Ακαδημαϊκό Έτος 2006 2007, Χειμερινό Εξάμηνο

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΙΡΑΙΩΣ, ΤΜΗΜΑ ΔΙΔΑΚΤΙΚΗΣ ΤΗΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΨΗΦΙΑΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΔΤΨΣ : ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΙΚΟΝΑΣ Ακαδημαϊκό Έτος 2006 2007, Χειμερινό Εξάμηνο ΤΕΛΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ Η εξέταση αποτελείται από δύο μέρη. Το πρώτο περιλαμβάνει 20 ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής και βαθμολογείται με 40 μονάδες. Κάθε ερώτηση έχει μόνο μία ορθή απάντηση και οι ορθές απαντήσεις πρέπει να μεταφερθούν στον πίνακα που σας δίνεται στην τελευταία σελίδα. Το δεύτερο μέρος περιλαμβάνει δύο ασκήσεις / θεωρητικές ερωτήσεις και βαθμολογείται με 60 μονάδες. ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΕΞΕΤΑΣΗΣ: 3 ΩΡΕΣ ΚΑΛΗ ΕΠΙΤΥΧΙΑ! ΟΝΟΜΑΤΕΠΩΝΥΜΟ: ΑΡΙΘΜΟΣ ΦΟΙΤΗΤΙΚΗΣ ΤΑΥΤΟΤΗΤΑΣ:... ΕΞΑΜΗΝΟ: ΜΕΡΟΣ Α ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑ ΜΕΡΟΣ Β ΣΥΝΟΛΟ

Επαναληπτική Εξέταση: Σεπτέμβριος 2007 2

Επαναληπτική Εξέταση: Σεπτέμβριος 2007 ΜΕΡΟΣ Α: ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΠΟΛΛΑΠΛΗΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ Ερώτηση 1 Η καταγραφή (δημιουργία) μιας εικόνας μπορεί να πραγματοποιηθεί με (α) απεικόνιση αντανάκλασής, (β) απεικόνιση εκπομπής, (γ) απεικόνιση απορρόφησης. Ένα παράδειγμα εικόνων που δημιουργούνται με απεικόνιση αντανάκλασης είναι οι εικόνες: (Α). Ακτίνων γ (Β). Ακτίνων Χ (Γ). Αξονικού Τομογράφου (Δ). Υπερήχων Ερώτηση 2 Μια ψηφιακή φωτογραφική μηχανή έχει ανάλυση 2 Mpixel (Mega pixel). Η συγκεκριμένη φωτογραφική μηχανή υποστηρίζει λήψη φωτογραφιών σε τρεις διαφορετικές αναλύσεις: χαμηλή (low resolution), τυπική (medium resolution) και υψηλή (high resolution). Ποια από τις παρακάτω φωτογραφίες είναι πιθανόν να έχει ληφθεί από την εν λόγω φωτογραφική μηχανή σε υψηλή ανάλυση: (Α). Φωτογραφία 800 x 600 pixel (Β). Φωτογραφία 1600 x 1200 pixel (Γ). Φωτογραφία 0 x 0 pixel (Δ). Φωτογραφία 1800 x 1200 pixel Ερώτηση 3 Έστω ότι η φωτογραφική μηχανή της ερώτησης 3 έχει ρυθμιστεί για τη λήψη φωτογραφιών σε ανάλυση 24x768 pixel. Αν η συγκεκριμένη φωτογραφική μηχανή έχει κάρτα μνήμης 128 MB (Mega Byte) πόσες τέτοιες έγχρωμες (RGB) ασυμπίεστες φωτογραφίες μπορεί να αποθηκεύσει: (Α). 7 (Β). 6 (Γ). 128 (Δ). 16 Ερώτηση 4 Οι σύγχρονες συσκευές τηλεομοιοτυπίας (fax) σαρώνουν τα έγγραφα σε κάθετη ανάλυση 7.7 γραμμές ανά mm και οριζόντια ανάλυση 8 pixels ανά mm. Αν χρησιμοποιείται βάθος χρώματος 8 bits/pixel (κβαντισμός χρώματος) ο ελάχιστος χρόνος που χρειάζεται για την αποστολή (χωρίς συμπίεση) μιας σελίδας A4 (297 mm x 2 mm) μέσω ενός καναλιού 6kbps είναι: (Α). 1 sec (Β). 7 sec (Γ). 49 sec (Δ). 4391 sec Ερώτηση Η ψηφιοποιημένη εικόνα της ερώτησης 4 είναι αποχρώσεων του γκρι. Ο μέγιστος αριθμός διαφορετικών τιμών φωτεινότητας που μπορεί να περιέχει είναι: (Α). 1 (Β). 8 (Γ). 64 (Δ). 26 Ερώτηση 6 Μια ψηφιακή φωτογραφία εμφανίζει μικρά τετράγωνα στα όρια των αντικειμένων (όρια σε μορφή σκαλοπατιών). Για την απαλοιφή του φαινομένου αυτού χρειάζεται: (Α). Αύξηση της χωρικής ανάλυσης κατά τη λήψη της φωτογραφίας (Β). Μείωση της χωρικής ανάλυσης κατά τη λήψη της φωτογραφίας (Γ). Αύξηση των bits που χρησιμοποιούνται στην κωδικοποίηση των τιμών των pixel (Δ). Μείωση των bits που χρησιμοποιούνται στην κωδικοποίηση των τιμών των pixel Ερώτηση 7 Ποιο από τα παρακάτω είναι το βασικό μοντέλο χρωμάτων στους έγχρωμους εκτυπωτές: (Α). CMYK. (Β). HSV. (Γ). RGB. (Δ). YCrCb. 3

