一.填空题（10个）10分
1.数字图像处理包含很多方面的研究内容，其中图像重建的目的是根据二维平面图像数据构造出三维物体的图像。
2.量化可以分为均匀量化和非均匀量化两大类。
3.采用频率是指一秒内采样的数量。
4.图像因其表现方式不一致可以分为连续图像和离散图像两大类。
5.对于不同的应用场景，一般数字图像可以分为：二值图像，灰度图像和彩色图像三类。
6.数字图像处理可以理解为两个方面的操作：一是图像到图像的处理，如图像增强等，二是从图像到非图像的一种表示，如图像测量等。
7.图像的基本位置变换包括图像的平移、镜像、旋转。
8.最基本的图像形状变换包括了图像的放大、缩小和错切。
9.图像经过平移处理后，图像的内容不发生变化。
10.图像中虚假轮廓的出现就其本质是由于图像的灰度级不够造成的。
11.采样所获得的图像总像素的多少，通常称为图像分辨率。
12.数字图像处理包含很多方面的研究内容。其中图像增强的目的是将一幅图像中有用的信息进行增强，同时将无用的信息进行抑制，以提高图像的可观察性。
13.如果当前点像素值为1，其四近邻像素中至少有一个点像素为1，即认为存在两点间的通路称为四连接。
14.开运算是使用同一个结构元素对图像先腐蚀再进行膨胀的运算。
15.在二值图像进行分析时，我们将相互连接在一起的像素值全部为1的像素点的集合称为连通域。
16.闭运算是使用同一个结构元素对图像先膨胀再进行腐蚀的运算。
17.人眼灰度分辨能力为64级，活动的图像的帧率至少15帧/s才有连贯的感觉。
18.人眼对亮度变化跟滞后的性质称为视觉惰性。
19.彩色图像分为：黑白图像（二值图像、灰度图像），伪彩色图像（单通道颜色索引），假彩色图像（三通道但不是用的RGB3个波段的信息），真彩色图像。
20.对缓变的图像（人脸），应该细量化、粗采样，以避免假轮廓。对于细节丰富的（球场），应细采样、粗量化，以避免模糊。
21.空间分辨率低，质量差，严重时出现像素呈块状的国际棋盘效应，灰度分辨率低，会出现假轮廓现象。
22.图像的质量却决于层次、对比度（指一幅图像中灰度方差的大小即最大亮度/最小亮度）、清晰度。
23.图像增强的基本方法，空间域处理：点处理（图像灰度变换、直方图均衡化），邻域处理（线性、非线性平滑和锐化）。频域处理：高低通滤波器、同态滤波等。
24.图像变换的目的：使图像处理问题简化，有利于图像特征提取，有助于从概念上增强对图像信息的处理。
25.图像变换的前提条件：可以通过逆变换还原回原时域中。
26.退化过程可以被模型化为一个退化函数和一个加性噪声项。
27.数字图像的噪声主要源自图像的获取和传输过程。
28.一些常见的噪声类型：高斯噪声，椒盐噪声，瑞利噪声，伽马噪声，指数分布噪声，均匀分布噪声，脉冲噪声。
29.高斯噪声的产生源自于电子电路噪声和低照明度或高温带来的传感器噪声。
30.中值滤波器处理椒盐噪声好，最大值滤波器可以用来消除胡椒噪声，最小值滤波器可以用来消除盐噪声。
31.三基色：红，绿，蓝.
