数字图像处理学 (2008 年度畅销榜NO.3798 )

本书是教育部“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的研究成果。本书全面地、系统地介绍了数字图像处理学的基本理论和基本技术，并根据作者多年从事数字图像处理的教学科研的心得体会和科研成果列举了大量的实例，以供读者参考。\r\n\r\n 全书共分10章，其中包括：绪论，图像、图像系统与视觉系统，图像处理中的正交变换，图像增强，图像编码，图像复原，图像重建，图像分析，数学形态学原理，模式识别的理论和方法。在每一章的结尾都附有必要的思考题，供教学或自学练习，以便加深对本书所述内容的理解；同时，随本书还附有光盘一张。 本书作者编制一个数字图像处理软件。该软件既可作为教学演示和实验工具，也可以在实际图像处理中应用。\r\n\r\n 本书可供从事信号与信息处理、通信、自动控制、遥感、生物工程、医学、物理学、化学、计算机科学乃至经济、商务及社会科学的科研人员、大专院校的教师及本科生、研究生参考学习。\r\n
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第1章 绪论 \r\n\r\n 1. 1 序言 \r\n\r\n 1. 2 图像处理技术的分类 \r\n\r\n 1. 2. 1 模拟图像处理 \r\n\r\n 1. 2. 2 数字图像处理 \r\n\r\n 1. 3 数字图像处理的特点 \r\n\r\n 1. 4 数字图像处理的主要方法及主要内容 \r\n\r\n 1. 4. 1 数字图像处理方法 \r\n\r\n 1. 4. 2 数字图像处理的主要内容 \r\n\r\n 1. 5 数字图像处理的硬件设备 \r\n\r\n 1. 6 数字图像处理的应用 \r\n\r\n 1. 7 数字图像处理领域的发展动向 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第2章 图像. 图像系统与视觉系统 \r\n\r\n 2. 1 图像 \r\n\r\n 2. 1. 1 有关光学的预备知识 \r\n\r\n 2. 1. 2 图像的概念 \r\n\r\n 2. 1. 3 图像信息的分类 \r\n\r\n 2. 1. 4 图像的统计特性 \r\n\r\n 2. 1. 5 图像信息的信息量 \r\n\r\n 2. 2 图像处理系统及外围设备 \r\n\r\n 2. 2. 1 图像处理系统中常用的输入设备 \r\n\r\n 2. 2. 2 图像处理中的输出设备 \r\n\r\n 2. 2. 3 数字图像处理的主机系统 \r\n\r\n 2. 3 视觉系统 \r\n\r\n 2. 3. 1 视觉系统的基本构造 \r\n\r\n 2. 3. 2 光觉和色觉 \r\n\r\n 2. 4 光度学及色度学原理 \r\n\r\n 2. 4. 1 颜色的表示方法及观察条件 \r\n\r\n 2. 4. 2 三基色退色及色度表示原理 \r\n\r\n 2. 4. 3 CIE的R. C. B颜色表示系统 \r\n\r\n 2. 5 亮度和颜色感觉的视觉特征 \r\n\r\n 2. 5. 1 刺激强度与感觉的关系 \r\n\r\n 2. 5. 2 亮度适应和颜色适应 \r\n\r\n 2. 5. 3 亮度对比和颜色对比 \r\n\r\n 2. 5. 4 颜色感觉与刺激面积的关系 \r\n\r\n 2. 5. 5 主观颜色 \r\n\r\n 2. 5. 6 记忆色 \r\n\r\n 2. 5. 7 进入色. 后退色. 膨胀色. 收缩色 \r\n\r\n 2. 5. 8 颜色和爱好 \r\n\r\n 2. 6 视觉的空间性质 \r\n\r\n 2. 6. 1 视力 \r\n\r\n 2. 6. 2 视觉的空间频率特性 \r\n\r\n 2. 6. 3 颜色辨别门限的空间频率特性 \r\n\r\n 2. 6. 4 视觉的空间频率特性和图像的清晰度 \r\n\r\n 2. 7 视觉的时间特性 \r\n\r\n 2, 7. 1 加入阶跃光波刺激的明暗感觉 \r\n\r\n 2. 7. 2 闪烁 \r\n\r\n 2. 7. 3 视觉空间频率特性和时间因素的关系 \r\n\r\n 2. 7. 4 眼球运动和视觉的关系 \r\n\r\n 2. 7. 5 运动的感觉 \r\n\r\n 2. 8 形状感觉与错视 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第3章 图像处理中的正交变换 \r\n\r\n 3. 1 傅里叶变换 \r\n\r\n 3. 1. 1 傅里叶变换的定义及基本概念 \r\n\r\n 3. 1. 