2026年圖形圖像處理技術(shù)考試試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.在RGB色彩空間中，若某像素值為(128,64,32)，將其轉(zhuǎn)換到HSV空間后，H的近似值為A.15°??B.20°??C.25°??D.30°答案：B解析：R=128，G=64，B=32，V=max=128，S=(128-32)/128=0.75，Δ=V-min=96，H=60°×(G-B)/Δ=60°×32/96≈20°。2.對一幅512×512的8bit灰度圖進(jìn)行直方圖均衡化，若原圖灰度級200的像素?cái)?shù)為1024，均衡后該灰度級被映射到A.180??B.200??C.220??D.240答案：D解析：先計(jì)算累積分布函數(shù)CDF(200)=0.94，均衡后灰度級G'=round(255×0.94)=240。3.使用3×3Sobel算子計(jì)算圖像梯度，其最大梯度幅值出現(xiàn)在A.水平邊緣??B.垂直邊緣??C.45°邊緣??D.135°邊緣答案：C解析：Sobel模板對45°方向邊緣響應(yīng)最強(qiáng)，因該方向與兩個模板同時產(chǎn)生高權(quán)重疊加。4.對二值圖像進(jìn)行8-連通腐蝕操作，結(jié)構(gòu)元為十字形，則腐蝕后目標(biāo)像素保留的條件是A.自身為1且4-鄰域全1??B.自身為1且8-鄰域全1??C.自身為1且結(jié)構(gòu)元覆蓋區(qū)域全1??D.自身為1且對角鄰域全1答案：C解析：腐蝕定義要求結(jié)構(gòu)元覆蓋下的所有像素均為1，十字形結(jié)構(gòu)元共5點(diǎn)。5.在JPEG壓縮流程中，對DCT系數(shù)進(jìn)行Zig-Zag掃描的主要目的是A.提高高頻精度??B.降低量化誤差??C.增加游程長度??D.減少哈夫曼碼表大小答案：C解析：Zig-Zag將二維系數(shù)重排為一維，使高頻零系數(shù)連續(xù)出現(xiàn)，游程編碼效率提升。6.對一幅256級灰度圖采用Otsu閾值分割，若類間方差最大時閾值為128，則此時前景類均值一定A.小于64??B.等于64??C.大于192??D.無法確定答案：A解析：Otsu準(zhǔn)則最大化σ_b2=ω_0ω_1(μ_0-μ_1)2，若T=128，則ω_0≥0.5，μ_0≤127，故μ_0<64。7.在雙目立體匹配中，使用Census變換后再進(jìn)行Hamming距離計(jì)算，其優(yōu)勢不包括A.抗輻射差異??B.抗噪聲??C.保持亞像素精度??D.降低計(jì)算量答案：C解析：Census+Hamming為整數(shù)比特匹配，無法直接獲得亞像素精度，需后續(xù)細(xì)化。8.對一幅1024×1024圖像構(gòu)建高斯差分DoG金字塔，若每層降采樣因子為2，共5層，則總存儲量約為原圖的A.1.15倍??B.1.25倍??C.1.33倍??D.1.5倍答案：C解析：每層面積前一層1/4，DoG需兩個相鄰高斯層，總存儲Σ(1+1/4+1/16+1/64+1/256)×2≈1.33。9.在主動輪廓模型Snake中，增加彈性系數(shù)α?xí)嗀.增大收斂半徑??B.降低邊緣定位精度??C.減少迭代次數(shù)??D.增強(qiáng)抗噪性答案：B解析：α越大，曲線越抗拒彎曲，容易跳過弱邊緣，定位精度下降。10.使用RANSAC擬合直線，若外點(diǎn)率40%，期望置信度99%，則最少需迭代次數(shù)為A.5??B.7??C.9??D.11答案：C解析：k=log(1-0.99)/log(1-(1-0.4)2)=log(0.01)/log(0.64)≈8.9，向上取整9。二、多項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.下列哪些濾波器具有旋轉(zhuǎn)不變性A.高斯??B.LaplacianofGaussian??C.雙邊??D.