32.形态学图像处理的基本运算有4个：膨胀，腐蚀，开操作，闭操作。
33.灰度图像的唯一属性是恢复值。
34.亮度鉴别表明，韦伯比越大亮度鉴别能力越弱。
35.HIS颜色模型用以区分颜色特性是：色调，饱和度，与亮度。
36.图像的对比度可以使用灰度方差来进行衡量。
37.椒盐噪声出现的位置是随机的，但噪声的幅值是基本相同的。
二.选择题（5个）15分
1.常用二维矩阵表示灰度图像。
2.像素的领域有：4领域，8领域，对角领域。
3.图像处理的应用有：疾病诊断，农产品产量估计，车牌识别，门禁系统。
4.不可见光可以形成图像。
5.一幅模拟图像转化为数字图像要经过采样，量化，编码。
6.256*256的图像灰度级16大小为：256*256*4/1024/8=32KB
7.数字图像坐标系与直角坐标系不一致。
8.一幅灰度级均匀分布的图像灰度范围为[0，127]图像的信息量为7. 128=27
9.一幅数字图像是一个许多像素排列而成的实体。
10.图像与灰度直方图间的对应关系：多对一。
11.属于局部处理的算法是：中值滤波。
12.图像的放大会引起图像的畸变。
13.物理意义上讲，图像的放大是图像缩小的逆操作。
14.图像缩小处理，利用基于等间隔采样的图像缩小方法对图像进行处理时，需要计算出采样间隔，缩小放大不一定得按比例。
15.在使用双线性插值进行图像的放大时，像素计算可能会用到单线性插值法。
16.中值滤波可以消除孤立噪声（对椒盐噪声比较有效。）
17.基于像素的图像处理增强方法是基于空间域的图像增强方法的一种。
18.灰度变换属于点运算。
19.经过直方图均衡化，对比度不一定比原始图像的对比度提高。
20.一般来说，直方图均衡化处理对于灰度分布比较集中的图像的处理效果比较明显。
21.傅里叶变换得到的频谱中，低频对于于变化平缓的部分。
22.傅里叶变换有：频域的概念，有关于复数的运算，从变换结果可以完全恢复原始数据。
23.图像的几何变换常见的有：平移，旋转，缩放。
24.图像的几何变换属于空间域变换，而傅里叶变换属于频域变换。
25.在少的量化级数下，采用非均匀量化技术的效果一定比均匀量化的效果好。
三.名称解释（写两行）（5个）25分
1.数字图像处理：数字图像处理就是用数字计算机处理所获取信息的技术。
2.数字图像：空间坐标和灰度均用离散的数字表示的图像。表示为：I=F(x,y),基本单位为像素。
3.采样、量化、取样率：数字化坐标为采样，数字化幅值为量化，单位距离的采样数目为采样率。
4.非均匀量化、均匀量化：将采样点灰度级值等间隔分档取整，称为均匀量化，将样点灰度级值不等间隔分档取整，为非均匀量化。
5.空间分辨率：图像中可分辨的最小细节，主要由采样的间隔决定（单位距离的点数，每单位距离线对数）。
6.图像分辨率：图像分辨率指每英寸图像含有多少个点或像素，单位为dpi。
7.灰度分辨率：灰度级别中可辨别的最小变化称为灰度分辨率。
8.灰度分辨率：图像中可辩别的最小细节的度量称为空间分辨率。
9.最近邻插值：在原图像上寻找最接近的像素并把它的灰度值赋给栅格上的新像素。
10.图像增强：图像增强就是要突出图像中的某些信息，同时消弱或去除某些不需要信息的一种处理方法，以得到对于具体应用来说视觉效果更好或更有用的图像的处理技术。
11.领域和预定义的操作一起被称为空间滤波器（掩膜、核、模板）。
12.图像的频率指：图像的频率是表征图像中灰度变化剧烈程度的指标，是灰度在平面空间上的梯度。
13.图像的复原：尽可能恢复退化图像的本来目的，它是沿图像降质的逆过程进行。
