2025年數(shù)字圖像處理試卷及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.以下關(guān)于圖像采集設(shè)備的描述中，正確的是（）A.CCD傳感器比CMOS傳感器功耗更高，但噪聲更低B.CMOS傳感器采用全局快門，適合高速動(dòng)態(tài)場景C.CCD傳感器的讀出方式為逐行掃描，速度更快D.CMOS傳感器集成度低，需要額外信號(hào)處理電路2.直方圖均衡化的主要目的是（）A.增強(qiáng)圖像的局部對(duì)比度B.壓縮圖像的動(dòng)態(tài)范圍C.消除圖像中的周期性噪聲D.提高圖像的空間分辨率3.高斯噪聲的概率密度函數(shù)由（）決定A.均值和方差B.峰值和帶寬C.幅度和相位D.頻率和周期4.以下形態(tài)學(xué)操作中，用于連接鄰近物體的是（）A.腐蝕B.膨脹C.開運(yùn)算D.閉運(yùn)算5.二維離散傅里葉變換（DFT）中，圖像的低頻成分主要對(duì)應(yīng)（）A.圖像的邊緣和細(xì)節(jié)B.圖像的整體亮度和對(duì)比度C.圖像的噪聲部分D.圖像的紋理特征6.以下圖像壓縮編碼中，屬于無損壓縮的是（）A.JPEGB.PNGC.MPEG-2D.H.2657.Sobel邊緣檢測算子的核心是（）A.計(jì)算像素的二階導(dǎo)數(shù)B.計(jì)算像素的梯度幅值和方向C.統(tǒng)計(jì)像素的灰度分布D.比較像素與鄰域的均值差異8.彩色圖像RGB轉(zhuǎn)YCrCb空間時(shí)，Y分量表示（）A.亮度信息B.紅色色差C.藍(lán)色色差D.飽和度信息9.以下超分辨率重建方法中，基于學(xué)習(xí)的方法是（）A.雙三次插值B.稀疏表示模型C.最近鄰插值D.雙線性插值10.圖像配準(zhǔn)中，基于特征的方法通常不包括（）A.角點(diǎn)檢測B.邊緣提取C.互信息計(jì)算D.SIFT特征匹配二、填空題（每空1分，共20分）1.圖像量化是將連續(xù)的灰度值映射為有限個(gè)離散值的過程，量化級(jí)數(shù)越多，圖像的_________越高，但存儲(chǔ)量越大。2.空間分辨率通常用_________表示，單位為像素/英寸（ppi）。3.頻域?yàn)V波的基本步驟包括：對(duì)原圖像進(jìn)行_________變換，乘以濾波器函數(shù)，再進(jìn)行逆變換。4.中值濾波的核心是用鄰域內(nèi)像素的_________代替中心像素值，適用于_________噪聲（如椒鹽噪聲）。5.圖像分割的閾值法中，Otsu算法的目標(biāo)是找到閾值T，使得類間_________最大。6.二維離散余弦變換（DCT）的能量集中特性使得其在_________壓縮（如JPEG）中被廣泛應(yīng)用。7.彩色圖像的三基色模型除RGB外，還包括_________（用于印刷）和HSV（用于視覺感知）。8.圖像噪聲的統(tǒng)計(jì)特性通常用_________（描述噪聲幅度分布）和_________（描述噪聲在空間上的相關(guān)性）來表征。9.形態(tài)學(xué)閉運(yùn)算的定義是先_________后_________，其作用是連接鄰近物體、填充小孔。10.圖像編碼的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括_________（如比特率）和_________（如峰值信噪比PSNR）。三、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述灰度變換與直方圖均衡化的區(qū)別與聯(lián)系。2.說明中值濾波的原理及其在圖像處理中的典型應(yīng)用場景。3.比較全局閾值分割與局部閾值分割的優(yōu)缺點(diǎn)，并舉例說明各自的適用場景。4.描述K-L變換（卡南-洛埃夫變換）的特點(diǎn)及其在圖像壓縮中的優(yōu)勢。5.分析圖像配準(zhǔn)的主要步驟及各步驟的關(guān)鍵技術(shù)。四、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.已知某8位灰度圖像的像素灰度分布如下：灰度0有2個(gè)像素，灰度1有4個(gè)像素，灰度2有6個(gè)像素，灰度3有8個(gè)像素，其余灰度（4-7）無像素。若對(duì)該圖像進(jìn)行直方圖均衡化，計(jì)算灰度值為3的像素均衡化后的灰度值（要求寫出計(jì)算步驟）。2.對(duì)3×3的圖像矩陣\[\begin{bmatrix}5&3&7\\2&4&6\\8&1&9\\\end{bmatrix}\]應(yīng)用3×3均值濾波器（模板系數(shù)均為1/9），計(jì)算濾波后中心像素（原坐標(biāo)(2,2)）的灰度值（要求寫出鄰域像素取值及計(jì)算過程）。3.對(duì)8×8的圖像塊進(jìn)行JPEG壓縮，假設(shè)其DCT變換后的直流系數(shù)（DC）為120，交流系數(shù)（AC）中(1,1)位置系數(shù)為-30，(1,2)位置系數(shù)為15，其余AC系數(shù)為0。量化表中對(duì)應(yīng)(0,0)位置的量化步長為10，(1,1)位置為8，(1,2)位置為5。