2 博里叶变换的性质 \r\n\r\n 3. 1. 3 离散傅里叶变换 \r\n\r\n 3. 1. 4 快速傅里叶变换(FFT) \r\n\r\n 3. 1. 5 用计算机实现快速傅里叶变换 \r\n\r\n 3. 1. 6 二维离散傅里叶变换 \r\n\r\n 3. 2 离散余弦变换 \r\n\r\n 3. 2. 1 离散余弦变换的定义 \r\n\r\n 3. 2. 2 离散余弦变换的正交性 \r\n\r\n 3. 2. 3 离散余弦变换的计算 \r\n\r\n 3. 3 沃尔什变换 \r\n\r\n 3. 3. 1 正交函数的概念 \r\n\r\n 3. 3. 2 拉德梅克函数 \r\n\r\n 3. 3. 3 沃尔什函数 \r\n\r\n 3. 3. 4 沃尔什函数的性质 \r\n\r\n 3. 3. 5 沃尔什变换 \r\n\r\n 3. 3. 6 离散沃尔什—哈达玛变换 \r\n\r\n 3. 3. 7 离散沃尔什变换的性质 \r\n\r\n 3. 3. 8 快速沃尔什变换 \r\n\r\n 3. 3. 9 多维变换 \r\n\r\n 3. 4 哈尔函数及哈尔变换 \r\n\r\n 3. 4. 1 哈尔函数的定义 \r\n\r\n 3. 4. 2 哈尔函数的性质 \r\n\r\n 3. 4. 3 哈尔变换及快速算法 \r\n\r\n 3. 5 斜矩阵与斜变换 \r\n\r\n 3. 5. 1 斜矩阵的构成 \r\n\r\n 3. 5. 2 斜变换 \r\n\r\n 3. 6 小波变换 \r\n\r\n 3. 6. 1 概述 \r\n\r\n 3. 6. 2 时—频分析 \r\n\r\n 3. 6. 3 连续小波变换 \r\n\r\n 3. 6. 4 离散小波变换 \r\n\r\n 3. 6. 5 小波包 \r\n\r\n 3. 6. 6 二维小波 \r\n\r\n 3. 6. 7 Mallat算法 \r\n\r\n 附录1 快速傅里叶变换与反变换程序实例 \r\n\r\n 附录2 快速余弦变换与反变换程序实例 \r\n\r\n 附录3 快速Walsh-Hadamard变换与反变换程序实例 \r\n\r\n 附录4 二维小波分解与重构程序实例 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第4章 图像增强 \r\n\r\n 4. 1 用直方图修改技术进行图像增强 \r\n\r\n 4. 1. 1 直方图 \r\n\r\n 4. 1. 2 直方图修改技术的基础 \r\n\r\n 4. 1. 3 直方图均衡化处理 \r\n\r\n 4. 1. 4 直方图规定化处理 \r\n\r\n 4. 1. 5 图像对比度处理 \r\n\r\n 附录5 直方图均衡处理程序实例 \r\n\r\n 4. 2 图像平滑化处理 \r\n\r\n 4. 2. 1 邻域平均法 \r\n\r\n 4. 2. 2 低通滤波法 \r\n\r\n 4. 2. 3 多图像平均法 \r\n\r\n 4. 3 图像尖锐化处理 \r\n\r\n 4. 3. 1 微分尖锐化处理 \r\n\r\n 4. 3. 2 零交叉边缘检测 \r\n\r\n 4. 3. 3 高通滤波法 \r\n\r\n 4. 4 利用同态系统进行增强处理 \r\n\r\n 4. 5 彩色图像处理 \r\n\r\n 4. 5. 1 颜色基本原理 \r\n\r\n 4. 5. 2 颜色模型 \r\n\r\n 4. 5. 3 伪彩色图像处理 \r\n\r\n 4. 5. 4 关于彩色显示 \r\n\r\n 4. 5. 5 实时伪彩色增强系统 \r\n\r\n 附录6 伪彩色增强处理程序实例 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第5章 图像编码 \r\n\r\n 5. 1 图像编码分类 \r\n\r\n 5. 2 图像编码中的保真度准则 \r\n\r\n 5. 2. 1 客观保真度准则 \r\n\r\n 5. 2. 2 主观保真度准则 \r\n\r\n 5. 3 PCM编码 \r\n\r\n 5. 3. 1 PCM编码的基本原理 \r\n\r\n 5. 3. 2 PCM编码的量化噪声 \r\n\r\n 5. 3. 3 编码器. 译码器 \r\n\r\n 5. 3. 4 非线性PCM编码 \r\n\r\n 5. 3. 5 亚奈奎斯特取样PCM编码 \r\n\r\n 5. 4 统计编码 \r\n\r\n 5. 4. 1 编码效率与冗余度 \r\n\r\n 5. 4. 2 三种常用的统计编码法 \r\n\r\n 5. 5 预测编码 \r\n\r\n 5. 5. 1 预测编码的基本原理 \r\n\r\n 5. 5. 