14.HIS彩色模型比较适合于人用色调（H），饱和度（S），和亮度（I）描述被观察物体颜色的解释，对于开发基于彩色描述的图像处理方法是一个理想的工具。
15.形态学：通常指生物学中对植物的形状和结果进行处理的一个分支。
16.数字形态学：表示形态为基础对图像进行分析的数学工具。
17.图像量化：把采样点对应的亮度连续变化区间转化为单个特定数码的过程，称之为量化，即采样点亮度的离散化。
18.m邻接：若像素p和q的灰度值均属于v的元素，1q在N4(p)中 或 2q在ND(p)中且N4(p)和N4(q)的交集没有V值元素。则具有V值的p和q是m邻接的。
19.均值滤波：对待处理的像素给定一个模板，该模板包括了其周围的邻近像素，用该模板中待处理的全体像素的均值来代替原有的像数值的方法。
20.中值滤波：对待处理的像素给定一个模板，该模板包括了其周围的邻近像素，将该模板中待处理的全体像素继续排序（从大到小或从小到大），然后取中值来代替原有的像数值的方法。
21.图像分割：图像分割就是指把图像分成各具特性并提取出感兴趣目标的技术和过程。
四.简答题：为什么人进入隧道前为啥需要减速，进入适应时间比从隧道出来（对亮环境）适应时间久。从人类视觉角度（不考这个）。（3个）21分
1.简述直角坐标系中图像旋转的过程。
答：（1）计算旋转后行、列坐标的最大值和最小值。
（2）根据最大值和最小值，进行画布扩大，原则是以最小的面积承载全部的图像信息。
（3）计算行、列坐标的平移量。
（4）利用图像旋转公式计算每个像素点旋转后的位置。
（5）对于空穴问题，进行填充。
2.举例说明使用邻近行插值法进行空穴填充的过程。
答：邻近插值法就是将判断为空穴位置上的像素值用其相邻行（或列）的像素值来填充。
- 举例说明使用均值插值法进行空穴填充的过程。
答：均值插值法就是将判断为空穴位置上的像素值用其上、下、左、右像素值的均值来填充。
- 什么是仿射变换？
答：仿射变换是一种二维坐标到二维坐标之间的线性变换，保持二维图形的“平直性”（即变换后直线还是直线不会打弯，圆弧还是圆弧）和“平行性”。常用的仿射变换：旋转、倾斜、平移、缩放。
5.图像的细节特征大致有哪些？一般细节反映在图像中的什么地方？
答：图像的细节是指画面中的灰度变化情况，包含了图像的孤立点、细线、画面突变等。孤立点大都是图像的噪声点，画面突变一般体现在目标物的边缘灰度部分。
6. 一阶微分算子与二阶微分算子在提取图像的细节信息时，有什么异同？
答：一阶微分算子获得的边界是比较粗略的边界，反映的边界信息较少，但是所反映的边界比较清晰；二阶微分算子获得的边界是比较细致的边界。反映的边界信息包括了许多的细节信息，但是所反映的边界不是太清晰。
7. 图像锐化处理有几种方法?
答：线性锐化滤波器、梯度法、罗伯特梯度、Prewitt和Soble梯度、Laplacian算子
8.为什么直方图均衡化并不会产生具有平坦直方图的图像？
答：由于直方图均衡化是由连续概率密度函数推导而来，而离散的情况的直方图只是对概率密度函数的近似。在直方图均衡化的过程中，进行了对非整数数值的四舍五入，导致了直方图均衡化并不会产生完全平坦的直方图。但均衡化后的直方图比原直方图的分布均匀很多，增大了图像的对比度。
9.简述直方图均衡化和规定化的区别和联系。
答：联系：直方图均衡化和直方图规定化都是为了调整图像的灰度分布，增加灰度的动态范围，从而达到增强图像对比对的效果，并且直方图均衡化属于直方图规定化的一种特殊情况。
