化的英文及其与边缘检测和均值滤波的关系。边缘锐化(Edge Sharpen) 1分是指使得目标和背景交界处的像素白的变得更白、黑的变得更黑。通常是像素的原始灰度加上一个N倍梯度构成，此处梯度定义为原始值减去邻域的均值。 3分5 DPI、CCD、LPI、Binary Image、Frame, field, Palette的中文及含义。DPI：Dot per inch 每英寸像素点数，分辨率指标之一；CCD：charge coupled device 电荷藕合成像器件；LPI：Line per inch 每英寸线数，分辨率指标之一；Binary Image：二值图像。Frame和Field：即帧与场，在隔行扫描视频制式中，一帧包括两场(奇场与偶场)。Paletter：调色板，即颜色值的索引号。 4分6 图像分析、图像处理、图形学的英文及其区别图像分析（Image Analysis）：输入是图像，输出是可描述性数据； 2分图像处理（Image Processing）：输入是图像，输出也是图像； 1分图形学(Computer Graphs)：输入是可描述性数据，输出是图像。 1分二、 (10分，每题2分)图像处理系统的硬件设计。有一辆车在高速公路上以108km/h高速行驶，车后架有1个摄像机，摄像机距离路面的距离为2m。项目要求摄像机所拍摄的图像必须覆盖1个车道，约4m宽，且能够辨认宽度2mm左右的路面裂缝。请问：(1) 摄像机CCD靶面的宽高比为4:3时，需要的象素数至少应该是多少?视野：4m=4000mm分辨率：2mm/像素4000/2个像素 4：3 至少为: (4000/2)*3/4 个像素 3M像素摄像机的象素数至少应该是(4000/2)* (4000/2)*3/4 =300万像素 2分(2) 摄像机镜头的视角应该是多少?2.8mm焦距的镜头的视角约89度，25mm焦距的镜头约44度，应该选用那种焦距的镜头?摄像机架设高度2m, 观察4mm宽的视野，所以应该选4mm的镜头。 2分(3) 应该每秒钟拍摄几幅图像，才能保证所拍摄的图像序列能够覆盖车子所行驶过的路面?车速：108km/h =30 m/s 路宽4m，摄像机4：3，所以在车子行驶方向上，每幅图像的代表3m,所以应该每秒的拍摄帧数大于 30/3 = 10 帧/s 2分(4) 摄像机的曝光时间应该是多少，才能保证所拍摄的图像不产生运动模糊?所谓的运动模糊是指成像期间被摄目标移动了一个像素的距离。要使不模糊则应该成像的足够快，使得被摄目标的移动距离小于一个像素。设曝光时间为t,则有,即 2分(5) 通过上述(1)到(4)，简单说明如何设计图像采集系统应该注意的几个问题。应该注意：分辨率、视角计算、帧率、曝光时间。 2分 注：该题为综合题，考核图像系统的硬件设备与设计、摄像机选择、镜头、帧率、运动模糊等知识点。三、 (6)有一幅电视图像如下所示，由于干扰，在接收时图中有若干个亮点(灰度为FF)，试设计两种滤波方法对将该图像滤波， 写出各自滤波后的图像(2分)，并说明选择这两种滤波器的原因(2分)和它们各自的优缺点(2分)。1118742FFFFFF33334433333FF4633FF5FF8234678：1*3的中值滤波。原因：水平线状干扰。特点：速度慢，但边缘清晰。3*3的均值滤波。效果不好，速度快，图像模糊。极值滤波:极小值滤波。因为干扰是领域的极大值，速度中等，但图像变暗。K个邻点平均法。速度慢，若选择邻域适当，能避免模糊。 只要任意两种方法与计算结果正确，给一半分数，若理由合理，给满分 注：该题为基础题，考核图像平滑中的均值滤波、中值滤波、极值滤波、超限均值、K个邻点平均法等知识点。四、 (10分)若使用下列模板分别对一幅灰度图像进行卷积，会达到到什么样的效果？ 注意：(7)和(8)带有绝对值。下面的点运算函数有什么样的效果：（1） 高斯均值加权的均值滤波；（2） 拉氏边缘检测；（3） 边缘锐化；（4） 边缘瑞化；（5） 无意义；（6） 无意义；（7） 垂直边缘检测；（8） 距离加权的垂直边缘检测；（9） 黑白反转（10） 分段线性拉伸，0.60得到增强，61-255受到抑制 每个1分五、(10)图像的编程训练：(1) (4分)由于数字图像处理是大规模的矩阵运算，计算机编程效率的高低决定着一个系统能否进入实际应用。设一种图像是宽width高为height的256级灰度图像，现需要求该图像的亮度和对比度，请用语言给出你认为最快的实现算法，并说明理由。(提示:先求直方图)void GetBrightAndContrast(BYTE *pGryImg,int width,int height,double *bright, double *contrast)答案：for(i=0;i256;i+) histi=0;for(pCur=pImg;pCurpEnd; ) hist*(pCur+)+;for(sum=0,i=0;i256;i+) sum+=histi*i;*bright=1.0*sum/(width*height);for(sum=0,i=0;i256;i+) sum+=histi*(i-*bright)*(i-*bright);*contrast=sqrt(sum/(width*height);return;(2) (4分)完成下面的灰度图像的直方图均衡化函数。 