圖像工程（下冊）

前言

全套書第3版前言這是《圖像工程》第3版，全套書仍分3冊，分別為《圖像工程（上冊）——圖像處理》、《圖像工程（中冊）——圖像分析》和《圖像工程（下冊）——圖像理解》。該套書全面介紹圖像工程的基礎(chǔ)概念、基本原理、典型方法、實用技術(shù)以及國際上相關(guān)內(nèi)容研究的新成果?！秷D像工程》第2版也分3冊，名稱相同。上、中、下冊分別在2006年、2005年和2007年出版。2007年還出版了《圖像工程》第2版的3冊合訂本。至今共計重印20次，總計約合7萬多冊。《圖像工程》第1版也分3冊，名稱分別為《圖像工程（上冊）——圖像處理和分析》、《圖像工程（下冊）——圖像理解和計算機(jī)視覺》和《圖像工程（附冊）——教學(xué)參考及習(xí)題解答》。這3冊分別在1999年、2000年和2002年出版。第1版共重印近30次，總計約11萬冊。《圖像工程》的多次重印表明作者一直倡導(dǎo)的，為了對各種圖像技術(shù)進(jìn)行綜合研究、集成應(yīng)用而建立的整體框架——圖像工程作為一門系統(tǒng)地研究各種圖像理論、技術(shù)和應(yīng)用的新的交叉學(xué)科得到了廣泛的認(rèn)可。同時，隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展，編寫新版的工作也逐漸提到議事日程上來。第3版的編寫開始于2009年，是年暑假靜心構(gòu)思了整書的新框架。其后，根據(jù)框架收集了一些最新的相關(guān)書籍和文獻(xiàn)（包括印刷版和電子版），仔細(xì)進(jìn)行了閱讀并做了筆記。這為新版的編寫打下了一個堅實的基礎(chǔ)。第3版在內(nèi)容的深度和廣度上，仍希望讀者能通過本套書的學(xué)習(xí)，獨(dú)立和全面地了解該領(lǐng)域的基本理論、技術(shù)、應(yīng)用和發(fā)展。第3版仍如前兩版那樣，在編寫的方針上，力求具有理論性、實用性、系統(tǒng)性、實時性；在內(nèi)容敘述上，力求理論概念嚴(yán)謹(jǐn)，論證簡明扼要?？紤]到圖像技術(shù)的飛速發(fā)展，第3版既保留了第2版中有代表性的經(jīng)典內(nèi)容，也削減了一部分近年使用不多的陳舊內(nèi)容，同時還認(rèn)真選取了近年的一些最新研究成果和得到廣泛使用的典型技術(shù)以進(jìn)行充實。這些新內(nèi)容既參考了許多有關(guān)文獻(xiàn)，也結(jié)合了作者的一些研究工作和成果以及這些年來的教學(xué)教案。為使內(nèi)容更加集中和緊湊，壓縮了擴(kuò)展性的討論。第3版在覆蓋面有所增加的情況下整體篇幅比第2版有一定的減少。與上一版相比，第3版有如下幾個調(diào)整：第一，各冊書均從第2章就開始介紹正式內(nèi)容，更快進(jìn)入主題。先修或預(yù)備內(nèi)容分別安排在需先修部分的同一章前，從教學(xué)角度來說，更加實用，也突出了主線內(nèi)容。第二，除第1章緒論外，各冊書的正式內(nèi)容都結(jié)合成4個單元，每個單元都有具體說明，全書的系統(tǒng)性和結(jié)構(gòu)性均得到了加強(qiáng)，也有利于復(fù)習(xí)考核。第三，各章中的習(xí)題均只給出了少部分習(xí)題解答，給教師使用習(xí)題更靈活的選擇。更多的習(xí)題和其余的習(xí)題解答將會放在出版社網(wǎng)站上，便于補(bǔ)充、改進(jìn)。第四，各冊書后均增加了主題索引（并給出了英文），這樣一來方便在書中查找有關(guān)內(nèi)容，二來也方便在網(wǎng)上查找有關(guān)文獻(xiàn)。從1996年開始編寫《圖像工程》第1版至今已15年。這期間，作者與許多讀者（包括教師、學(xué)生、自學(xué)者）有過各種形式的討論和交流，除了面談外，許多人打過電話或發(fā)過電子郵件。這些討論和交流使作者獲得了許多寶貴的意見和建議，在編寫這3版中都起到了不可或缺的作用，特別是在解釋和描述的詳略方面都結(jié)合讀者反饋意見進(jìn)行了調(diào)整，從而更加容易理解和學(xué)習(xí)。