2025年圖形圖像題庫(kù)及答案一、數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)1.選擇題（單選）：以下關(guān)于數(shù)字圖像采樣與量化的描述，正確的是？A.采樣決定圖像的灰度級(jí)數(shù)，量化決定圖像的空間分辨率B.采樣是將連續(xù)圖像在空間上離散化，量化是將像素值離散化為有限數(shù)值C.提高采樣頻率會(huì)減少圖像中的噪聲，提高量化位數(shù)會(huì)降低圖像動(dòng)態(tài)范圍D.采樣和量化均屬于圖像編碼階段的操作答案：B解析：采樣（Sampling）是將連續(xù)的空間坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為離散的像素位置，決定圖像的空間分辨率；量化（Quantization）是將連續(xù)的灰度值轉(zhuǎn)換為離散的整數(shù)灰度級(jí)，決定灰度級(jí)數(shù)。A選項(xiàng)混淆了兩者的定義；C選項(xiàng)中提高量化位數(shù)會(huì)增加動(dòng)態(tài)范圍；D選項(xiàng)采樣和量化屬于圖像獲取階段，編碼是后續(xù)壓縮步驟。2.簡(jiǎn)答題：簡(jiǎn)述RGB色彩空間與CMYK色彩空間的本質(zhì)區(qū)別及應(yīng)用場(chǎng)景。答案：本質(zhì)區(qū)別：RGB（紅、綠、藍(lán)）是加色模型，通過(guò)光的疊加混合產(chǎn)生顏色，適用于自發(fā)光設(shè)備（如顯示器）；CMYK（青、品紅、黃、黑）是減色模型，通過(guò)吸收環(huán)境光中的顏色成分混合產(chǎn)生顏色，適用于反射式輸出（如印刷品）。應(yīng)用場(chǎng)景：RGB廣泛用于數(shù)字顯示、屏幕圖像編輯；CMYK用于印刷行業(yè)，因印刷油墨通過(guò)吸收光線(xiàn)呈現(xiàn)顏色，需四色疊加實(shí)現(xiàn)全色域覆蓋。3.綜合題：給定一幅8位灰度圖像（分辨率512×512），其灰度直方圖顯示大部分像素集中在0-63和192-255兩個(gè)區(qū)間，中間灰度（64-191）分布稀疏。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種圖像增強(qiáng)方法改善視覺(jué)效果，并說(shuō)明原理與步驟。答案：建議采用直方圖規(guī)定化（HistogramSpecification）方法。原理：通過(guò)調(diào)整圖像的灰度分布，使其直方圖接近預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)分布（如均勻分布），從而擴(kuò)展中間灰度區(qū)域的動(dòng)態(tài)范圍，增強(qiáng)對(duì)比度。步驟：①計(jì)算原圖像的累積直方圖H?(k)（k=0~255）；②設(shè)計(jì)目標(biāo)累積直方圖H?(k)（如均勻分布時(shí)H?(k)=k/255）；③對(duì)每個(gè)原灰度級(jí)k，找到最小的m，使得H?(m)≥H?(k)，建立映射關(guān)系k→m；④用該映射對(duì)原圖像每個(gè)像素的灰度值進(jìn)行變換，得到增強(qiáng)后的圖像。二、圖像增強(qiáng)與復(fù)原4.選擇題（多選）：以下哪些操作屬于圖像銳化處理？A.高斯模糊B.拉普拉斯算子卷積C.非局部均值去噪D.Sobel邊緣檢測(cè)后疊加原圖答案：B、D解析：銳化用于增強(qiáng)圖像邊緣和細(xì)節(jié)，核心是突出高頻成分。拉普拉斯算子（二階微分）可檢測(cè)邊緣并增強(qiáng)；Sobel（一階微分）檢測(cè)邊緣后疊加原圖屬于邊緣增強(qiáng)，均為銳化。高斯模糊（低通濾波）和非局部均值（去噪）屬于平滑處理。5.簡(jiǎn)答題：比較均值濾波與中值濾波在噪聲抑制中的差異，說(shuō)明各自適用場(chǎng)景。