图像通信课后作业

第一章 图像与数字图像通信1-1.图像的分类方法有哪些？答：按照图像的传输方式、表现形式以及生成方法进行各种不同的分类。

按照图像信号的传输方式可分为模拟图像和数字图像。

模拟图像指在空间和亮度上连续取值的图像。

对连续图像在空间、亮度上进行离散化，即为数字图像。

按照图像的存在形式可分为实际图像和抽象图像。

实际图像时物质或能量的一种分布，又可分为可见图像和不可见图像，可见图像是指人眼能够看到并接受的图像，包括照片、绘画、图纸等图片和由光学镜头、光栅和衍射图生成的光学图像等。

不可见图像如温度、压力、高度和人口密度分布图等。

抽象图像指数学函数图像，包括连续函数和离散函数等。

按照图像的光谱特性分类，可分为二值图像、灰度图像和彩色图像。

二值图像例如文字、线形图等。

灰度图像每个像点只有一个亮度值，例如黑白照片、黑白电视机画面等。

彩色图像又称多光谱图像，通常用三基色分量图像或亮度与色度分量图像联合表示，图像上的每个点有多于一个的局部性质。

例如，在彩色摄影和彩色电视中重现的所谓三基色（红、绿、蓝）图像，每个像点就分别对应三个基色的三个亮度值。

按照图像是否随时间而变化分类，可分为活动图像和静止图像。

活动图像指随时间而变化的图像，例如电影和电视画面等。

静止图像指不随时间而变化的图像，例如各类静止图片等。

1-2.简述图像的表示方法。

答：对于连续图像而言，可以用()A x,y,z,t 来表示，其中，()x,y,z 表示像点的空间坐标，而t 表示时间。

如果忽略时间，并将图像简化为二维图像，就可以得到图像的基本形式为,,()f x y A x y E λλλ∞⎰0()=(,)d ,)A x y λ(,表示视觉对象的辐射能量；λ是波长；()E λ代表波长为λ的单位辐射能量所产生的等效亮度，称为亮度敏感函数。

对于彩色图像，可按三基色原理分解为红、绿、蓝三个单色图像分量，即,,(),,(),,()R R G G B B f x y A x y E f x y A x y E f x y A x y E λλλλλλλλλ∞∞∞⎰⎰⎰000()=(,)d ()=(,)d ()=(,)d ()R E λ、()G E λ、()B E λ分别代表波长为λ的单位辐射能量所产生的等效红、绿、蓝分量的强度。

对于数字图像，其可以用一个二维序列表示：(,),0,1,2...1;0,1,2...1f x y x M y N =-=-也可以表示为一个M 行N 列的矩阵：()f f f f f f x f f ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦(0,0)(0,1)...(0,N-1)(1,0)(1,1)...(1,N-1)=......(M-1,0)......(M-1,N-1)f ,y 还可以将上述矩阵按行或按列堆叠为一个一维的矢量：T [(0,0) (0,1) ... (0,) ... (1,0) (1,1) ... (1,1)]F f f f N -1f M f M f M N =----1-5.简述图像通信的发展方向。

答：图像通信的发展正向着以下5个方向发展。

1. 提高硬件处理速度不仅要提高计算机处理速度，而且要使A/D 和D/A 的处理实时化。

2. 多种业务的集成化，进一步降低成本同一台设备、同一个信道力求做到可提供多种业务，以最少的代价，集成更多种业务，尽可能地提供更多的服务。

3. 终端机趋向智能化在图像通信系统中广泛引入计算机，提供满足多种不同要求的图像信息。

4. 传输方式趋向数字化数字传输具有抗干扰性强、便于压缩编码和处理、易于加密等一系列优点，在图像传输中获得了广泛应用。

5. 新理论和新算法的研究图像处理领域近年出现的新理论和新算法，如小波、分形、形态学、遗传算法以及神经网络等未来将在图像通信领域取得重要应用。

1-6.简述人眼的视觉特性？答：人眼适应性很强，人眼的适应性包括暗适应性和亮适应性。

暗适应性表示当人们从强光环境进入较暗的房间时，很难马上看到东西；亮适应性表示当光线突然由暗变为亮时，人也会看不见东西，但可以很快地恢复。

人眼还具有很好的对比灵敏度。

人眼很难正确判断亮度的绝对大小，但是当判定两个亮度中何者较大时，能力突出。

人眼的空间分辨力和时间分辨力都很有限。

当视角小于某个值时，人眼无法判辨相邻的像点，这个视角一般为1分。

时间分辨力指人眼对于随时间而变化的目标的分辨能力。

人眼的亮度感觉不会随着所观察的物体亮度的消失而立即消失，而是需要一定的过渡时间，这个现象称为视觉惰性。

实验表明，在过渡期内，亮度感觉按指数规律逐渐减小。

若重复频率高于24Hz ，人眼不能分辨相邻两帧画面之间的差别。

人眼对突变的亮度刺激还有马赫效应。

当亮度发生跃变时，视觉上感到边缘的亮侧更亮，暗侧更暗。

人眼还具有边缘掩盖效应，即人眼更容易看到平坦区域的干扰信号，不容易看到边缘区域的干扰信号。

边缘区域的干扰信号可以比平坦区域大3-4倍而不被发现。

1-7.图像的质量评价方法有哪些？试比较其优缺点。

答：图像的评价方法有主观法和客观法。

因为图像的最终接受者是人，主观法的评价结果是最可靠的。

但主观法的评价结构与许多因素有关，包括评价人员的经验、观看条件(如室内照明、显示器的对比度以及亮度等)。

客观法可对图像质量进行定量描述，并且比较简单、易于操作，一致性好。

但由于客观法通常使用均方误差和信噪比作为测度，所以仅能反应图像的全范围平均质量，不能反映图像每一局部的质量。

因此，客观法的评价结果往往与主观评价不一致。

客观法的评价结果相对于主观法不可靠。

A.分析电视、会议电视、Teletext 、Videotex 、CATV 、VOD 以及HDTV 的异同？（从定义，应用场合，特点分析）答：电视是一种图像通信系统，早期的电视本质上是图像广播系统。