Ερώτηση 8 Επαναληπτική Εξέταση: Σεπτέμβριος 2007 Ποια από τις παρακάτω κατηγορίες τεχνικών συμπίεσης δεν χρησιμοποιείται στο πρότυπο MPEG-1; (Α). Διανυσματικός κβαντισμός (Β). Μετασχηματισμού (Γ). Μήκους διαδρομής (Δ). Προβλεπτική Ερώτηση 9 Ο ευρέως διαδεδομένος αλγόριθμος συμπίεσης LZW (Lempel, Ziv & Welch) βασίζεται στη τεχνική συμπίεσης: (Α). Αντικατάσταση προτύπων (pattern substitution) (Β). Διαφορική κωδικοποίηση (differential encoding) (Γ). Κωδικοποίηση μετασχηματισμού (transform encoding) (Δ). Στρωματοποιημένη κωδικοποίηση (layered encoding) Ερώτηση Ποια από τις παρακάτω συναρτήσεις θα χρησιμοποιούσατε για την επέκταση του εύρους τιμών φωτεινότητας (histogram stretching) της εικόνας f(x,: (Α). g(x,=(f(x,) 0.8 (Β). g(x,=(f(x,) 1.2 (Γ). g(x,=2-f(x, g( x, = 1+ 2 (Δ). 4 127 (, ) 0.01 f x y + Ερώτηση 11 Το ιστόγραμμα μιας εικόνας f(x, φαίνεται στο επόμενο σχήμα. Ποια από τις παρακάτω συναρτήσεις θα χρησιμοποιούσατε για την ενίσχυση της φωτεινότητας (brightness) της εικόνας f(x,: (Α). g( x, =.2 ( f ( x, ) 0. 7 (Β). g( x, = 0.2 ( f ( x, ) 1. 3 g( x, = 1+ 2 (Γ). 2 g( x, = 1+ (, ) 0.01 f x y + 2 (Δ). 4 1 (, ) 0.01 f x y + 4

Ερώτηση 12 Επαναληπτική Εξέταση: Σεπτέμβριος 2007 Το ιστόγραμμα μιας εικόνας f(x, φαίνεται στο επόμενο σχήμα. Ποια από τις παρακάτω συναρτήσεις θα χρησιμοποιούσατε για την ενίσχυση της αντίθεσης (contrast) της εικόνας f(x,: (Α). g( x, =.2 ( f ( x, ) 0. 7 (Β). g( x, = 0.2 ( f ( x, ) 1. 3 g( x, = 1+ 2 (Γ). 2 g( x, = 1+ (, ) 0.01 f x y + 2 (Δ). 4 1 (, ) 0.01 f x y + Ερώτηση 13 Στα παρακάτω σχήματα δίνονται τα φασματικά διαγράμματα τεσσάρων πηγών πρασινωπού φωτός. Ποια πηγή δημιουργεί φως με μεγαλύτερο κορεσμό (saturation); 0 Light Power Spectrum 0 Light Power Spectrum 4 4 40 40 3 3 Light Intensity => 30 2 20 Light Intensity => 30 2 20 1 1 0 400 40 00 0 600 60 700 Wavelength (nm)=> 0 400 40 00 0 600 60 700 Wavelength (nm)=> Φωτεινή Πηγή 1 Φωτεινή Πηγή 2 0 Light Power Spectrum 0 Light Power Spectrum 4 4 40 40 3 3 Light Intensity => 30 2 20 Light Intensity => 30 2 20 1 1 0 400 40 00 0 600 60 700 Wavelength (nm)=> 0 400 40 00 0 600 60 700 Wavelength (nm)=> Φωτεινή Πηγή 3 Φωτεινή Πηγή 4 Σχήμα Α.1 (Α). Η φωτεινή πηγή 1. (Β). Η φωτεινή πηγή 2. (Γ). Η φωτεινή πηγή 3. (Δ). Η φωτεινή πηγή 4.