void HistogramEqualize(BYTE *pGryImg,int width,int height) return; 答案：BYTE *pCur,*pEnd=pImg+width*height;unsigned int hist256;int LUT256,i,sum; memset(hist,0,sizeof(int)*256);for(pCur=pImg;pCurpEnd;) hist*(pCur+)+;for(sum=hist0,LUT0=0,i=1;i256;i+) sum = sum+histi;LUTi=255*sum/(width*height);for(pCur=pImg;pCurpEnd;) *(pCur+)=LUT*pCur;return;或者for(sum=0, i=0;i256;i+) sum = sum+histi;LUTi=255*sum/(width*height);(3) (2分)阅读和分析下面的直线Hough变换中的部分程序,分析其优点和缺点.int cosV, sinV;for(theta = theta1; thetatheta2; theta+=step_theta) cosV = cos(theta)*4096; sinV = sin(theta)*4096; for(i=0; i8; . 答案：用整数运算代替浮点运算，将sin，cos放大4096倍，保持计算精度；thro的求法本应缩小4096倍，此时用位移代替除法，加快运行速度；右移9位，相当于除以512，保证了thro的精度为0.125。 2分六、(10)对下面的二值图像进行8链码(07)的轮廓跟踪，写出为了避免重复跟踪的轮廓跟踪后的各像素的值(2分)、写出跟踪得到的链码序列(4分)，计算每个目标的周长和面积(4分)。(提示：2条外轮廓，1条内轮廓)(有些255254，有些01)000000000002552552552552550000002550025500000025502552552550000025500255000000255255255255255000000000025525500255000000255002552552550000000000000000答案：跟踪后的图像：有些0变成1，有些255变成254（写不写都算对） 2分链码序列：两条外轮廓：（1，1）766600007724331324444 2分（1，7）60043 1分一条内轮廓（2，2）1075754322 1分周长和面积：（1，1）周长14+7*1.414(23.898)，面积14.5； （1，7）周长4+1*1.414(5.414)，面积0.5； （2，2）周长6+4*1.414(11.656)，面积5.5； 周长每个1分，面积合计1分，因为面积不容易算对。七、(10分)1.(5)以下是一个32级灰度图像(0表示黑色)，其中包含了在黑色背景上的，带有一个白色标记的，直径是6英寸的灰色留声机唱片。下面给出了图像的直方图,试问象素间的间距是多大？标记的尺寸是多大？0 0 0 0 100 200 2000 6000 2000 200 100 0 0 150 1600 7000 1600 150 0 0 50 120 464 120 50 0 0 0 0 0 0 0答案：留声机占像素个数为150+1600+7000+1600+150+50+120+464+120+50=11304 3分则单位像素的面积为3*3*3.14/11304=0.0025平方英寸 像素的间距为0.05英寸 1分标记的面积=804*0.0025=2.01平方英寸 1分注：该题为提高题，考核图像分割的直方图阈值选取、直方图的特点、图像测量应用系统等知识点。2.(5)假定你有两张相隔八个月拍摄的一病人的胸部X光片。两张胶片都显示有一小瘤，该小瘤也许是良性的，也许是恶性的。小瘤的大小和密度在八个月期间都发生了变化，但仅凭视觉检查，放射学家不能肯定小瘤是变得更坏或更好了。下面是每幅图像的包含有小瘤的一块区域的直方图。在胶片上，低灰度级代表黑色。问小瘤是变大还是变小？密度是变得更高还是更低？假设灰度值越大越是肿瘤, 灰度值越小密度越大。一月0 500 8000 500 100 100 200 300 200 100 0 0 0 0 0 0八月0 500 8000 500 100 0 0 100 200 300 200 100 0 0 0 0假设另一病人的相应直方图如下：四月0 500 5000 500 200 100 100 200 300 200 100 0 0 0 0 0十二月 0 0 0 500 5250 500 200 100 100 150 200 150 50 0 0 0：第一个病人肿瘤大小不变，密度变小；第二个病人肿瘤大小变小，密度变大；八、(20分, 每题4分)综合与能力提高题1. (4分)写出上课讲过的大米图像的两种计数方法，它们均合理地避免了光照不均。1： 1. 1)对原图像进行某种滤波，取出背景象素的灰度。如对大米图像进行半径为15的最小值滤波。或者1)对得到的背景象素的图像，进行高斯平滑，得到光滑的背景亮度估计图像。如进行半径为的高斯平滑。2)从原图像中减去背景亮度估计图像，得到亮度校正后的图像。3)对亮度校正后的图像进行全局阈值化，得到分割后的二值图像。4)对得到的二值图像进行轮廓跟踪，并对每条外轮廓计算面积，面积大于一定值的个数即为大米的个数。2：1)计算原图像的二阶微分算子，比如沈俊算子，得到过零点图像。2)计算原图像的Prewitt算子(33)，得到边缘强度图像。3)将过零点图像中的边缘点，若其在边缘强度图像中的值大于一个值(77)，则保留;否则去掉。4)对3)得到的二值图像进行轮廓跟踪，并对每条外轮廓计算面积，面积大于一定值的个数即为大米的个数。 基本合理给满4分2. (4分)如何直观理解图像邻域运算算子中的加法和减法操作，如何优化除法操作。图像中的加法运算可以认为是均值滤波，无论完毕后除以一个常数、或者不除以一个常数 1分图像中的减法运算可以认为是差分求边缘，无论完毕后除以一个常数、或者不除以一个常数 1分 图像处理中为了降低计算复杂度，提高速度，常将除法变成乘法和移位操作，如y=x/d变成y = (x*M)N, M=(1N)/d. 只要保证x*M不上溢和y的精度即可。 2分3. (4分)叙述二维直方图、局部像素直方图和加权直方图的思想。二维直方图是像素的灰度值g与其邻域的均值u联合构成的直方图Hgu，表示当灰度值取g而其均值取u的概率分