华科光电图像处理复习资料.doc

12级考试范围：本课程的知识要点l 第一章：绪论l 图像获取的方法l 基本概念和典型应用：射线、射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波、声波、电子束等l 光电成像技术的意义l 人眼视觉缺陷与扩展l 基于CCD和CMOS的光电成像系统的总体结构图像处理技术的目的本课程的知识要点l 第二章：光度学与色度学l 人眼的视觉特性l 光度学的基本参数及其计算l 混色技术的原理及分类l 颜色度量的实现原理l CIE标准色度体系的演变过程对CIE 1931RGB/XYZ色度图的理解本课程的知识要点l 第三章：图像数字化处理l 图像数字化的过程l 基本概念：采样、量化、空间分辨率、灰度分辨率等l 数字图像的属性l 图像类型、颜色深度等l 常用位图文件的格式及特点l 第四章：像素关系与几何变换l 像素关系的概念和分析l 像素间距离的定义与计算l 形态变换的分类及特点双线性插值技术的原理与实现方法本课程的知识要点l 第五章：空域图像增强技术l 基本点运算的算法模型和实现方法l 直方图均衡化的原理、作用和实现步骤l 典型平滑滤波器的优缺点和实现方法l 均值、中值、高斯、序统计滤波、边缘保持滤波l 典型锐化滤波器的优缺点和实现方法梯度法、模板卷积法、掩模匹配法本课程的知识要点l 第六章：图像变换与频域增强l 图像变换的概念与数学本质l 离散傅立叶变换的特点与性质l FFT的原理及实现方法l DCT与WHT变换核的计算方法l 频域滤波器的转移函数及特点l 第七章：彩色图像处理l 各种颜色空间的应用场合、相互换算l 伪彩色增强技术的方法l 色彩变换与彩色图像分析的概念本课程的知识要点l 第八章：图像恢复l 图像退化的概念和机理l 图像的统计表达方法l 常见的简单噪声模型l 不同情况下的图像恢复方法l 图像退化系统模型l 统计最优恢复算法的原理和实现经验退化函数及恢复滤波器的选择本课程的知识要点l 第九章：图像编码技术l 图像编码的概念和意义l 基本术语：码字、熵、编码效率等l 四类图像冗余的概念及产生机理l 典型图像编码技术的原理和实现方法l 二值编码的概念l 预测编码的原理和方法l 变换编码的原理l 词典编码的方法统计编码的概念、原理和方法Chapter01 绪论 1. 光电成像技术可以从哪几个方面拓展人的视觉能力？请每个方面各举一例。 可以开拓人眼对不可见辐射的接收能力；变像管、红外夜视仪 可以扩展人眼对微弱光图像的探测能力；像增强器 可以捕捉人眼无法分辨的细节；电子显微镜 可以将超快速现象存储下来；数码摄像机 2. 为什么 CMOS 图像传感器的像素一致性要比 CCD 差？ CCD 的每个像元都通过同一个放大器及电荷/电压转换器进行处理，而 CMOS 图像传感器的每个像元都有独立的放大器和转换器，由于工艺差别，导致像素一致性降低。 3. 图像处理技术有哪些用途？为每种用途举出一个应用实例。 通过增强技术和变换技术来改善图像的视觉效果。广告与平面设计；数码照片处理 对图像进行分析以便从图像中自动提取信息。红外成像制导；医学图像分析 对图像进行编码、压缩、加密等处理，便于图像的存储、传输和使用。图像水印 4. 举出生活中使用微显示技术的例子。 家用背投电视；商用投影仪；近眼显示器 Chapter02 光度学与色度学 1. 日常生活中人们说 40W 的日光灯比 40W 的白炽灯亮，是否指日光灯的光亮度比白炽灯的光亮度高？解释此处“亮”的含义。 不是。人们所说的“亮”，并非指光度学中的物理量亮度，而是指光通量。在相同的供电功率条件下，日光灯由于发光效率较高，发出的光通量比白炽灯要大，照明效果更好，主观上认为更“亮”。 2. 设有一个光通量为 2000lm 的点光源，在距点光源 1m 的地方有一个半径为 2cm 的圆平面，点光源发出的经过圆平面中心的光线与圆法线夹角为 60 度，求圆平面表面的平均照度。 由于圆平面的直径远小于到点光源的距离，因此可作近似计算。照度 E=(*/4)/S，其中=(0.02*2cos60)/(12)。 3. 设有一台 60 英寸的投影机，幅面比为 16:9，投影屏幕的反射率为 80。已知投影光源（高压汞灯）向屏幕发出的总光通量为 1000lm，试求屏幕亮度。 幅面比即为长宽比，因对角线尺寸为 60 英寸，因此可计算得到屏幕面积 S1 平方米。