導(dǎo)向答案：A、B解析：高斯核與LoG核為各向同性，雙邊與導(dǎo)向依賴方向權(quán)重。12.關(guān)于Harris角點(diǎn)檢測，正確的是A.使用二階矩矩陣??B.對亮度變化單調(diào)不敏感??C.響應(yīng)函數(shù)采用行列式減跡平方??D.非極大值抑制后需設(shè)定閾值答案：A、C、D解析：Harris對亮度線性變化不敏感，但單調(diào)非線性會改變響應(yīng)。13.在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，以下哪些操作會改變特征圖尺寸A.3×3卷積，padding=1??B.2×2最大池化，stride=2??C.1×1卷積，stride=1??D.3×3轉(zhuǎn)置卷積，stride=2答案：B、D解析：A保持尺寸，C僅改變通道，B減半，D上采樣×2。14.對彩色圖像進(jìn)行K-means聚類分割，若初始中心選為(255,0,0)、(0,255,0)、(0,0,255)，可能出現(xiàn)的缺陷有A.收斂到局部極小??B.對亮度不均敏感??C.產(chǎn)生孤立小區(qū)域??D.邊緣出現(xiàn)偽影答案：A、C、D解析：K-means對初始化敏感，且未考慮空間一致性，易生孤立區(qū)與邊緣鋸齒。15.在三維重建中，使用Structure-from-Motion時，下列哪些矩陣可直接從Essential矩陣分解得到A.內(nèi)參矩陣??B.旋轉(zhuǎn)矩陣??C.平移向量??D.深度圖答案：B、C解析：E=[t]_×R，通過SVD可分解得R、t，內(nèi)參需提前標(biāo)定，深度需三角化。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）16.形態(tài)學(xué)開運(yùn)算可去除比結(jié)構(gòu)元小的亮噪聲，同時保持大目標(biāo)形狀不變。答案：√17.直方圖規(guī)定化與直方圖均衡化本質(zhì)相同，只是目標(biāo)分布不同。答案：√18.使用雙線性插值放大圖像時，高頻部分會出現(xiàn)振鈴效應(yīng)。答案：×解析：振鈴為高頻截?cái)嗨?，雙線性為低通插值，不會振鈴。19.在頻域?yàn)V波中，理想低通濾波器比巴特沃斯低通濾波器更平滑。答案：×解析：理想低通在截止頻率處突變，產(chǎn)生振鈴，巴特沃斯平滑過渡。20.對同一幅圖像，SIFT特征點(diǎn)數(shù)量隨對比度閾值增大而減少。答案：√21.在YOLOv8中，使用CIoU損失可同時考慮重疊、中心點(diǎn)距離與長寬比一致性。答案：√22.相位相關(guān)法估計(jì)平移參數(shù)時，對旋轉(zhuǎn)與縮放同樣有效。答案：×解析：相位相關(guān)僅對純平移模型嚴(yán)格成立，旋轉(zhuǎn)縮放需擴(kuò)展至對數(shù)極坐標(biāo)。23.將RGB轉(zhuǎn)換到Lab空間后，L通道單獨(dú)進(jìn)行直方圖均衡可增強(qiáng)色彩飽和度。答案：×解析：Lab中L為亮度，均衡L僅改變對比度，ab通道決定色度。24.在圖像去雨任務(wù)中，使用多尺度卷積可擴(kuò)大感受野，但會犧牲細(xì)節(jié)。答案：×解析：多尺度并行可保持細(xì)節(jié)同時擴(kuò)大感受野。25.對二值圖像進(jìn)行細(xì)化（Thinning）可得到單像素寬度骨架，且拓?fù)湫再|(zhì)不變。答案：√四、填空題（每空2分，共20分）26.一幅灰度圖尺寸為2048×1536，采用8×8分塊DCT，共產(chǎn)生________個AC系數(shù)。答案：196608解析：每塊64-1=63個AC，總塊數(shù)(2048/8)×(1536/8)=256×192=49152，63×49152=196608。27.若相機(jī)焦距f=50mm，像元尺寸5μm，則圖像中心到邊緣的物理視場角約為________度（圖像寬4000像素）。答案：21.8解析：半寬=2000×5μm=10mm，θ=arctan(10/50)×2×180/π≈21.8°。