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()Ax,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,,()fxyAxyE0()=(,)d,)Axy(,表示视觉对象的辐射能量；是波长；()E代表波长为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,,(),,(),,()RRGGBBfxyAxyEfxyAxyEfxyAxyE000()=(,)d()=(,)d()=(,)d()RE、()GE、()BE分别代表波长为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...1fxyxMyN也可以表示为一个M行N列的矩阵：()ffffffxff(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)]FfffN-1fMfMfMN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。CATV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,xyxyxyhxyxy其他求系统的频率响应。答：因为(,)(,)exp{j2π()}ddHuvhuxvy，(,)(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()}Huvhuvhuvhvuhuvhuvhuhuhvhv0.50.125{cos2()sin2()cos2()sin2()cos2()sin2()cos2()sin2()}0.25{cos(2)sin(2)cos(2)sin(2)cos(2)sin(2)cos(2)sin(2)}0.50.125{2cos2()uvuvuvuvuvuvuvuvuuuuvvvvuv2cos2()}0.25{2cos22cos2}0.50.25{cos2()cos2()2cos22cos2}0.5(1cos2)(1cos2)uvuvuvuvuvuv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(,)cfxy，如果其二维傅里叶变换只在cuU和cvV的范围内不为零，那么当取样间隔12cxU，12cyV时，该信号就能准确地从其均匀矩形抽样(,)dfxy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，(,)dfxy的频谱是(,)cfxy频谱的位移叠加。如果取样间隔12cxU，12cyV不能满足，(,)dfxy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(,)fxxyuuvv成立。证明：000011000000001100000000()()1[(,y)](,)expj2π1(,)expj2πexpj2π,=,1MNxxyyMNxxyyuxxvyyFfxxyfxxyyMNMNuxvyuxvyfxxyyMNMNMNxxxyyyM变量代换，可得0000+1+100=000000000000(,)expj2πexpj2π=(,)expj2π(,),[(,y)](,)MxNyxxyyuxvyuxvyfxyMNMNNuxvyFuvMNFuxvyuxvyFfxxyFuuvv令，可得发过来，也可证明0000111000000001100000000()()1[(,)](,)expj2π1(,)expj2πexp-j2π,=,1MNuuvvMNuuvvuuxvvyFFuuvvFuuvvMNMNuxvyuxvyFuuvvMNMNMNuuuvvv变量代换，可得0000+1+100=0000000010000(,)expj2πexp-j2π=(,)exp-j2π(,),[(,)](,)MuNvuuvvuxvyuxvyFuvMNMNMNuxvyfxyMNfxuyvuxvyFFuuvvfxxyy令，可得评分标准：2-2题30分，2-4，2-6每题20分，2-8题30分。2-8正反向证明各15分。2-4两个点，每个点10分。