余弦发光体的单位面元向 2立体角空间发出的光通量为：=LdS，因此背投屏幕发出的光通量为：=LS，即 L=/(S)255 nits。 4. 已知 F1=R，F2=R+G+B，F3=0.5G，描述 F1、F2、3F2、F3、F1+F2、F1+F3 都是什么颜色？ F1 为纯红色，F2 为白色，F3 为较暗的纯绿色，F1+F2 为不纯的红色，F1+F3 为橙色。 Chapter03 图像数字化处理 1. 在半调图像显示技术中，如果一个 22 的模板的每个位置可以表示 4 个灰度级，那么这个模板一共可以表示多少个灰度级？ 若模板的每个位置可表示 03 这四个灰度级，则模板一共可以表示 012 共 13 个灰度级。 2. 计算下列未经压缩的 BMP 图像文件的数据量：大小为 256256 的黑白位图文件、大小为 256256 的 256 色索引位图文件、大小为 256256 的 32 位真彩色位图文件。 黑白位图：256256/8 索引位图：256256 真彩色位图：2562564 Chapter04 像素关系与形态变换 1. 考虑如下图像子集。在图中画出 V=0,1时的 p 到 q 的最短 m-连接通路，并计算 p 到 q 的欧式距离、城区距离和棋盘距离。 欧式距离：(22+32)1/2； 城区距离：2+3； 棋盘距离：3 2. 利用后向映射法对图像进行几何变换时，某点 P 在原图像中的位置 P落在 A、B、C、 D 点之间，如图所示。已知 A、B、C、D 的灰度值分别为 20、64、16、4，试利用双线性插值计算 P 的灰度值。 Y X A(4,6) B(5,6) C(4,7) D(5,7) P(4.2,6.8) Chapter05 空域图像增强技术 1. 计算以下象素使用边缘保持滤波器滤波之后的输出值以及使用掩膜匹配法进行锐化滤波之后的输出值。 10 2 2 20 4 4 15 10 20 2. 阐述掩模匹配法锐化技术与梯度法锐化技术的本质联系。 两种方法都试图求出像素的最大方向导数（即梯度），并将其模作为像素输出值，从而提取边缘；前者是连续方法，即通过两个偏导数求梯度，后者是离散方法，即通过求解和比较八个离散方向到的导数获得梯度。 Chapter06 图像变换与频域增强 1对于 16 点的一维沃尔什变换和哈达码变换，计算下列情况下的变换核值： (x,u) (8,4) (6,3) 沃尔什变换核值 哈达玛变换核值 Chapter07 彩色图像处理 1. 某象素在 RGB 空间的各个分量值为（50,100,150），计算将其转换为 HSB 空间后的各个分量的值。 Chapter08 图像恢复 1. 二维巴特沃斯滤波器线性空间不变系统吗？存在像差的光学系统是一个线性空间不变系统吗？说明原因。 巴特沃斯滤波器的转移函数与输入信号发生的时间（或空间位置）无关，因此是线性空间不变系统；而存在像差的光学系统则不是，因为像差依赖于输入图像的空间位置。 2. 对于以下三种情形的退化图像，应采用什么样的方法来恢复图像，写出恢复滤波器的转移函数并阐述实现的步骤：(1) 混入了周期性为 T 的正弦噪声的图像；(2) 在存在大气湍流的环境下拍摄的无噪声图像，(3) 含有随机噪声的离焦图像，噪声的均值和方差已知。 (1) 可采用带阻巴特沃斯滤波器作为恢复滤波器，滤波器的截至频带覆盖正弦噪声的频率，转移函数为： 1R(u,v) =H(u,v) = 2n D(u,vW) ，其中 D0 等于正弦噪声的频率。 1+ D2(u,v)D0 2 (2) 可采用逆滤波，转移函数为：R(u,v) =1/ H(u,v) = expc(u2 +v2 )5/6。 1| H(u,v) |2 (3) 可采用最小平方滤波， R(u,v) = H(u,v) | H(u,v) |2 + | Q(u,v) |2 ，其中H(u,v) =J1(d) / (d) ，可通过噪声的均值和方差求得。 Chapter09 图像编码技术 1. 在对一幅图像进行变长编码之前，若先对该图像进行直方图均衡化，讨论该操作是能改善变长编码效率还是降低变长编码效率？为什么？ 提示：结合以下知识讨论变长编码的基本思想；直方图均衡化的原理；图像熵及编码效率的概念 幻灯片1l 1. l 有2幅图像尺寸大小相等，为宽100，高200，其中A图为8位灰度级，B图为RGB真彩色图，则：l A图:像素数为多少？数据量是多少bit？l B图:像素数为多少？数据量是多少bit？幻灯片2l 2.l 已知一图像上的2个像素坐标为(1,1)、 (4,5) ，分别求出2像素之间的欧式距