答案：差異：均值濾波（線(xiàn)性）通過(guò)鄰域像素的平均值替代中心像素，會(huì)模糊邊緣；中值濾波（非線(xiàn)性）用鄰域像素的中值替代，對(duì)脈沖噪聲（如椒鹽噪聲）抑制效果更優(yōu)，能較好保留邊緣。適用場(chǎng)景：均值濾波適用于高斯噪聲環(huán)境下的平滑處理，但需容忍邊緣模糊；中值濾波適用于椒鹽噪聲（如圖像傳輸中的隨機(jī)干擾），尤其在需要保留細(xì)節(jié)的場(chǎng)景（如醫(yī)學(xué)影像、文本掃描）中更常用。6.綜合題：某監(jiān)控?cái)z像頭拍攝的夜間圖像存在嚴(yán)重的高斯噪聲（均值0，方差σ2=25）和運(yùn)動(dòng)模糊（點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)為水平方向長(zhǎng)度5的線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)）。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)復(fù)原流程，并說(shuō)明關(guān)鍵步驟的數(shù)學(xué)模型。答案：復(fù)原流程：先估計(jì)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)（PSF），再進(jìn)行噪聲抑制與模糊復(fù)原，最后增強(qiáng)對(duì)比度。關(guān)鍵步驟：①PSF估計(jì)：根據(jù)運(yùn)動(dòng)方向（水平）和長(zhǎng)度（5），PSF可建模為h(x,y)=1/5（x∈[0,4],y=0），其余為0；②維納濾波復(fù)原：考慮噪聲與模糊的聯(lián)合影響，頻域復(fù)原公式為：G(u,v)=[H(u,v)/(|H(u,v)|2+K)]F(u,v)其中H為PSF的傅里葉變換，K=σ2/|f(u,v)|2（f為原圖像功率譜，實(shí)際中可用經(jīng)驗(yàn)值替代）；③去噪優(yōu)化：若維納濾波后仍有殘留噪聲，可采用雙邊濾波（結(jié)合空間鄰近度和灰度相似性）進(jìn)一步平滑，保留邊緣；④對(duì)比度調(diào)整：通過(guò)直方圖均衡化或CLAHE（限制對(duì)比度自適應(yīng)直方圖均衡）增強(qiáng)低光照區(qū)域細(xì)節(jié)。三、圖像分割與特征提取7.選擇題（單選）：基于區(qū)域的圖像分割方法中，“區(qū)域生長(zhǎng)”的核心是？A.設(shè)定閾值劃分像素B.利用邊緣梯度差異C.選擇種子點(diǎn)并合并相似鄰域D.對(duì)圖像進(jìn)行聚類(lèi)分析答案：C解析：區(qū)域生長(zhǎng)從種子點(diǎn)出發(fā)，將鄰域中滿(mǎn)足相似性條件（如灰度、紋理）的像素合并到同一區(qū)域，屬于區(qū)域合并類(lèi)方法。A是閾值法，B是邊緣檢測(cè)，D是聚類(lèi)（如K-means）。8.簡(jiǎn)答題：簡(jiǎn)述SIFT特征與ORB特征的主要區(qū)別及各自?xún)?yōu)勢(shì)。答案：區(qū)別：-SIFT（尺度不變特征變換）基于高斯差分金字塔檢測(cè)尺度不變關(guān)鍵點(diǎn)，計(jì)算128維梯度方向直方圖描述子，對(duì)旋轉(zhuǎn)、尺度、光照變化魯棒；-ORB（OrientedFASTandRotatedBRIEF）結(jié)合FAST關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)（速度快）和BRIEF描述子（二進(jìn)制特征，存儲(chǔ)與匹配效率高），通過(guò)灰度質(zhì)心法賦予方向不變性。優(yōu)勢(shì)：SIFT匹配精度高，適用于復(fù)雜場(chǎng)景（如全景拼接、目標(biāo)識(shí)別）；ORB計(jì)算速度快（約SIFT的100倍），適合實(shí)時(shí)應(yīng)用（如AR、無(wú)人機(jī)導(dǎo)航）。