第9章图像处理与通信
图像处理课后习题答案
图像处理课后习题答案(总10页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章绪论1.模拟图像处理与数字图像处理主要区别表现在哪些方面(什么是图像什么是数字图像什么是灰度图像模拟图像处理与数字图像处理主要区别表现在哪些方面)图像：是对客观对象的一种相似性的、生动性的描述或写真。
数字图像：一种空间坐标和灰度均不连续的、用离散数字（一般用整数）表示的图像。
灰度图像：在计算机领域中，灰度数字图像是每个像素只有一个采样颜色的图像。
在数字图像领域之外，“黑白图像”也表示“灰度图像”，例如灰度的照片通常叫做“黑白照片”。
模拟图像处理与数字图像处理主要区别：模拟图像处理是利用光学、照相方法对模拟图像的处理。
(优点：速度快，一般为实时处理，理论上讲可达到光的速度，并可同时并行处理。
缺点：精度较差，灵活性差，很难有判断能力和非线性处理能力)数字图像处理(称计算机图像处理，指将图像信号转换成数字格式并利用计算机对数据进行处理的过程)是利用计算机对数字图像进行系列操作，从而达到某种预期目的的技术.(优点：精度高，内容丰富，可进行复杂的非线性处理，灵活的变通能力，一只要改变软件就可以改变处理内容)2.图像处理学包括哪几个层次各层次间有何区别和联系数字图像处理可分为三个层次：狭义图像处理、图像分析和图像理解。
狭义图像处理是对输入图像进行某种变换得到输出图像，是一种图像到图像的过程。
图像分析主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，从而建立对图像目标的描述，图像分析是一个从图像到数值或符号的过程。
图像理解则是在图像分析的基础上，基于人工智能和认知理论研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系，对图像内容的含义加以理解以及对原来客观场景加以解译，从而指导和规划行动。
区别和联系：狭义图像处理是低层操作，它主要在图像像素级上进行处理，处理的数据量非常大；图像分析则进入了中层，经分割和特征提取，把原来以像素构成的图像转变成比较简洁的、非图像形式的描述；图像理解是高层操作，它是对描述中抽象出来的符号进行推理，其处理过程和方法与人类的思维推理有许多类似之处。
图像处理与通信教学团队建设
团队成员 自觉将 科研成果运用 于相关课程 教学之 中， 注重 吸收本科 学生参与科研工作 ， 以期提 高学生 的 科研能力 。 １ ．以科研提高教师教学水平 。通 过科研课 题的 申 报， 组织 队伍 、 凝聚力量 ； 通过科研课 题 的研究 实践 ， 锻 炼人才 ； 通过 有经验的学术带头人 的传帮带措施 ， 进 促
一
、
识别 、立体视觉／ 视频处理方 向及通信 教研 室的通信技 术方 向 ， 图像 处理与通信技 术相结合 的特 色方 向 ， 形成 并 以复 杂电子技术为实践支撑 ，达到 了理论教学 与实
践教学 的紧密结合 。 ２ ． 课程设置特色 ， 构成知识结构特 色。教 学团队在
课程设置上充分考 虑二者方 向的有 机结合 ，在 电类 基
础课程上 ， 开展《 信号 与系统》 《 、数字 信号处理》 《 信 、通 原理》等专业 基础课 ，对高年级 的学生开展 《 图像 处 理》《 、光纤通信 》《 、移动通信技 术》等专科课 ，并开 展 《 图像通信 》 等二者方 向融合的课程 。｛ Ｐ Ａ Ｆ Ｇ 设计及应 用》 ＜ Ｓ 技术及 应用》 、Ｄ Ｐ ＜ 等应用技能课程 的开展 ， 为理论 教学提供了实践的平 台。