区别：直方图均衡化可以自动增强整个图像的对比度（优点），但具体增强效果不容易控制（缺点）。而直方图规定化是选择性的增强某个灰度范围的对比度，通过变换直方图将直方图变为某个特定的形状。
10.将高频加强和直方图均衡相结合是得到边缘锐化和对比度增强的有效方法。上述两个操作的先后顺序对结果有影响码？为什么？
答：有影响，应该先进行高频加强，再进行直方图均衡化。
高频加强是针对高通滤波后的图像整体偏暗，因此通过提高图像的平均灰度，使得图像的视觉可辨性提高，再通过直方图均衡化将图像的窄带动态范围变为宽带动态范围，从而达到提高对比度的效果。
如果先进行直方图均衡化，再进行高频加强，那么由于图像先被漂白，在进行高通滤波，得到的图像边缘不突出，图像的对比度也较差。
11.请简述傅里叶变换的性质。
答：线性、旋转不变性、可分离性、平均灰度、卷积性质、相关性质、平移性等
12.傅里叶变换在图像处理中有着广泛的应用，请简述其在图像的高通滤波中的应用原理。
答：图像经过傅里叶变换后，景物的概貌部分集中在低频区段，景物的细节部分集中在高频区段，可以通过图像的高通滤波将图像中景物的细节提取出来。具体做法是，将傅里叶变换得到频谱图的低频部分强制为0，而将高频部分的信息保持不变，就相当于使用一个只保持高频部分信息不变，而低频信息被完全抑制的高通滤波器作用在原始图像上。将经过这样处理后的频谱进行傅里叶逆变换，就可以得到图像的细节部分。
13.傅里叶变换在图像处理中有着广泛的应用，请简述其在图像的低通滤波中的应用原理。
答：图像经过傅里叶变换后，景物的概貌部分集中在低频区段，景物的细节部分集中在高频区段，可以通过图像的低通滤波将图像中景物的概貌提取出来。具体做法是，将傅里叶变换得到频谱图的高频部分强制为0，而将低频部分的信息保持不变，就相当于使用一个只保持低频部分信息不变，而高频信息被完全抑制的低通滤波器作用在原始图像上。将经过这样处理后的频谱进行傅里叶逆变换，就可以得到图像的概貌部分。
14.简述高斯滤波器的主要特性。
答：（1）高斯滤波器：根据高斯函数的形状来选择权值的线性平滑滤波器。高斯平滑滤波器对于抑制服从正态分布的噪声非常有效，是十分有效的低通滤波器。
特性1：二维高斯函数具有旋转对称性；
特性2：高斯函数是单值函数
特性3：高斯函数的付立叶变换频谱是单瓣的；
特性4：高斯滤波器宽度(决定着平滑程度)是由参数σ表征的。σ越大，高斯滤波器的频带就越宽，平滑程度就越好；
特性5：由于高斯函数的可分离性，较大尺寸的高斯滤波器可以得以有效地实现。
15.简述高通滤波器原理以及滤波步骤。
答：通过频域高通滤波法除去其低频分量从而对图像进行锐化的原理和过程：对于一幅图像，它的边缘、细节、跳跃部分以及噪声都代表图像的高频分量，而大面积的背景区和缓慢变化部分则代表图像的低频分量，用频域高通滤波法除去其低频分量，保留图像的高频成分，从而使图像细节部分突出。f(x,y)傅立叶变F(u,v)高通滤波器H(u,v)G(u,v)傅立叶反变换g(x,y)。
16.图像空间域增强与频域增强的基本原理。
答：频域增强是指在图像的频率域内，对图像的变换系数（频率成分）直接进行运算，然后通过傅里叶逆变换以获得图像的增强效果。空域增强是在图像上直接进行数据运算，基本上是以灰度映射变换的。
17.频域增强与空域增强有何不同。
答：频域增强是指在图像的频率域内，对图像的变换系数（频率成分）直接进行运算，然后通过傅里叶逆变换以获得图像的增强效果。空域增强是在图像上直接进行数据运算，基本上是以灰度映射变换的。
18.伪彩色增强与假彩色增强是什么？有何异同.