28.使用ViT-B/16模型，輸入圖像224×224，patch尺寸16×16，則位置編碼向量維度為________。答案：768解析：ViT-B隱藏維768，位置編碼與patchtoken同維。29.對一幅10bit深度圖進(jìn)行雙邊濾波，空間σ_s=5，值域σ_r=20，若像素值范圍為0~1023，則值域權(quán)重計(jì)算時需將差值歸一化到________區(qū)間。答案：0~1解析：σ_r=20對應(yīng)原始灰度差，權(quán)重exp(-ΔI2/(2σ_r2))，ΔI需保持原單位。30.在圖像風(fēng)格遷移中，Gram矩陣用于捕捉________特征。答案：紋理31.使用Floyd-Steinberg抖動算法時，誤差擴(kuò)散權(quán)重之和為________。答案：1解析：經(jīng)典權(quán)重7/16+3/16+5/16+1/16=1。32.若三維點(diǎn)云法向量為n=(0.6,0.8,0)，則該點(diǎn)在以z軸為視角方向的深度圖中表現(xiàn)為________邊緣。答案：垂直解析：n與z軸垂直，點(diǎn)位于垂直邊緣。33.在圖像超分EDSR模型中，去除批歸一化層可提升________穩(wěn)定性。答案：訓(xùn)練34.使用HOG特征檢測行人，若窗口64×128，cell尺寸8×8，block尺寸16×16，block步長8，則每block內(nèi)特征維度為________。答案：36解析：2×2=4個cell，每cell9維直方圖，4×9=36。35.對彩色圖像進(jìn)行PCA降維，若保留99%方差，則主成分?jǐn)?shù)量通常不超過________。答案：3解析：RGB三通道，協(xié)方差矩陣3×3，保留99%方差只需前2~3主成分。五、計(jì)算與推導(dǎo)題（共35分）36.（8分）給定一幅3×3灰度圖|102030||205060||306080|使用拉普拉斯算子|0-10||-14-1||0-10|進(jìn)行卷積，邊界采用零填充，計(jì)算輸出圖像中心像素值，并說明其物理意義。答案：中心輸出=4×50-20-60-20-60=200-160=40。物理意義：拉普拉斯為二階導(dǎo)，正值表示中心比鄰域亮，處于暗背景上的亮斑中心，響應(yīng)強(qiáng)邊緣。37.（9分）設(shè)相機(jī)內(nèi)參矩陣K=[[1000,0,500],[0,1000,400],[0,0,1]]，外參[R|t]中R為單位陣，t=[-1,0,2]^T?？臻g點(diǎn)P=[10,20,30]^T，求該點(diǎn)在圖像上的齊次坐標(biāo)，并推導(dǎo)其深度值。答案：P_cam=RP+t=[9,20,32]^Tp=KP_cam=[1000×9+500×32,1000×20+400×32,32]^T=[25000,32800,32]^T齊次坐標(biāo)[25000/32,32800/32,1]=[781.25,1025,1]深度值即P_cam的z=32單位。38.（9分）對一幅圖像進(jìn)行二維傅里葉變換，得到頻域F(u,v)?，F(xiàn)設(shè)計(jì)一個理想圓低通濾波器，截止半徑r0=30，圖像尺寸512×512，求濾波器在(0,30)處的值，并寫出其空間域表達(dá)式h(x,y)的解析形式。答案：(0,30)距中心距離=30，等于r0，理想低通在截止處為1/2（取階躍中點(diǎn)），嚴(yán)格定義取1?？臻g域h(x,y)=r0J1(2πr0ρ)/ρ，其中ρ=√(x2+y2)/512，J1為一階貝塞爾函數(shù)。39.（9分）在YOLOv8中，邊界框回歸采用CIoU損失，給定預(yù)測框b=[100,150,50,80]，目標(biāo)框b*=[105,160,60,90]，求CIoU損失值（ρ2=25，IoU=0.68，α=0.95，v=0.12）。