位 ， 中， 其 教授 ３ 、 人 副教 授３ 、 人 讲师 ３ 、 人 助教 １ ，人 人 ４ 具 有博 士学位 ，０ 以上 １ ，５ ４ 岁４ ，５ 以下５ ５岁 人 ３—９ 人 ３ 岁 人 。高级技术职务教师 比例为６ ％， ０ 中级 以上技术职务 比例 为９ ％； ０ 团队以中青年骨干教师为主体 ， 由教授 、 副 教授 、 师 、 讲 助教组 成梯 次合理 的 队伍 ， 员的学 历结 成 构 、 龄结构 、 年 学缘结构等相对优化 ， 队中既有科 研 、 团 教学教研骨干 ， 又有朝气蓬勃 的新生力量 。 ２目标定位 。 照“ ． 按 充实数量 、 优化结构 、 提高素质 、 增强 能力 ” 的总体要求 ， 通过 国内进修 、 国考察 、 出 技能 培训 、 企业挂 职等多种途径 ， 培养在 通信和 图像 教育领 域具有影 响力的专业 带头人 、 骨干教师 和教学名师 ， 建 设一 支以优秀教师为核心的 业 教学 团队。 重点 围绕 图像处理 与算法研究 和通信 相关技术 的 研究 开发两个方 向 ， 立体 图像处 理 、 器视觉 、 线 在 机 无
图像处理与分析教程 章毓晋 第9章
2
将SNR归一化并用分贝（dB）表示
M 1 N 1 2 f ( x , y ) f x 0 y 0 SNR 10lg M 1 N 1 2 ˆ f ( x, y ) f ( x, y ) x 0 y 0
均方根误差
1 erms MN
第9章
9-14
9.2 图像保真度
客观保真度准则
均方信噪比（SNR）
SNRms
M 1 N 1 x 0 y 0
ˆ 2 ( x, y ) f
M 1 N 1 x 0 y 0
ˆ ( x, y ) f ( x, y ) f
第9章 9-7
9.1 图像压缩和数据冗余
数据冗余类型
编码冗余
对每个信息或事件所赋的符号序列称为码 字，而每个码字里的符号个数称为码字的长度 图像灰度值的出现概率
ps ( sk ) nk n k 0, 1 ， , L 1
为表示每个像素所需的平均比特数
Lavg l ( sk ) ps ( sk )
第9章 9-4
9.1 图像压缩和数据冗余
图像压缩原理
原始图像经编码后成为一串特定的码流像与原始图像相同，称编解码过程是 无损的；解码图像也可以与原始图像不同，称编 解码过程是有损的
第9章 9-5
9.1 图像压缩和数据冗余
图像压缩原理
通过对图像进行编码来压缩数据量的重要方 法是消除冗余数据，即那些代表了无用的信息（ 有时也包括相对不重要的信息），或者是重复地 表示了其他数据已表示信息的数据
k 0
第9章 9-8
L1
9.1 图像压缩和数据冗余
(完整版)数字图像处理每章课后题参考答案
数字图像处理每章课后题参考答案第一章和第二章作业：1.简述数字图像处理的研究内容。
2.什么是图像工程？根据抽象程度和研究方法等的不同，图像工程可分为哪几个层次？每个层次包含哪些研究内容？3.列举并简述常用表色系。
1.简述数字图像处理的研究内容？答：数字图像处理的主要研究内容，根据其主要的处理流程与处理目标大致可以分为图像信息的描述、图像信息的处理、图像信息的分析、图像信息的编码以及图像信息的显示等几个方面，将这几个方面展开，具体有以下的研究方向：1.图像数字化，2.图像增强，3.图像几何变换，4.图像恢复，5.图像重建，6.图像隐藏，7.图像变换，8.图像编码，9.图像识别与理解。
2.什么是图像工程？根据抽象程度和研究方法等的不同，图像工程可分为哪几个层次？每个层次包含哪些研究内容？答：图像工程是一门系统地研究各种图像理论、技术和应用的新的交叉科学。
根据抽象程度、研究方法、操作对象和数据量等的不同，图像工程可分为三个层次：图像处理、图像分析、图像理解。
图像处理着重强调在图像之间进行的变换。
比较狭义的图像处理主要满足对图像进行各种加工以改善图像的视觉效果。
图像处理主要在图像的像素级上进行处理，处理的数据量非常大。