Ερώτηση 14 Επαναληπτική Εξέταση: Σεπτέμβριος 2007 Με βάση τα διαγράμματα του Σχήματος Α.1 ποια πηγή δημιουργεί φως με τη μεγαλύτερη φωτεινότητα (intensit: (Α). Η φωτεινή πηγή 1. (Β). Η φωτεινή πηγή 2. (Γ). Η φωτεινή πηγή 3. (Δ). Η φωτεινή πηγή 4. Ερώτηση 1 Στο Σχήμα Α.2 δίνονται τα ιστογράμματα 4 εικόνων (f 1, f 2, f 3, f 4) αποχρώσεων του γκρι φωτεινότητας στο διάστημα [0 2]). (τιμές Σχήμα Α.2 Η πιο σκούρα από τις εικόνες είναι η: (Α). f 1 (Β). f 2 (Γ). f 3 (Δ). f 4 Ερώτηση 16 Βάση των ιστογραμμάτων του Σχήματος Α.2 η εικόνα με την υψηλότερη αντίθεση είναι η: (Α). f 1 (Β). f 2 (Γ). f 3 (Δ). f 4 Ερώτηση 17 Το ιστόγραμμα της εικόνας f 2 του Σχήματος Α.2 χρησιμοποιείτε για τη μοντελοποίηση αθροιστικού θορύβου που έχει επιδράσει σε μια εικόνα (για να εφαρμοστούν στη συνέχεια τεχνικές αποκατάστασης εικόνων). Η μοντελοποίηση πραγματοποιείται μέσω μιας κατανομής Gauss => N(μ,σ), όπου μ είναι η μέση τιμή της κατανομής και σ η τυπική απόκλιση. Ποιο από τα παρακάτω μοντέλα είναι το καταλληλότερο για τη προσέγγιση του παραπάνω ιστογράμματος; (Α). N(80, 2) (Β). N(80, 0) (Γ). N(0, 2) (Δ). N(0, 0) Ερώτηση 18 Βάση των ιστογραμμάτων Σχήματος Α.2 η εικόνα με τη μεγαλύτερη εντροπία είναι η: (Α). f 1 (Β). f 2 (Γ). f 3 (Δ). f 4 6

Ερώτηση 19 Επαναληπτική Εξέταση: Σεπτέμβριος 2007 Με τα δεδομένα της ερώτησης 1 η εικόνα με τον μεγαλύτερο DC συντελεστή (του μετασχηματισμού DCT) είναι η: (Α). f 1 (Β). f 2 (Γ). f 3 (Δ). f 4 Ερώτηση 20 Το ιστόγραμμα μιας εικόνας f(x, φαίνεται στο επόμενο σχήμα. Η εικόνα f(x, μετατρέπεται στην εικόνα g(x, μετά από εξίσωση ιστογράμματος (histogram equalization). Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι εσφαλμένη: (Α). Η εντροπία 1 ης τάξης της εικόνας g(x, είναι διαφορετική από αυτήν της f(x, (Β). Η εικόνα g(x, δεν περιέχει πλεονασμό pixel. (Γ). Η εικόνα f(x, συμπιέζεται σε μεγαλύτερο βαθμό από την g(x, (Δ). Η εικόνα g(x, έχει αυξημένη αντίθεση (contrast) σε σχέση με την f(x,. 7

