23887《数字图像处理（第3版）》习题解答（上传）（1） 胡学龙编著
思考题与习题参考答案
⽬录
第1章概述 (1)
第2章图像处理基本知识 (4)
第3章图像的数字化与显⽰ (7)
第4章图像变换与⼆维数字滤波 (10)
第5章图像编码与压缩 (16)
第6章图像增强 (20)
第7章图像复原 (25)
第8章图像分割 (27)
第9章数学形态学及其应⽤ (31)
第10章彩⾊图像处理 (32)
第1章概述
路灯节电
1.1连续图像和数字图像如何相互转换？逆变效率
答：数字图像将图像看成是许多⼤⼩相同、形状⼀致的像素组成。这样，数字图像可以
⽤⼆维矩阵表⽰。将⾃然界的图像通过光学系统成像并由电⼦器件或系统转化为模拟图像 （连续图像）信号，再由模拟/数字转化器（ADC）得到原始的数字图像信号。图像的数字
化包括离散和量化两个主要步骤。在空间将连续坐标过程称为离散化，⽽进⼀步将图像的幅
度值（可能是灰度或⾊彩）整数化的过程称为量化。
1.2采⽤数字图像处理有何优点？
答：数字图像处理与光学等模拟⽅式相⽐具有以下鲜明的特点：
1．具有数字信号处理技术共有的特点。（1）处理精度⾼。（2）重现性能好。（3）灵活性⾼。 2．数字图像处理后的图像是供⼈观察和评价的，也可能作为机器视觉的预处理结果。
3．数字图像处理技术适⽤⾯宽。
4．数字图像处理技术综合性强。
1.3数字图像处理主要包括哪些研究内容？
答：图像处理的任务是将客观世界的景象进⾏获取并转化为数字图像、进⾏增强、变换、
编码、恢复、重建、编码和压缩、分割等处理，它将⼀幅图像转化为另⼀幅具有新的意义的
图像。
1.4 说出图像、视频（video）、图形（drawing）及动画（animation）等视觉信息之间
的联系和区别。
答：图像是⽤成像技术形成的静态画⾯；视频⽤摄像技术获取动态连续画⾯，每⼀帧可
以看成是静态的图像。图形是⼈⼯或计算机⽣成的图案，⽽动画则是通过把⼈物的表情、动
作、变化等分解后画成许多动作瞬间的画幅，再⽤摄影机连续拍摄成⼀系列画⾯，给视觉造
成连续变化的图画。视频和动画都利⽤了视觉暂留原理。
1.5如何在你的显⽰器上观测图像的像素？1台笔记本的屏幕分辨率为1366×768，长宽
⽐例是4:3、16:9还是16:10？屏幕分辨率（以像素每英⼨（DPI）为单位）是多少？选择⼀
个⾼分辨率图像、⼀个低分辨率图像，⽐较分别观察到像素时图像的放⼤倍数的差异。
答：可先拷屏，按照图 1.2放⼤局部图像的⽅法观测图像。屏幕分辨率为1366×768，表
⽰宽⾼⽐为 1.7786:1，⽽4:3 = 1.3333:1，16:9 = 1.7778:1，16:10 = 1.6:1。可见，此屏幕的宽⾼
⽐最接近16:9。
1.6如何在你的计算机上查看图像⽂件的各种属性？
医疗保健器具答：在Windows操作系统下，⿏标指针指向⽂件名，可看到图像⽂件的“项⽬类型”、标记”、“分级”、“尺⼨”、“⼤⼩”和“标题”属性（图 1.6a）。右击图像⽂件名，单击弹出菜单的“属性”命令，可以看到“常规”和“详细信息”两个标签，其中“常规”标签指出⽂件
名、存放“位置”、“时间”、⽂件“属性”等信息。“详细信息”指出“说明”、“来源”、“图像”、“照相机”、“⾼级照⽚”、“⽂件”等信息。
甲类功率放大器
（（a ）⿏标指针指向⽂件名
（b ）常规
（c ）详细信息
题 1.6 图图像属性
1.7 讨论在你的智能⼿机中哪些功能应⽤了图像处理技术。 答：根据⼿机功能和智能程度的不同，有彩信、视频、相机、游戏、⼆维码扫描、名⽚
识别等。
1.8 设图 1.17 的⽂件名为“microscopic.jp2”或“microscopic.jpg ”，尺⼨为 4140×3096。针对本图像，讨论可以进⾏哪些图像处理和图像分析操作？