答案：L_CIoU=1-IoU+ρ2/c2+αvc為最小外接框?qū)蔷€，c2=(max(100+50/2,105+30)-min(100-25,105-30))2+(max(150+40,160+45)-min(150-40,160-45))2計(jì)算得c2=852+852=14450L_CIoU=1-0.68+25/14450+0.95×0.12≈0.32+0.0017+0.114=0.4357六、綜合應(yīng)用題（共30分）40.（15分）某工業(yè)檢測系統(tǒng)需實(shí)時識別金屬表面劃痕，圖像尺寸2048×1536，劃痕寬度3~8像素，長度≥50像素，背景灰度均勻但存在光照漸變。請?jiān)O(shè)計(jì)完整算法流程，包括預(yù)處理、特征提取、分割、后處理、速度優(yōu)化，并給出關(guān)鍵參數(shù)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證指標(biāo)。答案：1.預(yù)處理：a.光照校正：采用二維多項(xiàng)式擬合背景，原圖減去低階多項(xiàng)式曲面，消除漸變。b.增強(qiáng)：使用CLAHE，tile=64×64，clip=2.0，提升低對比度劃痕。2.特征提?。篴.構(gòu)建多方向Gabor濾波器組，θ=0°,30°,…,150°，λ=5，σ=2.5，γ=0.5，響應(yīng)取最大幅值圖。b.計(jì)算Hessian矩陣行列式，得到線狀置信圖。3.分割：a.將Gabor幅值與Hessian響應(yīng)線性融合，權(quán)重0.7:0.3，得到顯著圖S。b.對S進(jìn)行自適應(yīng)閾值，采用局部Otsu，窗口41×41，得到二值圖B。4.后處理：a.形態(tài)學(xué)開運(yùn)算，結(jié)構(gòu)元3×3，去除孤立噪點(diǎn)。b.連通域分析，保留長度≥50像素、長寬比≥8的區(qū)域。c.骨架提取，計(jì)算每條骨架像素?cái)?shù)，驗(yàn)證寬度：對原圖沿骨架做法向剖面，半高寬在3~8像素內(nèi)。5.速度優(yōu)化：a.GPU加速：Gabor濾波與Hessian使用CUDA實(shí)現(xiàn)，block尺寸16×16，共享內(nèi)存緩存圖像塊。b.多線程：連通域分析與骨架提取采用OpenMP，CPU8線程。c.降采樣檢測：先對下采樣2倍圖像粗定位ROI，再在原圖精檢，減少80%計(jì)算。6.實(shí)驗(yàn)指標(biāo)：在1000張測試集上，召回率97.2%，誤檢率0.3%，單幀耗時28ms（RTX3060），滿足實(shí)時30fps。41.（15分）基于深度學(xué)習(xí)的低照度圖像增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)面臨顏色失真與噪聲放大問題?，F(xiàn)提出一種融合物理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動的兩階段網(wǎng)絡(luò)，請給出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、損失函數(shù)、訓(xùn)練策略、推理加速方案，并設(shè)計(jì)消融實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證各模塊貢獻(xiàn)。答案：1.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：a.物理階段：Retinex-Net分解，包含Decom-Net與Relight-Net。Decom-Net輸出反射圖R與照度圖I，采用無監(jiān)督損失：重建一致性、反射圖平滑、照度圖結(jié)構(gòu)。b.增強(qiáng)階段：U-Net形式，編碼器引入通道注意力，解碼器使用亞像素上采樣，跳躍連接加入反射圖引導(dǎo)，防止顏色偏移。c.噪聲抑制：在反射圖分支引入可變形卷積殘差塊，學(xué)習(xí)噪聲殘差，采用小波域損失約束高頻。2