用户只能接收电视台发出的视频节目，选择看或不看，而无法决定看什么以及什么时间看。

会议电视利用视讯技术和设备通过现代通讯网络，在远程异地以电视方式召开实时、双向、交互式的可视会议的一种多媒体通信方式。

利用电视信号场消隐期间的时域空隙,附加播送代表文字、图形的数码,观众用接收附加器解码后可在电视机屏幕上收看的一种技术,称为图文电视,又称电视文字广播。

图文电视适用于新闻简报、天气预报、广告和社会信息传播。

可视图文系统根据用户终端输入的检索要求，从数据库中找出用户所需的信息，以数据的形式通过电信网传送到用户终端，经过解码，也就是把数据变换同成字符、图形或图像的方式，在用户终端的屏幕上显示出来，有的还加上声音说明。

CA TV 用射频电缆或光缆来传输、分配和交换声音、图像及数据信息的电视系统，又称有线电视。

VOD 视频点播是计算机技术、网络技术、多媒体技术发展的产物，是一项全新的信息服务。

它摆脱了传统电视受时空限制的束缚，解决了一个想看什么节目就看什么，想何时看就何时看的问题。

HDTV 是高清晰度电视，分辨率最高可达1920×1080，帧率高达60fps ，HDTV 的屏幕宽高比也由原先的4:3变成了16:9。

以上几个系统都是图像通信系统，都是利用图像来传递信息，其表现形式相同。

电视和CATV 以及HDTV 都是电视，只是传输媒介和格式不同；图文电视在电视基础上增加了文字传播，其接收需要额外的解码电路；VOD 彻底改观了电视的传统模式，解决了电视对于观众的时空限制问题；会议电视仅仅借用了电视技术，或者说用电来传递视信号而已，是电视技术的一个具体应用。

第二章 图像分析与正交变换2-2. 已知系统的冲激响应如下： 0.125, 1, 10.25, 1, 00.25, 0, 1(,)0.5, 0, 00, x y x y x y h x y x y =±=±⎧⎪=±=⎪⎪==±=⎨⎪==⎪⎪⎩其他求系统的频率响应。

答：因为(,)(,)exp{j2π()}d d H u v h ux vy αβαβ∞∞-∞-∞=-+⎰⎰，(,)(1,1)exp{j2()}(1,1)exp{j2()}(1,1)exp{j2()}(1,1)exp{j2()}(0,0)exp{j2(00)}(1,0)exp{j2()}(1,0)exp{j2()}(0,1)exp{j2()}(0,1)exp{j2()}H u v h u v h u v h v u h u v h u v h u h u h v h v πππππππππ=-++---+---+-----+-⨯-⨯+-+---+-+---0.50.125{cos 2()sin 2()cos 2()sin 2()cos 2()sin 2()cos 2()sin 2()}0.25{cos(2)sin(2)cos(2)sin(2)cos(2)sin(2)cos(2)sin(2)}0.50.125{2cos 2()u v u v u v u v u v u v u v u v u u u u v v v v u v πππππππππππππππππ=++-++---+-+-+++++-+++-++=+++2cos 2()}0.25{2cos 22cos 2}0.50.25{cos 2()cos 2()2cos 22cos 2}0.5(1cos 2)(1cos 2)u v u v u v u v u v u v πππππππππ-++=+++-++=++2-4. 叙述二维抽样定理，回答什么是混叠失真。

答：对于二维带限信号(,)c f x y ，如果其二维傅里叶变换只在c u U ≤和c v V ≤的范围内不为零，那么当取样间隔12c x U ≤，12c y V ≤时，该信号就能准确地从其均匀矩形抽样(,)d f x y 中恢复出来。

这就是二维抽样定理。

根据二维傅里叶变换以及冲激函数的性质，(,)d f x y 的频谱是(,)c f x y 频谱的位移叠加。

如果取样间隔12c x U ≤，12c y V ≤不能满足， (,)d f x y 的频谱就会发生叠加，恢复出来的信号将发生失真。

这种失真即为混叠失真。

2-6. 主观准则量化器的设计原理是什么？答：主观准则量化器即根据人眼的视觉特性对离散图像进行量化。

由于人眼对于对于平坦区域敏感，即便是较小的量化误差也很容易发现，而在图像边缘相邻两侧的亮度值相差很大，即便是较大的量化误差人眼也不容易发现。

这称为人眼的掩盖效应。

由于图像失真的最终判定用户是人的视觉，所以利用掩盖效应，，对平坦区域的量化间隔设计小一些，在细节丰富的区域或边界处，量化间隔大一些，以减少量化分层总数。

这就是主观准侧量化器的设计原理。

2-8. 二维DFT 具有位移性，试用傅里叶积分定义式证明（证明2-83和2-84更好）0000(,y )F(,)f x x y u u v v --↔--成立。