图像分析则主要是对图像中感兴趣的目标进行检测和测量，以获得它们的客观信息从而建立对图像的描述。
图像分析处于中层，分割和特征提取把原来以像素描述的图像转变成比较简洁的非图形式描述。
图像理解的重点是进一步研究图像中各目标的性质和它们之间的相互联系，并得出对图像内容含义的理解以及对原来客观场景的解释，从而指导和规划行为。
图像理解主要描述高层的操作，基本上根据较抽象地描述进行解析、判断、决策，其处理过程与方法与人类的思维推理有许多相似之处。
第三章图像基本概念1.图像量化时，如果量化级比较小时会出现什么现象？为什么？答：当实际场景中存在如天空、白色墙面、人脸等灰度变化比较平缓的区域时，采用比较低的量化级数，则这类图像会在画面上产生伪轮廓（即原始场景中不存在的轮廓）。
高一计算机应用基础 第九章 计算机多媒体技术
高一计算机应用基础第九章计算机多媒体技术1．以下关于多媒体技术的描述中，错误的是（C）。
A．多媒体技术将多种媒体以数字化的方式集成在一起B．多媒体技术是指将多种媒体进行有机组合而成的一种新的媒体应用系统C．多媒体技术就是能用来观看的数字电影技术D．多媒体技术与计算机技术的融合开辟出一个多学科的崭新领域2．以下硬件设备中，不是多媒体硬件系统必须包括的是（D）。
A．计算机最基本的硬件设备B．CD-ROMC．音频输入、输出和处理设备D．多媒体通信传输设备3．以下设备中，不属于音频设备的是（B）。
A．声卡B．DV卡C．音箱D．话筒4．下列对多媒体计算机的描述中，较为全面的一项是（B）。
A．只能用于编辑音频功能的计算机B．带有高分辨率显示设备的、具有大容量内存和硬盘的、包含功能强大中央处理器（CPU）的，并具有音视频处理功能的计算机C．只能用于编辑视频功能的计算机D．带有磁带机的计算机5．以下接口中，一般不能用于连接扫描仪的是（D）。
A．USBB．SCSIC．并行接口D．VGA接口6．以下设备中，不是多媒体计算机中常用的图像输入设备的是（C）。
A．数码照相机B．彩色扫描仪C．条码读写器D．数码摄像机7．下面功能中，不属于多媒体计算机对图形、图像处理能力的基本要求的是（B）。
A．可产生丰富形象逼真的图形B．实现三维动画C．可以逼真、生动地显示彩色静止图像D．实现一定程度的二维动画8．声音文件中，具有较好的压缩效果并保持较好的音质是（C）。
A．WAV文件B．MIDI文件C．MP3文件D．AU文件9．以下对视频设备的描述中，正确的是（B）。
A．视频设备只能采集视频数据，不能播放视频数据B．视频采集卡的功能是用于采集视频数据C．视频采集卡的功能是用于采集音频数据D．视频设备包括音频采样卡、合成器、中高频音箱、话筒、PC的声卡、耳机等10．以下对音频格式文件的描述中，正确的是（A）。
A．MIDI文件很小，但MIDI文件不能被录制，必须使用特殊的硬件和软件在计算机上合成B．MIDI文件很大，是通过麦克风录制的C．WAV文件通常很小，可以从CD、磁带等录制自己的WAV文件D．WAV文件通常比MIDI文件小11．以下对音频格式文件的描述中，正确的是（D）。
第9章 图像颜色和色调调整
来设置文档。【调整】菜单上的颜色和色调调整一次
只能应用于一个图层，并且只会影响目标图层上的图 像。而调整图层则会影响自其以下所有图层。
返 回
9.2 数码相片的颜色环境设置
案例说明： 本节为“数码相片的简单颜色矫正”案例。为取 得更好的效果，在进行图片色彩矫正前需要对 Photoshop的颜色环境进行校正。
案例说明： 本节为“灰度照片”案例。主要通过运用【渐变
映射】或【黑白】命令，将彩色图像转换为无色图像。 如图9.17所示。
图9.17 三种无色图像的转换
9.5.1 操作步骤
方法1：
