数字图像处理核心问题解析

1、找出使用数字视频和/或图像处理的其他应用示例。

• 数字视频和图像处理的应用示例 ：

• 天文学 ：提高图像质量

• 医学 ：测量和了解人体参数，如骨折静脉中的血流
• 图像压缩 ：减少存储图像的内存需求
• 体育 ：捕捉运动员动作以提高表现
• 康复 ：评估运动能力
• 电影 ：捕捉演员动作以制作特效
• 监控 ：检测和跟踪个人及车辆
• 生产行业 ：评估产品质量
• 机器人控制 ：检测物体及其姿态以便机器人拾取
• 电视制作 ：混合图形和实时视频，如天气预报
• 生物识别 ：测量人的独特参数
• 照片编辑 ：提高照片质量或添加效果

2、解释逆光照明的优缺点。

优点：

• 若关注的是物体的轮廓信息，逆光照明是最佳解决方案，能使物体以黑色轮廓凸显出来。

缺点：

• 会丢失物体内部的细节信息；
• 即使照明不直接朝向相机，图像中仍可能出现过亮的光斑（高光），这通常是由于物体表面光滑反射大部分光线所致。

3、描述图像采集过程，即从光到计算机中的数字图像的过程。

图像采集过程包含三个步骤：

1. 首先是来自感兴趣物体反射的能量（这里指光或更广义的电磁波）；
2. 其次是一个光学系统，用于聚焦该能量；
3. 最后是一个传感器，用于测量能量的大小。

通过这三个步骤，将光转化为可处理的实体，最终形成计算机中的数字图像。

4、镜头的作用是什么？

镜头是一块玻璃，其主要作用是将入射光聚焦到传感器上，使物体的图像在镜头右侧形成，相机通过将传感器放置在该位置来捕捉图像。

5、什么是焦距，它与变焦有什么关系？

焦距与光学变焦

焦距是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式。

光学变焦通过改变焦距实现，焦距增加时，图像中物体的大小会增大，即实现光学变焦。

在实际中，通过重新排列光学元件（如改变光学系统内一个或多个透镜之间的距离）来改变焦距。

6、可以构造多少种不同的512 × 512灰度（8位）图像？

由于8位灰度图像每个像素有256种可能值，512×512的图像共有512×512个像素，所以不同图像的数量为256的（512×512）次幂，即2的(8×512×512)次幂。

7、以下位序列 00101010 代表的像素值是多少？

42

8、在一个100×100的灰度图像中，每个像素由256个灰度级表示。存储这个图像需要多少内存（字节）？

由于256个灰度级通常用1个字节（8位）来表示一个像素，该图像共有100 × 100 = 10000个像素，所以存储该图像需要10000字节的内存。

9、在一个100×100的灰度图像中，每个像素由4个灰度级表示。存储此图像需要多少内存（字节）？

本题可先计算出每个像素所需的位数，再结合图像的总像素数计算出总位数，最后将总位数转换为字节数。

• 步骤一：计算每个像素所需的位数
  已知每个像素由4个灰度级表示，因为 $2^2 = 4$，所以表示4个灰度级需要2位（bit）。

• 步骤二：计算图像的总像素数
  已知图像为100×100的灰度图像，那么总像素数为 $100×100 = 10000$ 个。

• 步骤三：计算存储图像所需的总位数
  每个像素需要2位，总共有10000个像素，那么存储图像所需的总位数为 $10000×2 = 20000$ 位。

• 步骤四：将总位数转换为字节数
  因为1字节（Byte）等于8位（bit），所以存储图像所需的字节数为 $20000÷8 = 2500$ 字节。

综上，存储这个100×100且每个像素由4个灰度级表示的灰度图像需要2500字节的内存。

10、相机的水平视场角和垂直视场角分别是多少？

视场角计算公式为：

• FOVx = 2 · tan⁻¹(传感器宽度/2 / f)
• FOVy = 2 · tan⁻¹(传感器高度/2 / f)

例如 ：若物理传感器宽度为14mm，高度为10mm，焦距为5mm，则：

• 水平视场角 FOVx = 2 · tan⁻¹(7 / 5) = 108.9°
• 垂直视场角 FOVy = 2 · tan⁻¹(5 / 5) = 90°

11、可以构造多少种不同的 512 × 512