2 △M(DM)编码 \r\n\r\n 5. 5. 3 DPCM编码 \r\n\r\n 5. 6 变换编码 \r\n\r\n 5. 6. 1 几种特殊的映射变换编码法 \r\n\r\n 5. 6. 2 正交变换编码 \r\n\r\n 5. 7 图像编码的国际标准 \r\n\r\n 5. 7. 1 H. 261编码标准 \r\n\r\n 5. 7. 2 H. 261解码原理 \r\n\r\n 5. 7. 3 H. 261的图像复用编码 \r\n\r\n 5. 7. 4 传输缓冲器与传输编码 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第6章 图像复原 \r\n\r\n 6. 1 退化模型 \r\n\r\n 6. 1. 1 系统且的基本定义 \r\n\r\n 6. 1. 2 连续函数退化模型 \r\n\r\n 6. 1. 3 离散的退化模型 \r\n\r\n 6. 2 复原的代数方法 \r\n\r\n 6. 2. 1 非约束复原方法 \r\n\r\n 6. 2. 2 约束复原法 \r\n\r\n 6. 3 逆滤波 \r\n\r\n 6. 3. 1 逆滤波的基本原理 \r\n\r\n 6. 3. 2 去除由均匀直线运动引起的模糊 \r\n\r\n 6. 4 最小二乘方滤波 \r\n\r\n 6. 4. 1 最小二乘方滤波的原理 \r\n\r\n 6. 4. 2 用于图像复原的几种最小二乘方滤波器 \r\n\r\n 6. 5 约束去卷积 \r\n\r\n 6. 6 中值滤波 \r\n\r\n 6. 6. 1 中值滤波的基本原理 \r\n\r\n 6. 6. 2 加权的中值滤波 \r\n\r\n 6. 7 几种其他空间复原技术 \r\n\r\n 6. 7. 1 几何畸变校正 \r\n\r\n 6. 7. 2 盲目图像复原 \r\n\r\n 6. 7. 3 递归图像复原技术 \r\n\r\n 附录7 模糊图像恢复处理程序实例 \r\n\r\n 附录8 中值和均值滤波图像恢复处理程序实例 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第7章 图像雷建 \r\n\r\n 7. 1 概述 \r\n\r\n 7. 2 傅里叶变换重建 \r\n\r\n 7. 3 卷积法重建 \r\n\r\n 7. 4 代数重建方法 \r\n\r\n 7. 5 重建的优化问题 \r\n\r\n 7. 6 图像重建中的滤波器设计 \r\n\r\n 7. 7 重建图像的显示 \r\n\r\n 7. 7. 1 重建图像的显示 \r\n\r\n 7. 7. 2 单色显示 \r\n\r\n 7. 7. 3 重建对象的显示 \r\n\r\n 7. 7. 4 图像重建的应用 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第8章 图像分析 \r\n\r\n 8. 1 分割 \r\n\r\n 8. 1. 1 灰度阈值法分割 \r\n\r\n 8. 1. 2 样板匹配 \r\n\r\n 8. 1. 3 区域生长 \r\n\r\n 8. 1. 4 区域聚合 \r\n\r\n 8. 2 描绘 \r\n\r\n 8. 2. 1 区域描绘 \r\n\r\n 8. 2. 2 关系描绘 \r\n\r\n 8. 2. 3 相似性描绘 \r\n\r\n 8. 2. 4 霍夫变换 \r\n\r\n 8. 3 纹理分析 \r\n\r\n 8. 3. 1 纹理特征 \r\n\r\n 8. 3. 2 用空间自相关函数作纹理测度 \r\n\r\n 8. 3. 3 傅里叶功率谱法 \r\n\r\n 8. 3. 4 联合概率短阵法 \r\n\r\n 8. 3. 5 灰度差分统计法 \r\n\r\n 8. 3. 6 行程长度统计法 \r\n\r\n 8. 3. 7 其他几种方法 \r\n\r\n 8. 3. 8 纹理的句法结构分析法 \r\n\r\n 8. 4 形状分析的细线化 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第9章 数学形态学原理 \r\n\r\n 9. 1 数学形态学的发展 \r\n\r\n 9. 2 数学形态学的基本概念和运算 \r\n\r\n 9. 2. 1 数学形态学定量分析原则 \r\n\r\n 9. 2. 2 数学形态学的基本定义及基本算法 \r\n\r\n 9. 3 一些基本形态学算法 \r\n\r\n 9. 3. 1边缘提取算法 \r\n\r\n 9. 3. 2 区域填充算法 \r\n\r\n 9. 3. 3 连接部分提取算法 \r\n\r\n 9. 3. 4 凸壳算法 \r\n\r\n 9. 