答：处理⽅⾯：（1）对图像进⾏⼆维变换，观察图像的频谱；（2）图像增强：由于光照不均匀，可以通过增强⼿段，图像暗处得到照度补偿； 3）图像编码：可以⽤ DCT 编码的 JPEG 格式存放 JPEG 图像，也可⽤ DWT 编码存放 JPEG2000 图像；（4）图像分割：将感兴趣的⽬标从背景中分割出来，以便做进⼀步分析处理。
图像分析：（1）对观测对象进⾏形状分析；（2）对不同⼤⼩的颗粒做分布分析。
1.9
讨论数字图像处理的主要应⽤。进⼀步查资料，写⼀篇关于你感兴趣的应⽤⽅⾯的短⽂。
答：图像处理的应⽤⼏乎渗透科学研究、⼯程技术和⼈类社会⽣活的各个领域。教师可以分组对学⽣布置以下 6 个⽅⾯的课题，通过阅读参考⽂献、⽹络资源等⼿段写数字图像处
理的主要应⽤的短⽂，并安排交流机会。
生产毛刷需要什么设备1．航天和航空技术⽅⾯的应⽤
2．⽣物医学⼯程⽅⾯的应⽤
3．通信⼯程⽅⾯的应⽤
4．⼯业⾃动化和机器⼈视觉⽅⾯的应⽤
5．军事和公安⽅⾯的应⽤氟苯尼考助溶剂
6．⽣活和娱乐⽅⾯的应⽤
（第 2 章
图像处理基本知识
2.1 如何表⽰图像中⼀点的彩⾊值？颜⾊模型起什么作⽤？
答：图像中⼀点的彩⾊值颜⾊三维空间中的⼀个点来表⽰，每个点有三个分量，不同的颜⾊空间各分量的含义不同。
颜⾊模型规定了颜⾊的建⽴、描述和观察⽅式。颜⾊模型都是建⽴在三维空间中的，所以与颜⾊空间密不可分。
2.2 ⾊调、⾊饱和度和亮度的定义是什么？在表征图像中⼀点的颜⾊时，各起什么作⽤？答：HSV 模型由⾊度（H ），饱和度（S ），亮度（V ）三个分量组成的，与⼈的视觉特性⽐较接近。HSV 颜⾊模型⽤ Munsell 三维空间坐标系统表⽰。
⾊调（H ）表⽰颜⾊的种类，⽤⾓度来标定，⽤-1800～1800 或 00～3600 度量。⾊饱和度（S ）表⽰颜⾊的深浅，在径向⽅向上的⽤离开中⼼线的距离表⽰。⽤百分⽐来度量，从 0%到完全饱和的 100%。
亮度（V ）表⽰颜⾊的明亮程度，⽤垂直轴表⽰。也通常⽤百分⽐度量，从 0%（⿊）到 100%（⽩）。
2.3 按照波段的成像图像讨论图像的分类。
答：⼈们常见的是可见光成像，但在科学研究等领域，其他⼀些不同波段的电磁波成像技术会起到可
见光成像⽆法替代的作⽤。下⾯是电磁波谱分布情况：
1、不可见光线：伽马射线、X 射线、紫外线；
2、可见光线：紫、蓝、青、绿、黄、橙、红；
3、不可见光线：近红外线、中间红外线、远红外线、微波、⼯业电波。
按波长从短到长有：（1）伽马射线图像：伽马射线是由原⼦核受激产⽣的波长极短、能量极⾼的射线。天⽂学上利⽤伽马射线获取伽马射线暴图像。 2）X 射线图像：X 射线是由原⼦受激产⽣的，具有很强的穿透能⼒，其图像在医疗、探伤、物质结构分析等⽅⾯具有重要作⽤。（3）紫外线（UV ）图像：红外线波长短于可见光。230-400 nm 的 UV 传感器可⽤于天⽂学、⽕灾检测、细胞的医学成像等。（4）红外线图像：红外线波长长于可见光。红外遥感器接收地物反射或⾃⾝发射的红外线⽽形成的图像，可以解决在夜间观察⽬标光强不⾜及对⽐度差的困难。由于⾼于绝对零度的物体都会发出红外线，所以红外图像可以描述某个区域的温度分布，这在遥感技术中⼴泛使⽤，在医学成像和⽕灾监测等⽅⾯也有实际应⽤。（5）⽆线电波图像：波长范围很宽，从 mm 到 km 。常⽤射频成像法。由⾼频发射机发射的⾼频电磁波在传播过程中遇到具有不同电学性质的物体时，电磁波的传播规律将⼤⼤改变。根据⽆线电波测量的结果可以绘出物体内的结构图像，
如毫⽶波⼈体安检成像技术。另⼀个获得重要应⽤的是 SAR （合成孔径雷达）成像技术。SAR 传感器波长通常在厘⽶级。SAR 图像则只记录了⼀个波段的回波信息，以⼆进制复数形式记录下来。振幅信息通常对应于地⾯⽬标对雷达波的后向散射强度，与⽬标介质、含⽔量以及
