数字图像处理与计算机视觉基础解析

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 ：捕捉运动员动作以了解和提高表现
• 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。

逆光照明

优点：
若物体轮廓是唯一感兴趣的信息，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：
- 会丢失物体内部细节；
- 即使照明不直接朝向相机，图像中仍可能出现过亮的光斑，即高光，这通常是由于物体表面光亮反射大部分照明导致的。

3、镜头的作用是什么？

镜头的作用

镜头是光学系统的主要组成部分之一，其基本作用是将入射光线聚焦到传感器上，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。

4、什么是焦距，它与变焦有什么关系？

光学变焦简介

焦距是镜头的一个光学参数。 光学变焦 是指随着焦距（ f ）增加，图像中物体的大小（ B ）也会增加。

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，以实现光学变焦。

5、可以构造多少种不同的512×512灰度（8位）图像？

由于每个像素用8位表示，有256种可能值，512×512的图像共有512×512个像素，所以不同图像数量为 $256^{512 \times 512}$。

6、以下位序列 00101010 表示的像素值是多少？

42

7、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）？

因为每个像素由 4 个灰度级表示，4 个灰度级需要 2 位（2² = 4）来存储。图像总像素数为 100×100 = 10000 个。总位数为 10000×2 = 20000 位。而 1 字节等于 8 位，所以所需内存为 20000÷8 = 2500 字节。

8、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

视场角的计算公式为：

• 水平视场角 ：
  $ \text{FOV}_x = 2 \cdot \tan^{-1} \left( \frac{\text{传感器宽度}/2}{f} \right) $

• 垂直视场角 ：
  $ \text{FOV}_y = 2 \cdot \tan^{-1} \left( \frac{\text{传感器高度}/2}{f} \right) $

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示例计算

• 已知参数 ：
• 物理传感器宽度 = 14 mm
• 物理传感器高度 = 10 mm
• 焦距 $ f $ = 5 mm

水平视场角（FOVx）：

$$
\text{FOV}_x = 2 \cdot \tan^{-1} \left( \frac{7}{5} \right) \approx 108.9^\circ
$$

垂直视场角（FOVy）：

$$
\text{FOV}_y = 2 \cdot \tan^{-1} \left( \frac{5}{5} \right) = 90^\circ
$$

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注意事项

对于不同参数的相机，需将对应的传感器宽度、高度和焦距值代入上述公式进行计算。

9、可以构造多少种不同的 512 × 512 彩色（24 位）图像？

由于每个像素用24位表示，能表示 $2^{24}$ 种颜色，512×512 图像共有 $512×512$ 个像素，所以不同图像数量为 $(2^{24})^{512×512} = 2^{24×512×512}$ 种。

10、RGB像素 (R,G,B) = (42,42,42) 是否位于灰度向量上？

是。因为灰度向量是从(0,0,0)到(255,255,255)的向量，该向量上所有点的R、G、B值都相等，而像素(42,42,42)的R、G、B值相等，所以位于灰度向量上。

11、一张RGB图像被转换为灰度图像。在转换过程中，蓝色分量权重WB = 0，其余两种颜色权重相等。灰度图像中的一个像素值为100。已知对应RGB像素中R = 20，那么该RGB像素中有多少绿色分量？

由于 WB = 0 ，且 WR = WG ，又 WR + WG + WB = 1 ，所以 WR = WG = 0.5 。