3. 5 细化 \r\n\r\n 9. 3. 6 粗化算法 \r\n\r\n 9. 3. 7 骨胺化算法 \r\n\r\n 9. 3. 8 裁剪 \r\n\r\n 9. 4 灰度图像的形态学处理 \r\n\r\n 9. 4. 1 膨胀 \r\n\r\n 9. 4. 2 腐蚀 \r\n\r\n 9. 4. 3开和闭运算 \r\n\r\n 9. 4. 4灰度形态学的应用 \r\n\r\n 附录9 数学形态学处理程序实例 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 第10章 模式识别的理论和方法 \r\n\r\n 10. 1 概述 \r\n\r\n 10. 2 统计模式识别法 \r\n\r\n 10. 2. 1 决策理论方法 \r\n\r\n 10. 2. 2 统计分类法 \r\n\r\n 10. 2. 3 特征的拍取与选择 \r\n\r\n 10. 3 句法结构模式识别 \r\n\r\n 10. 3. 1 形式语言概述 \r\n\r\n 10. 3. 2 句法结构方法 \r\n\r\n 10. 3. 3 误差校正句法分析 \r\n\r\n 10. 3. 4 文法推断 \r\n\r\n 10. 4 模糊集识别法简介 \r\n\r\n 10. 4. 1 模糊集合及其运算 \r\n\r\n 10. 4. 2 模糊关系及性质 \r\n\r\n 10. 4. 3 模糊模式识别的方法 \r\n\r\n 10. 5 模式识别的几种应用 \r\n\r\n 10. 5. 1 指纹识别 \r\n\r\n 10. 5. 2 模式识别在医学上的应用 \r\n\r\n 10. 5. 3 模式识别在自动检测中的应用 \r\n\r\n 思考题 \r\n\r\n 附录10 图像采集卡的参数及使用(供光盘中软件参考) \r\n\r\n 参考文献 \r\n
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数字图像处理起源于20世纪20年代, 当时通过海底电缆从英国的伦敦到美国的纽约采用数字压缩技术传输了第一幅数字照片. 此后, 由于遥感等领域的应用, 使数字图像处理技术逐步受到关注并得到相应的发展. 19以年, 美国的喷气推进实验室处理了由太空船“徘徊者七号”发回的月球照片, 标志着第三代计算机问世后数字图像处理开始得到普遍应用. 由于它的发明. 应用及获得倍受科技界瞩目的诺贝尔奖, 使得数字图像处理技术大放异彩. 其后, 数字图像处理技术发展迅速, 目前已成为工程学. 计算机科学. 信息科学. 统计学. 物理学. 化学. 生物学. 医学甚至社会科学等领域各学科之间学习和研究的对象. 随着信息高速公路. 数字地球概念的提出以及Internet的广泛应用, 信息传输中的非话业务也会急剧地增长. 其中, 图像信息以其信息量大. 传输速度快. 作用距离远等一系列优点使其成为人类获取信息的重要来源及利用信息的重要手段. 今天, 随着科技的进步以及人类需求的多样化发展, 使得多学科的交叉. 融合成为现代科学发展的突出特色和重要途径. 因此, 数字图像处理科学与技术逐步向其他学科领域渗透, 并为其他学科所利用是科学发展的必然. 数字图像处理科学又是与国计民生紧密相连的一门应用科学, 它已给人类带来了巨大的经济和社会效益, 不久的将来它不仅在理论上会有更深入的发展, 在应用上亦是科学研究. 社会生产乃至人类生活中不可缺少的强有力的工具. 它的发展及应用与我国的现代化建设联系之密切. 影响之深远是不可估量的. 在信息社会中, 数字图像处理科学无论是在理论上还是实践上都存在着巨大的潜力.

本书共分10章. 书中根据作者多年教学及科研实践的体会并参考相关文献概括地描述了图像处理理论和技术所涉及的各个分支. 众所周知, 图像处理理论和技术所包含的内容是如此之广阔, 以至于各章都涉及更加专深的理论及内容, 因此, 每一个章节自成一书亦不为过.

本书只能提纲挈领地介绍数字图像处理的基本理论和方法, 其目的是使读者对数字图像处理学有一个全面的了解, 以便为进一步深入研究打下一个扎实的基础.

本书还根据多年的实践编制了一套实验演示软件, 该软件既可以作教学或自学演示, 以便加深读者的感性认识, 也可以在教学中用做实验软件或直接做图像处理之用. 该软件附在书后光盘之中.

本书在编写中得到学校行政部门的大力支持, 同时也得到本所博士生. 硕士生王延江. 邹国辉. 刘汝杰. 王海滨. 陆宽. 陆俊. 舒志龙. 张颖. 黄有能等人的帮助. 此外, 书中还引用了一些论文和资料, 对此, 本人深表感谢. 由于本人水平所限, 书中一定会有许多不足之处, 敬请读者批评指正.

作者

2001年1月于北方交通大学