粗糙程度密切相关，⽽相位信息则对应于传感器平台与地⾯⽬标的往返传播距离。
2.4 设有⼤⼩为 32×32 的图标，图标的每个像素有 8 种颜⾊，共有多少种不同的图标？如果每 100 万个可能的图标中有⼀个有意义，识别⼀个有意义的图标需要 0.1 s ，则选出所有有意义的图标需要多长时间？解：图标数为
832×32 = 10925 种
有意义的图标数 10925/106 = 10919 种选择有意义图标的时间 10919×0.1 = 10918 s
可见随机图像的复杂度是⾮常⾼的。
2.5
讨论数字图像处理系统的组成。列举你熟悉的图像处理系统并分析它们的组成和功能。
答：如教材图 2.6，数字图像处理系统是应⽤计算机或专⽤数字设备对图像信息进⾏处理的信息系统。图像处理系统包括图像处理硬件和图像处理软件。图像处理硬件主要由图像输⼊设备、图像运算处理设备（微计算机）、图像存储器、图像输出
设备等组成。软件系统包括操作系统、控制软件及应⽤软件等。
教材图 2.6 数字图像处理系统结构图
2.6 常见的数字图像处理开发⼯具有哪些？各有什么特点？
答．⽬前图像处理系统开发的主流⼯具为 Visual C++（⾯向对象可视化集成⼯具）和 MATLAB 的图像处理⼯具箱（Image Processing Tool box ）。两种开发⼯具各有所长且有相互间的软件接⼝。
Microsoft 公司的 VC++是⼀种具有⾼度综合性能的⾯向对象可视化集成⼯具，⽤它开发出来的 Win 32 程序有着运⾏速度快、可移植能⼒强等优点。VC++所提供的 Microsoft 基础类库 MFC 对⼤部分与⽤户设计有关的 Win 32 应⽤程序接⼝ API 进⾏了封装，提⾼了代码的可重⽤性，⼤⼤缩短了应⽤程序开发周期，降低了开发成本。由于图像格式多且复杂，为了减轻程序员将主要精⼒放在特定问题的图像处理算法上，VC++ 6.0 提供的动态链接库 ImageLoad.dll ⽀持 BMP 、JPG 、TIF 等常⽤ 6 种格式的读写功能。
MATLAB 的图像处理⼯具箱 MATLAB 是由 MathWorks 公司推出的⽤于数值计算的有⼒⼯具，是⼀种第四代计算机语⾔，它具有相当强⼤的矩阵运算和操作功能，⼒求使⼈们摆脱繁杂的程序代码。MATLAB 图像处理⼯具箱提供了丰富的图像处理函数，灵活运⽤这些函数可以完成⼤部分图像处理⼯作，从⽽⼤⼤节省编写低层算法代码的时间，避免程序设计中的重复劳动。MATLAB 图像处理⼯具箱涵盖了在⼯程实践中经常遇到的图像处理⼿段和算法，如图形句柄、图像的表⽰、图像变换、⼆维滤波器、图像增强、四叉树分解域边缘检测、⼆值图像处理、⼩波分析、分形⼏何、图形⽤户界⾯等。但是，MATLAB 也存在不⾜之处限制了其在图像处理软件中实际应⽤。⾸先，强⼤的功能只能在安装有 MATLAB 系统的机器上使⽤图像处理⼯具箱中的函数或⾃编的 m ⽂件来实现。其次，MATLAB 使⽤⾏解释⽅式执⾏代码，执⾏速度很慢。第三，MATLAB 擅长矩阵运算，但对于循环处理和图形界⾯的处理不及 C++等语⾔。为此，通应⽤程序接⼝ API 和编译器与其他⾼级语⾔（如C 、 C++、Java
等）混合编程将会发挥各种程序设计语⾔之长协同完成图像处理任务。API ⽀持 MATLAB 与外部数据与程序的交互。编译器产⽣独⽴于 MATLAB 环境的程序，从⽽使其他语⾔的应⽤程序使⽤ MATLAB 。
2.7 常见的数字图像应⽤软件有哪些？各有什么特点？
∑∑[ f (x , y ) - f )][g (x , y ) - g ]
f ? ?