9.綜合題：針對(duì)一副細(xì)胞顯微圖像（背景為均勻灰色，細(xì)胞呈圓形、灰度高于背景但內(nèi)部灰度不均），設(shè)計(jì)分割算法并驗(yàn)證效果。答案：算法設(shè)計(jì)：①預(yù)處理：高斯平滑（σ=1）去除噪聲，保留細(xì)胞邊緣；②閾值分割：采用Otsu自動(dòng)閾值法，根據(jù)背景與細(xì)胞的雙峰直方圖確定最佳閾值T，將圖像二值化為細(xì)胞（灰度>T）和背景（灰度≤T）；③形態(tài)學(xué)處理：使用3×3結(jié)構(gòu)元素進(jìn)行閉運(yùn)算（先膨脹后腐蝕），填充細(xì)胞內(nèi)部小孔，連接斷裂邊緣；④連通區(qū)域分析：標(biāo)記所有連通區(qū)域，根據(jù)圓形度（4π面積/周長(zhǎng)2）篩選目標(biāo)（圓形度接近1），排除雜質(zhì)；驗(yàn)證方法：-主觀評(píng)價(jià)：觀察分割結(jié)果是否完整保留細(xì)胞輪廓，無(wú)漏分割或過(guò)分割；-客觀評(píng)價(jià)：計(jì)算Dice相似系數(shù)（DSC=2|A∩B|/(|A|+|B|)），其中A為手動(dòng)標(biāo)注的細(xì)胞區(qū)域，B為算法分割結(jié)果，DSC>0.9視為有效。四、三維圖形建模與渲染10.選擇題（多選）：以下哪些屬于三維網(wǎng)格模型的拓?fù)鋵傩?？A.頂點(diǎn)坐標(biāo)B.邊的連接關(guān)系C.面的鄰接關(guān)系D.紋理映射坐標(biāo)答案：B、C解析：拓?fù)鋵傩悦枋瞿Ｐ偷倪B接結(jié)構(gòu)（如頂點(diǎn)如何連接成邊，邊如何圍成面），不涉及幾何位置（頂點(diǎn)坐標(biāo)）或外觀（紋理坐標(biāo)）。11.簡(jiǎn)答題：比較Phong光照模型與PBR（基于物理的渲染）的核心差異，說(shuō)明PBR的優(yōu)勢(shì)。答案：核心差異：-Phong模型假設(shè)物體表面為理想鏡面，通過(guò)環(huán)境光、漫反射、鏡面反射的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算顏色，不考慮光線(xiàn)的多次反射與能量守恒；-PBR基于真實(shí)物理規(guī)律，模擬光線(xiàn)與表面的相互作用（如微表面理論、菲涅爾效應(yīng)），通過(guò)粗糙度（Roughness）和金屬度（Metallic）等參數(shù)控制材質(zhì)屬性，更符合真實(shí)世界的光照傳播。優(yōu)勢(shì)：PBR渲染結(jié)果更真實(shí)，尤其在復(fù)雜光照環(huán)境（如全局光照、多光源）下，無(wú)需手動(dòng)調(diào)整參數(shù)即可逼近真實(shí)視覺(jué)效果，廣泛應(yīng)用于影視特效（如《阿凡達(dá)》）和3A游戲（如《賽博朋克2077》）。12.綜合題：使用Blender軟件建模一個(gè)帶紋理的陶瓷茶杯（含杯身、杯把、杯底），簡(jiǎn)述關(guān)鍵步驟及注意事項(xiàng)。答案：關(guān)鍵步驟：①基礎(chǔ)建模：-杯身：添加圓柱體（半徑5cm，高度10cm），通過(guò)縮放頂點(diǎn)調(diào)整為上寬下窄的流線(xiàn)型；-杯把：添加bezier曲線(xiàn)，轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格后調(diào)整為弧形，與杯身布爾運(yùn)算（聯(lián)合）連接；-杯底：添加圓盤(pán)（半徑略大于杯身底部），與杯身底部合并。②拓?fù)鋬?yōu)化：檢查網(wǎng)格是否存在三角面、極點(diǎn)（度數(shù)>5的頂點(diǎn)），使用“重拓?fù)洹惫ぞ呱删鶆蛩倪呅尉W(wǎng)格，避免渲染時(shí)出現(xiàn)瑕疵。