1.选择【图像】|【调整】|【渐变映射】，或在图层调 板上选择【创建新的填充或调整图层】|【渐变映射】。 2.选择“黑色、白色”渐变。 方法2： 1.选择【图像】|【调整】|【黑白】，或在图层 调板上选择【创建新的填充或调整图层】|【黑白】。 2.根据图像中最为明亮的色彩进行适当调整， 本案例的示例图片中，黄色为明亮颜色，因此适当 调整黄色的数值，由60%调整为100%。
9.5.2 相关知识及注意事项
3．黑白
【黑白】命令可将彩色图像转换为灰度图像，同时保持对各颜色的转 换方式的完全控制。也可以通过对图像应用色调来为灰度着色，例如创建 棕褐色效果。【黑白】命令与【通道混合器】的功能相似，也可以将彩色 图像转换为单色图像，并允许调整颜色通道输入。 对于一般的图片，在不改变图像模式的前提下，可以采用简单方便的 【去色】命令。但因为它只改变图像的色彩值不改变明度值，因此会将一 些存在明度差别但色彩值相同的像素转换为相同灰度，例如黄色在人的视 觉中是属于比较明亮的颜色，而同等纯度的蓝色或绿色则为较暗淡，但经 过去色转换后，两种色调会混合在一起。因此，为了避免这种情况，可以 采用【渐变映射】或【黑白】命令将彩色图像转换为黑白图像。 【渐变映射】适合于色彩比较混杂的图像处理，【黑白】命令比较适 合于具有某一种或几种突出色彩的图像处理。
数字图像处理(许录平着)课后答案(全)
+a
+b
−b +a −a
h ( x, y )e − jux e − jvy dxdy e − jux dx ∫ e − jvy dy
−b
jua
+b
− e e − jvb − e jvb − ju − jv sin ua sin vb = 4E uv =E e
（3） H (u, v ) =
− jua
图像通信
图像输入
处理和分析
图像输出
图像存储
各个模块的作用分别为： 图像输入模块：图像输入也称图像采集或图像数字化，它是利用图像采集设备（如数码照相机、数 码摄像机等）来获取数字图像，或通过数字化设备（如图像扫描仪）将要处理的连续图像转换成适于计 算机处理的数字图像。 图像存储模块：主要用来存储图像信息。 图像输出模块：将处理前后的图像显示出来或将处理结果永久保存。 图像通信模块：对图像信息进行传输或通信。 图像处理与分析模块：数字图像处理与分析模块包括处理算法、实现软件和数字计算机，以完成图 像信息处理的所有功能。
《数字图像处理》各章要求及必做题参考答案
第一章要求 了解图像及图像处理的概念、图像的表达方法、图像处理系统的构成及数字图像处理技术的应用。 必做题及参考答案 1.4 请说明图像数学表达式 像？ 解答：
I = f (x, y, z, λ , t,) 图像数学表达式 中， （x,y,z）是空间坐标，λ是波长，t 是时间，I 是光点（x,y,z） 的强度（幅度） 。 上式表示一幅运动 (t) 的、彩色/多光谱 (λ) 的、立体（x,y,z）图像。
⎡10 ⎢0 则 F1 = H 4 f1 H 4 = ⎢ ⎢0 ⎢ ⎣0 ⎡16 ⎢0 F3 = H 4 f 3 H 4 = ⎢ ⎢0 ⎢ ⎣0
图像通信原理
图像通信原理图像通信原理基于数字图像处理和信号传输的原理，主要分为以下几个步骤：采样：将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
图像通信中的采样过程使用光传感器或CCD（电荷耦合器件）等设备将光信号转换为电信号，然后将这些模拟信号通过模数转换器转换为数字信号。
量化：将连续的信号离散化为一系列离散的量化级别，以便用于数字传输。
在图像通信中，量化将数字信号的幅度范围划分为一系列离散的亮度级别，并分配给每个级别一个特定的数字值。
编码：将图像的像素值转换为二进制码，以便传输和存储。
常用的图像编码方法包括无损编码和有损编码。