計(jì)算量化后的DC系數(shù)和(1,1)、(1,2)位置的AC系數(shù)（要求寫出量化公式及計(jì)算結(jié)果）。五、綜合題（每題10分，共20分）1.設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)低光照、椒鹽噪聲污染的圖像的處理流程，要求包含去噪、增強(qiáng)兩個(gè)關(guān)鍵步驟。需說明每一步驟選擇的具體方法及其原理，并分析各步驟對(duì)最終結(jié)果的影響。2.基于區(qū)域生長法設(shè)計(jì)一個(gè)圖像分割算法，需明確種子點(diǎn)選擇策略、生長準(zhǔn)則（相似性度量）及終止條件，并討論參數(shù)設(shè)置（如種子點(diǎn)數(shù)量、相似性閾值）對(duì)分割結(jié)果的影響。答案一、單項(xiàng)選擇題1.A2.A3.A4.D5.B6.B7.B8.A9.B10.C二、填空題1.灰度分辨率2.像素密度3.傅里葉（或DFT）4.中值；脈沖5.方差6.圖像7.CMYK8.概率密度函數(shù)；協(xié)方差函數(shù)9.膨脹；腐蝕10.壓縮效率；重建質(zhì)量三、簡答題1.區(qū)別：灰度變換是對(duì)單個(gè)像素的灰度值進(jìn)行映射（如線性/非線性變換），直接調(diào)整圖像對(duì)比度；直方圖均衡化通過統(tǒng)計(jì)全局灰度分布，將原直方圖映射為均勻分布，本質(zhì)是特殊的灰度變換。聯(lián)系：均屬于點(diǎn)處理技術(shù)，通過改變像素灰度值增強(qiáng)圖像；直方圖均衡化可視為灰度變換的一種具體實(shí)現(xiàn)。2.原理：對(duì)每個(gè)像素的鄰域（如3×3）內(nèi)的像素值排序，取中間值替代原像素值。應(yīng)用場景：去除椒鹽噪聲（脈沖噪聲），保留邊緣細(xì)節(jié)；適用于醫(yī)學(xué)影像（如X射線）、衛(wèi)星遙感圖像的噪聲抑制。3.全局閾值：優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡單、效率高；缺點(diǎn)是對(duì)光照不均勻或目標(biāo)與背景灰度重疊的圖像效果差（如陰影區(qū)域）。適用場景：目標(biāo)與背景灰度差異明顯的圖像（如文檔二值化）。局部閾值：優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)局部灰度變化，分割更準(zhǔn)確；缺點(diǎn)是計(jì)算復(fù)雜度高，參數(shù)敏感。適用場景：光照不均勻的自然圖像（如光照變化的田間作物分割）。4.特點(diǎn)：K-L變換是均方誤差最小意義下的最優(yōu)正交變換，具有最佳能量集中性（少量系數(shù)包含大部分能量）。優(yōu)勢：用于圖像壓縮時(shí)，可通過保留前k個(gè)系數(shù)實(shí)現(xiàn)高效壓縮，重建誤差最??；適用于需要高壓縮比且低失真的場景（如遙感圖像壓縮）。5.步驟：①特征提取（關(guān)鍵技術(shù)：角點(diǎn)檢測、SIFT/SURF特征）；②特征匹配（關(guān)鍵技術(shù)：最近鄰匹配、RANSAC剔除誤匹配）；③變換模型估計(jì)（關(guān)鍵技術(shù)：仿射變換、投影變換參數(shù)求解）；④圖像重采樣（關(guān)鍵技術(shù)：雙線性插值、雙三次插值）。四、計(jì)算題1.總像素?cái)?shù)N=2+4+6+8=20?；叶?的累積概率P(0)=2/20=0.1，映射灰度s0=0.1×7≈0（取整）；灰度1的累積概率P(1)=(2+4)/20=0.3，s1=0.3×7≈2；灰度2的累積概率P(2)=(2+4+6)/20=0.6，s2=0.6×7≈4；灰度3的累積概率P(3)=20/20=1.0，s3=1.0×7=7；因此，原灰度3的像素均衡化后灰度值為7。2.中心像素(2,2)的鄰域?yàn)椋篭[\begin{bmatrix}5&3&7\\2&4&6\\8&1&9\\\end{bmatrix}\]鄰域像素值之和=5+3+7+2+4+6+8+1+9=45；均值=45×(1/9)=5；濾波后中心像素灰度值為5。3.量化公式：量化系數(shù)=DCT系數(shù)/量化步長（向下取整）。DC系數(shù)量化：120/10=12（整數(shù)，結(jié)果為12）；(1,1)位置AC系數(shù)量化：-30/8=-3.75，取整為-4；(1,2)位置AC系數(shù)量化：15/5=3，結(jié)果為3；最終量化系數(shù)：DC=12，AC(1,1)=-4，AC(1,2)=3。五、綜合題1.處理流程：①去噪：選擇中值濾波（3×3模板）。原理：通過鄰域中值替代抑制椒鹽噪聲，保留邊緣。影響：減少噪聲點(diǎn)，避免后續(xù)增強(qiáng)放大噪聲。②增強(qiáng)：采用自適應(yīng)直方圖均衡化（CLAHE）。原理：將圖像分塊，對(duì)每塊進(jìn)行直方圖均衡化并限制對(duì)比度，避免全局均衡化的過增強(qiáng)。影響：提升低光照區(qū)域的局部對(duì)比度，保留細(xì)節(jié)。分析：中值濾波優(yōu)先去噪可防止噪聲干擾增強(qiáng)步驟；CLAHE針對(duì)低光照的局部特性，避免全局均衡化導(dǎo)致的偽影（如過度增強(qiáng)的噪聲）。2.區(qū)域生長