Επαναληπτική Εξέταση: Σεπτέμβριος 2007 ΜΕΡΟΣ Β: ΑΣΚΗΣΕΙΣ Άσκηση 1 (30 μονάδες): Παρακάτω δίνεται το διάγραμμα ενός JPEG encoder. Να εξηγήσετε συνοπτικά αλλά τεκμηριωμένα: (a) Γιατί εφαρμόζουμε Διαφορική Κωδικοποίηση (DPCM) στους DC συντελεστές (γειτονικών block) (4 μονάδες). (b) Γιατί εφαρμόζουμε Κωδικοποίηση Μήκους Διαδρομής (Run Length Encoding -RLC) στους AC συντελεστές (εντός του block) (4 μονάδες) Σχήμα Β.1 (c) Στη συνέχεια δίνεται ο πίνακας των συντελεστών DCT ενός block 8x8 μιας εικόνας καθώς και ένας συχνά χρησιμοποιούμενος πίνακας κβαντισμού Q. Να υπολογίσετε τις (ακέραιες) τιμές των συντελεστών DCT μετά τον κβαντισμό ( μονάδες). (d) Να εφαρμόσετε κωδικοποίηση μήκους διαδρομής (της μορφής σύμβολο! αριθμός επαναλήψεων όπου απαιτείται) με zigzag scanning στο αποτέλεσμα του ερωτήματος (c). Σημειώνεται ότι το τελευταίο block μηδενικών κωδικοποιείται με ένα χαρακτήρα & (ΕΟΒ End Of Block) (8 μονάδες). (e) Υπολογίστε το βαθμό συμπίεσης που επιτυγχάνεται στο συγκεκριμένο block με συνδυασμό κωδικοποίησης μετασχηματισμού και μήκους διαδρομής. Θεωρήστε για απλότητα ότι τόσο τα σύμβολα! και & καθώς και οι τιμές των κβαντισμένων συντελεστών αλλά και επαναλήψεων κωδικοποιούνται με ένα byte έκαστο. ( μονάδες). (f) Πως θα μπορούσαμε να αυξήσουμε τη συμπίεση τροποποιώντας τον πίνακα κβαντισμού και τι συνέπειες θα είχε αυτό (4 μονάδες) DCT συντελεστές 34 0 13-1 -1 1 0 0-38 0 9 1 0-1 0 0-18 0 2 0-1 0 0-1 -9 0 2-1 -1 0-1 0-3 0-2 1 2-1 0 0-2 0-2 0 2 1 3-1 -3 0-1 0 1 0 2 1-2 0 0 0 0 0-1 -1 8

Επαναληπτική Εξέταση: Σεπτέμβριος 2007 Πίνακας Κβαντισμού Q 1 20 2 30 3 40 1 20 2 30 3 40 0 1 20 2 30 3 40 0 60 20 2 30 3 40 0 60 70 2 30 3 40 0 60 70 80 30 3 40 0 60 70 80 90 3 40 0 60 70 80 90 0 40 0 60 70 80 90 0 1 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Άσκηση 2 (30 μονάδες): Δίνονται οι δύο εικόνες αποχρώσεων του γκρι που φαίνονται στο επόμενο σχήμα. Αμφότερες έχουν διαστάσεις 64x64 pixels και μόνο δύο διαφορετικές τιμές: σκούρο γκρι => τιμή φωτεινότητας 90, ανοικτό γκρι => τιμή φωτεινότητας 180 Image A Image B (a) Να σχεδιάσετε τα ιστογράμματα των δύο εικόνων. Τι παρατηρείτε συγκρίνοντας τα; Σχολιάστε τη χρήση της ομοιότητας ιστογραμμάτων ως κριτήριο ομοιότητας εικόνων; (3 μονάδες) (b) Στις δύο εικόνες εφαρμόζουμε το φίλτρο εξομάλυνσης h η μάσκα του οποίου φαίνεται στο διπλανό σχήμα. Πόσες και ποιες διακριτές τιμές φωτεινότητας θα έχουν οι δύο εικόνες A και Β μετά την εφαρμογή του φίλτρου (αγνοήστε τις επιπτώσεις που δημιουργούν τα όρια της εικόνας); (12 μονάδες) Φίλτρο (μάσκα) h 1/9 1/9 1/9 1/9 1/9 1/9 1/9 1/9 1/9 (c) (d) Για τις φιλτραρισμένες εικόνες να υπολογίσετε προσεγγιστικά (αγνοώντας τις επιπτώσεις που δημιουργούν τα όρια της εικόνας) τον αριθμό των pixels που έχουν κάθε μια από τις παραπάνω τιμές φωτεινότητας και να σχεδιάσετε τα αντίστοιχα ιστογράμματα. ( μονάδες). Τι παρατηρείτε συγκρίνοντας τα ιστογράμματα του ερωτήματος (c); Εξηγήστε που οφείλονται τυχόν διαφορές στα ιστογράμματα. Σχολιάστε τη χρήση της ομοιότητας ιστογραμμάτων ως κριτήριο ομοιότητας εικόνων μετά από τα αποτελέσματα του ερωτήματος (c); ( μονάδες) 9

Επαναληπτική Εξέταση: Σεπτέμβριος 2007 ΠΙΝΑΚΑΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΩΝ Ερώτηση Α Β Γ Δ 1 2 3 4 6 7 8 9 11 12 13 14 1 16 17 18 19 20