无损编码方法可以确保图像质量不受损失，但需要较大的存储和传输带宽。
有损编码方法可以通过牺牲一些图像细节来实现较高的压缩比，用较少的存储和传输带宽来表示图像。
信道编码：对传输过程中受到噪声和干扰的数字信号进行纠错编码，以提高信号的可靠性和传输效率。
常用的信道编码方法包括卷积码和纠正码。
调制：将编码后的数字信号转换为适合传输的模拟信号。
在图像通信中，调制方法主要有幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）等。
传输：将调制后的模拟信号通过信道进行传输。
信道可以是电缆、光纤或无线信道等。
在传输过程中，信号可能会受到噪声、衰减和干扰等因素的影响。
解调：接收端将传输过程中的模拟信号还原为数字信号。
解调方法与调制方法相对应，常用的解调方法包括ASK解调、FSK解调和PSK解调等。
译码：将解调后的数字信号还原为原始的图像像素值。
译码过程与编码过程相对应，通过逆向操作可以恢复编码时所使用的方法来解码图像。
重建：根据译码后的图像数据，将数字信号恢复为原始的模拟图像。
常用的重建方法包括插值、滤波和放大等。
总的来说，图像通信原理是将连续的模拟图像信号转换为数字信号并进行各种编码、调制、传输、解调、译码和重建等处理的过程，以实现图像的传输和存储。
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9.1 图像中的数据冗余的概念
图象的视觉冗余 （彩色）
28 * 28 * 28 = 224 224 = 16,777,216
(248,27,4)
(251,32,15)
(248,27,4)
(248,27,4)
9.1 图像中的数据冗余的概念
图像冗余信息分析结论
由于一幅图像存在数据冗余和主观视觉冗余，我 们的压缩方式就是从这两方面着手来开展的。
7
编码： f=0 e=10 a=110 b=1111 c=11100 d=11101
110110110110111111111111111001110011101101 01010100000000
(共 7*1+5*2+4*3+3*4+2*5+1*5=56 bits)
(2) Huffman 编码
f 7/22
9.2 图像的压缩编码
行程编码
像素编码
算术编码
第
一
熵编码
代
压
增量调制
缩
预测编码
编
DPCM调制
码
变换编码
DCT变换
其他编码
位平面编码
9.2 图像的压缩编码
子带编码
第
二 代
分层编码
压
缩 编
分型编码
码
模型编码
(1)行程编码(RLE编码)
基本原理：
通过改变图像的描述方式，来实现压缩。将一行 中颜色值相同的相邻像素用一个计数值和该颜色 值来代替。
(2) “这是一幅2*2的图 像，整幅图都是红色的”。
9.1 图像中的数据冗余的概念
图像冗余无损压缩的原理
16 RGB 从原来的16*3*8=284bits压缩为：(1+3)*8=32bits
9.1 图像中的数据冗余的概念
图像冗余有损压缩的原理
9.1 图像中的数据冗余的概念
实际图像中冗余信息的表现（灰度图）
1
e 5/22 a 4/22 0
b 3/22
1
c 2/22 d 1/22 0
1
9/22
1 13/22 0
22/22
1 0
3/22
0 6/22
f=01 e=11 a=10 b=001 c=0001 d=0000
(2) Huffman 编码
aaaa bbb cc d eeeee fffffff （共22*8=176 bits)
4 3 21 5
7
经过Huffman编码之后的数据为：
10101010100010010010001000100001111111111010101 01010101
(共 7*2+5*2+4*2+3*3+2*4+1*4=53 bits)