答：图像应⽤软件是可直接供⽤户使⽤的商品化软件。⽤户从使⽤功能出发，只要了解软件的操作⽅法就可以完成图像处理的任务。对⼤部分⽤户来说，商品化的图像应⽤软件⽆需⽤户进⾏编程，操作⽅便，功能齐全，已经能满⾜⼀般需求，因⽽得到⼴泛应⽤。常⽤图像处理应⽤软件有以下⼏种：
1．PHOTOSHOP ：当今世界上⼀流的图像设计与制作⼯具，其优越性能令其产品望尘莫及。PHOTOSHOP 已成为出版界中图像处理的专业标准。⾼版本的 PHOTOSHOP ⽀持多达 20 多种图像格式和 TWAIN 接⼝，接受⼀般扫描仪、数码相机等图像输⼊设备采集的图像。PHOTOSHOP ⽀持多图层的⼯作⽅式，只是 PHOTOSHOP 的最⼤特⾊。使⽤图层功能可以很⽅便地编辑和修改图像，使平⾯设计充满创意。利⽤ PHOTOSHOP 还可以⽅便地对图像进⾏各种平⾯处理、绘制简单的⼏何图
形、对⽂字进⾏艺术加⼯、进⾏图像格式和颜⾊模式的转换、改变图像的尺⼨和分辨率、制作⽹页图像等。
2．CorelDRAW ：⼀种基于⽮量绘图、功能强⼤的图形图像制作与设计软件。位图式图像是由象素组成的，与其相对，⽮量式图像以⼏何、⾊彩参数描述图像，其内容以线条和⾊块为主。可见，采⽤不同的技术⼿段可以满⾜⽤户的设计要求。位图式图像善于表现连续、丰富⾊调的⾃然景物，数据量较⼤；⽽⽮量式图像强于表现线条、⾊块的图案，数据量较⼩。合理的利⽤两种不同类型的图像表现⽅式，往往会收到意想不到的艺术效果。CorelDraw 是当今流⾏的图像处理软件中为数不多的特点明显、功能强⼤的基于⽮量绘图的软件包。利⽤它，可以⽅便地制作精美的名⽚、贺卡、书签、图书封⾯、⼴告、宣传画等作品。
3．ACDSee ：快速、⾼性能的看图程序，是⽬前最享盛名的图⽚浏览器。它能⼴泛应⽤于图⽚的获取、管理、浏览和优化，⽀持 BMP 、GIF 、JPG 、TGA 、TIF 等超过 50 种常见的图形⽂件格式，图⽚打开速度极快，可以直接查看动画 GIF ，处理如 Mpeg 之类常⽤的视频⽂件，还可以为每⼀个⽬录建⽴⼀个相册。ACDSee 可以从数码相机和扫描仪⾼效获取图⽚，并进⾏便捷的查、组织和预览。ACDSee 还是得⼼应⼿的图⽚编辑⼯具，轻松处理数码影像，拥有去红眼、剪切图像、锐化、浮雕特效、曝光调整、旋转、镜像等功能，还能进⾏批量处理。
2.8 调⽤函数 Cfg = cov(f, g)计算出图像 f 和图像 g 的协⽅差矩阵是⼀个 2×2 的矩阵。说明该矩阵各个元素的含义，数值⼤⼩对图像特性的影响。
答：设 f (x ,y )和 g (x ,y )是⼤⼩为 M ×N 的两幅图像，则两幅图像之间的协⽅差矩阵为 C fg ：
C fg =
1
M -1 N -1
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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