答：不同点：主要差异在于处理对象不同。
（1）伪彩色增强是对一幅灰度图象经过三种变换得到三幅图象，进行彩色合 成得到一幅彩色图像；把黑白图像的各个不同灰度级按照线性或非线性的映射函数变换成不同的彩色，得到一幅彩色图像的技术。使原图像细节更易辨认，目标更容易识别。
（2）假彩色增强则是对一幅彩色图像进行处理得到与原图象不同的彩色图像；对一幅自然彩色图像或同一景物的多光谱图像，通过映射函数变换成新的三基色分量，彩色合成使感兴趣目标呈现出与原图像中不同的、奇异的彩色。
相同点：是利用人眼对彩色的分辨能力高于灰度分辨能力的特点，将目标用人眼敏感的颜色表示。
19.伪彩色增强有哪些方法？
答：密度分割法、灰度级一彩色变换和频率域伪彩色增强三种。
20.彩色图像增强处理包括哪些内容？
答：彩色增强技术是利用人眼的视觉特性，将灰度图像变成彩色图像或改变彩色图像已有彩色的分布，改善图像的可分辨性。彩色增强方法可分为伪彩色增强和假彩色增强两类。
21.由三基色混配各种颜色通常有两种方法：相加混色发和相减混色法，这两种主要区别在哪些方面？
答：（1）相加混色是由发光体发出的光相加而产生的各种颜色，而相减混色是先有白色光，然后从中减去某些成份（吸收）得到各种颜色。
（2）相加混色的三基色是红、绿、蓝，而相减混色的三基色是黄、青、品红。也就是说，相加混色的补色就是相减混色的基色。
22.哪个颜色空间最接近人的视觉系统的特点。
答：在许多实用系统中，大量应用的是HSI 模型，这个模型是由色度（H），饱和度（S ），亮度（I）三个分量组成的，与人的视觉特性比较接近。该模型的重要性在于：一方面消除了亮度成分I 在图像中与颜色信息的联系，另一方面色调H 和饱和度S 分量与人的视觉感受密切相关。基于人的视觉系统的颜色感觉特性，这些特征使HSI 模型成为一个研究图像处理的重要工作。
23.写出腐蚀运算的处理过程。
答：腐蚀运算的处理过程为：
1）扫描原图，找到第一个像素值为1的目标点；
2）将预先设定好形状以及原点位置的结构元素的原点移到该点；
3）判断该结构元素所覆盖的像素值是否全部为1： 如果是，则腐蚀后图像中的相同位置上的像素值为1； 如果不是，则腐蚀后图像中的相同位置上的像素值为0； 4）重复2）和3），直到所有原图中像素处理完成
24.写出膨胀运算的处理工程。
答：膨胀运算的处理过程为：
1）扫描原图，找到第一个像素值为0的背景点；
2）将预先设定好形状以及原点位置的结构元素的原点移到该点；
3）判断该结构元素所覆盖的像素值是否存在为1的目标点：如果是，则膨胀后图像中的相同位置上的像素值为1；如果不是，则膨胀后图像中的相同位置上的像素值为0；4）重复2）和3),直到所有原图中像素处理完成。
25.给出图像空间分辨率的概念，以及空间分辨率对图像质量的影响。
答：图像的空间分辨率是图像中可分辨的最小的细节的质量，采样间隔越小，空间分辨率越高，图像的质量越好；采样的间隔越大，空间分辨率越低，图像的质量越差，严重时会出现块状国际棋盘效应。
26.试说明灰度图像直方图分布与图像对比度之间的关系。
答：1. 直方图分布反映了图像中各个灰度级别的像素数量，而图像对比度描述了图像中不同灰度级别之间的差异程度。2. 当直方图具有明显的峰值或峰值之间的差异较大时，通常表示图像对比度较高，而直方图分布比较平坦或峰值之间差异较小时，图像对比度相对较低。3. 通过调整图像的直方图分布，如直方图均衡化等图像增强技术，可以改变图像的对比度。
五.计算题（14分）基于领域处理的中值滤波、均值滤波（重要）。把输入的图像块，经过处理后的输出的图像块写出来。输入10*10采用和均值滤波器3*3进行均值滤波，写出均值滤波。中值滤波也是。图像的直方图处理，20*20图像，进行直方图处理的结果写出来，过程详细点。直方图的规定化（归类化？）。卷积操作必考。（问题不大）
六.综合设计题：工厂流水线系统上，设计视觉系统，工件缺陷检测，计数。完成系统设计。写出：基本构思，整体框架图，处理模块（详细介绍）。15分
考的细：中值滤波在应对高斯噪声，椒盐噪声哪个更有效。
在彩色图像中，哪三基色。看仔细点。