举例说明：
aaaa bbb cc d eeeee fffffff (共22*8=176 bits)
4a3b2c1d5e7f
(共12*8=96 bits)
(1) 行程编码(RLE编码)
在传真中的应用：
传真件中一般都是白色比较多，而黑色相对比较 少。所以可能常常会出现如下的情况： 600W 3b 100w 12b 4w 3b 200w 上面的行程编码所需用的字节数为： 因为：512<600<1024 所以：计数值必须用10bit来表示
(10*2+7=27个半角字符） 结论：只要接收端不会产生误解，就 可以减少承载信息的数据量。
9.1 图像中的数据冗余的概念
由此我们知道，整理图 像的描述方法可以达到 压缩的目的。
描述语言 (1) “这是一幅 2*2的 图像，图像的第一个像 素是红的，第二个像素 是红的，第三个像素是 红的，第四个像素是红 的”。
基本原理：
为了达到更大的压缩率，提出了一种方法，就是 将在图像 中出现频度大的像素值给一个比较短的编码，将出现频度 小的像数值给一个比较长的编码。
(2) Huffman 编码（熵编码）
举例说明：
aaaa bbb cc d eeeee fffffff （共22*8=176 bits)
4
Mbps的通信回路。 参考数据：宽带网为512K,电话线为56K。 存储时，1张CD可存640M，则仅可以存放2.89秒
的数据。
9 图像的编码技术
图像传输与存储需要的信息量空间：
(b)传真数据 如果只传送2值图像，以200dpi的分辨率传
输，一张A4稿纸的内容的数据量为： 1654*2337*1=3888768bit
按目前14.4K的电话线传输速率，需要传送的时 间是：270秒（4.5分）
按每分钟4元计算：18元
9 图像的编码技术
由于通信方式和通信对象的改变带来的最大问题是：
传输带宽、速度、存储器容量的限制。
给我们带来的一个难题，也给了我们一个机会：
如何用软件的手段来解决硬件上的物理极限。
图像通信系统模型
图像信息源
10*7=70bit
(1) 行程编码(RLE编码)
在传真中的应用：
现在我们就希望对其有一个改善。 白色：10bit，黑色：4bit 600W 3b 100w 12b 4w 3b 200w 所需字节数为：
4*10+3*4=52bit 比原来的方式10*7=70bit减少了18bit
(2) Huffman 编码（熵编码）
图像预处理
信道编码 解调
调制 信道解码
图像信源 编码
信道传输
图像信源 解码
显示图像
9.1 图像中的数据冗余的概念
你的妻子，Helen，将于明天晚上6点零5分在上海的虹 桥机场接你。
(23*2+10=56个半角字符) 你的妻子将于明天晚上 6点零5分在虹桥机场接你。
(20*2+3=43个半角字符） Helen将于明晚6点在虹桥接你。
9 图像的编码技术
(1)图像编码技术的研究背景：
信息传输方式发生了很大的改变 通信方式的改变
文字+语音图像+文字+语音
通信对象的改变
人与人人与机器，机器与机器
9 图像的编码技术
图像传输与存储需要的信息量空间：
(a)彩色视频信息 对于电视画面的分辨率640*480的彩色图像， 每秒30帧，则一秒钟的数据量为： 640*480*24*30=221.12M
(a) 因为有数据冗余，当我们将图像信息的描述方 式改变之后，可以压缩掉这些冗余。
(b) 因为有主观视觉冗余，当我们忽略一些视觉不 太明显的微小差异，可以进行所谓的“有损” 压 缩。
9.2 图像的压缩编码
第一代压缩编码
八十年代以前，主要是根据传统的信源编码方法。
第二代压缩编码
八十年代以后，突破信源编码理论，结合分形、模型基、 神经网络、小波变换等数学工具，充分利用视觉系统生理 心理特性和图像信源的各种特性。