光电图像处理参考答案

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=(φ*ω/4π)/S，其中ω=(0.02*π^2cos60)/(1^2)。

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S≈1平方米。

余弦发光体的单位面元向2π立体角空间发出的光通量为：φ=πLdS，因此背投屏幕发出的光通量为：φ=πLS，即L=φ/(πS)≈255 nits。

4.已知F1=[R]，F2=[R]+[G]+[B]，F3=0.5[G]，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2×2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0～3这四个灰度级，则模板一共可以表示0～12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256×256的黑白位图文件、大小

为256×256的256色索引位图文件、大小为256×256的32位真彩色位图文件。 黑白位图：256×256/8

索引位图：256×256

真彩色位图：256×256×4

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。 3 2 1 1

2 2 0 2

1 2 1 1

2 0 1 2

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。

p q

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。

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。 Y

X

A C

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：

22201

(,)(,)(,)1(,)n R u v H u v D u v W D u v D ==??+?????，其中D0等于正弦噪声的频率。

(2) 可采用逆滤波，转移函数为：()5/622(,)1/(,)exp[]R u v H u v c u v ==+。

(3) 可采用最小平方滤波，2

22

1|(,)|(,)(,)|(,)||(,)|H u v R u v H u v H u v Q u v γ=+，其中1(,)()/()H u v J d d πρπρ=，γ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①变长编码的基本思想；②直方图均衡化的原理；③图像熵及编码效率的概念