③紋理映射：-顏色紋理：繪制或?qū)胩沾捎悦娴馁N圖（如白色帶青花圖案），UV展開(kāi)時(shí)確保接縫隱藏在杯把后方；-法線(xiàn)貼圖：通過(guò)高模烘焙生成，增強(qiáng)釉面的凹凸細(xì)節(jié)（如釉料流動(dòng)痕跡）；-粗糙度貼圖：設(shè)置杯身表面為低粗糙度（光滑），杯底為高粗糙度（防滑）。④光照與渲染：-使用Cycles渲染引擎，設(shè)置點(diǎn)光源模擬室內(nèi)燈光，添加環(huán)境光遮蔽（AO）增強(qiáng)立體感；-調(diào)整相機(jī)角度（45°俯角），確保杯把與杯身比例協(xié)調(diào)，無(wú)變形。注意事項(xiàng)：-建模時(shí)保持單位統(tǒng)一（如全部使用厘米），避免縮放導(dǎo)致的精度丟失；-UV展開(kāi)需避免重疊與拉伸，可通過(guò)“智能UV項(xiàng)目”自動(dòng)展開(kāi)后手動(dòng)調(diào)整；-渲染前檢查材質(zhì)節(jié)點(diǎn)連接（如顏色貼圖是否正確連接到PrincipledBSDF的BaseColor輸入），防止紋理不顯示。五、圖像壓縮編碼與標(biāo)準(zhǔn)13.選擇題（單選）：JPEG2000相比JPEG的核心改進(jìn)是？A.采用DCT變換替代小波變換B.支持漸進(jìn)傳輸與感興趣區(qū)域編碼C.僅支持無(wú)損壓縮D.壓縮比降低但質(zhì)量提升答案：B解析：JPEG2000基于離散小波變換（DWT），支持“質(zhì)量漸進(jìn)”（從模糊到清晰）和“空間漸進(jìn)”（從局部到整體）傳輸，可對(duì)感興趣區(qū)域（ROI）分配更多碼率，而JPEG基于DCT，僅支持單一分辨率編碼。14.簡(jiǎn)答題：簡(jiǎn)述H.265/HEVC相比H.264/AVC在壓縮效率上的提升機(jī)制。答案：提升機(jī)制：①更靈活的編碼單元（CU）：H.264使用16×16宏塊，H.265支持4×4~64×64的CU自適應(yīng)劃分，更好匹配圖像紋理；②更精細(xì)的預(yù)測(cè)模式：引入多角度的幀內(nèi)預(yù)測(cè)（如35種方向）和雙向光流預(yù)測(cè)（AMVP），減少冗余；③變換與量化優(yōu)化：采用廣義二維變換（GBI-T）替代DCT，支持更大的變換塊（32×32），提高高頻細(xì)節(jié)保留能力；④熵編碼改進(jìn)：用上下文自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼（CABAC）替代CAVLC，提升碼流效率。綜合上述改進(jìn)，H.265在相同畫(huà)質(zhì)下比H.264節(jié)省50%碼率。15.綜合題：設(shè)計(jì)一個(gè)針對(duì)4K視頻（3840×2160，30fps，10bitHDR）的壓縮方案，要求兼顧畫(huà)質(zhì)與存儲(chǔ)效率，并說(shuō)明關(guān)鍵參數(shù)選擇依據(jù)。答案：壓縮方案：采用H.266/VVC（VersatileVideoCoding）標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合以下參數(shù)：①編碼結(jié)構(gòu)：使用LDP（LowDelayP）模式，GOP（畫(huà)面組）長(zhǎng)度設(shè)為60（2秒），包含1個(gè)I幀、59個(gè)P/B幀，平衡隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)與壓縮效率；②編碼單元（CU）：最大CU尺寸64×64，最小4×4，自適應(yīng)劃分以匹配4K視頻的高分辨率細(xì)節(jié)；③變換與量化：?jiǎn)⒂?4×64變換塊（僅用于平坦區(qū)域），量化參數(shù)（QP）范圍18~32（暗場(chǎng)取低QP保留細(xì)節(jié)，亮場(chǎng)取高QP節(jié)省碼率）；④HDR處理：保留10