值得指出的是，書中還匯集了幾年來不少聽課學(xué)生的貢獻(xiàn)，許多例題和練習(xí)題是在歷屆學(xué)生作業(yè)和課堂討論的基礎(chǔ)上提煉出來的，一些圖片還直接由學(xué)生幫助制作，在選材上也從學(xué)生的反饋中受到許多啟發(fā)。借此機(jī)會對他們一并表示衷心的感謝。書中有相當(dāng)內(nèi)容基于作者和他人共同研究的成果，特別是歷年的學(xué)生邊輝、蔡偉、陳權(quán)崎、陳挺、陳偉、陳正華、程正東、戴聲揚(yáng)、段菲、馮上平、傅卓、高永英、葛菁華、侯樂天、胡浩基、黃英、黃翔宇、賈波、賈超、賈慧星、姜帆、李娟、李樂、李品一、李勍、李睿、李碩、李小鵬、李雪、劉寶弟、劉鍇、劉青棣、劉惟錦、劉曉旻、劉忠偉、陸海斌、羅惠韜、羅沄、錢宇飛、秦暄、秦垠峰、阮孟貴（Nguyen Manh Quy）、賽義（Saeid Bagheri）、沈斌、譚華春、湯達(dá)、王樹徽、王宇雄、王志明、文熙安（Tristan Vincent）、吳高洪、吳瑋、夏爾雷（Charley Paulus）、向振、徐丹、徐楓、徐潔、徐培、徐寅、薛菲、薛景浩、嚴(yán)嚴(yán)、楊勁波、楊翔英、姚玉榮、魚榮珍（Eo Young Jin）、俞天利、于信男、袁靜、張寧、趙雪梅、鄭胤、朱小青、朱云峰，博士后高立志、王懷穎以及進(jìn)修教師崔京守（Choi Jeong Swu）、石俊生、楊衛(wèi)平、曾萍萍、張貴倉等，第1版、第2版和第3版采用的圖片除作者本人制作的外，也包括他們在研究工作中收集和實驗得到的。該書應(yīng)該說是多人合作成果的體現(xiàn)。最后，感謝妻子何蕓、女兒章荷銘以及父母在各方面的理解和支持！章毓晉2012年元旦于清華大學(xué)本冊書概況和使用建議本冊書為《圖像工程》第3版的下冊，主要介紹圖像工程的第三層次——圖像理解的基本概念、基本原理、典型方法、實用技術(shù)以及國際上有關(guān)研究的新成果。本冊書第1章是緒論，介紹圖像理解基礎(chǔ)并概述全書。本冊書主要內(nèi)容分別在4個單元中介紹。第1單元（包含第2、3、4章）介紹圖像采集表達(dá)技術(shù)，其中第2章介紹攝像機(jī)成像模型和標(biāo)定技術(shù)，第3章介紹采集含深度信息圖像的方法，第4章介紹各種表達(dá)3D景物的技術(shù)。第2單元（包含第5、6、7、8章）介紹景物重建技術(shù)，其中第5章介紹雙目立體視覺方法，第6章介紹多目立體視覺方法，第7章介紹從多幅圖像恢復(fù)景物的技術(shù)，第8章介紹從單幅圖像恢復(fù)景物的技術(shù)。第3單元（包含第9、10、11章）介紹場景解釋技術(shù)，其中第9章介紹知識表達(dá)和推理方法，第10章介紹目標(biāo)和符號匹配技術(shù)，第11章介紹場景分析和語義解釋的內(nèi)容。第4單元（包含第12、13、14章）介紹三個研究示例，其中第12章介紹多傳感器圖像信息融合方法，第13章介紹基于內(nèi)容的圖像和視頻檢索技術(shù)，第14章介紹時空行為理解的內(nèi)容。書中的附錄為有關(guān)視覺和視知覺的一些知識，與各章都有一些聯(lián)系。本冊書包括14章正文，1個附錄，以及“部分習(xí)題解答”、“參考文獻(xiàn)”和“索引”。在這18個一級標(biāo)題下共有68個二級標(biāo)題（節(jié)），再下還有124個三級標(biāo)題（小節(jié)）。全冊書共有文字（也包括圖片、繪圖、表格、公式等）約50多萬字。本冊書共有編了號的圖295個（包括257幅圖片）、表格36個、公式623個。為便于教學(xué)和理解，本冊書共給出各類例題74個。為便于檢查教學(xué)和學(xué)習(xí)效果，各章后均有12個思考題和練習(xí)題，全書共有168個，對其中的28個（每章2個）練習(xí)題提供了參考答案（更多習(xí)題的解答將考慮另行提供）。另外，參考文獻(xiàn)中統(tǒng)一列出了直接引用和提供參考的近300篇文獻(xiàn)的目錄。最后，書末還給出了500多個主題索引（及英譯）。本冊書各章內(nèi)容和長度基本平衡，根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和背景，每章可用3～4個課堂學(xué)時講授，另外還需2～3個課外學(xué)時練習(xí)和復(fù)習(xí)。本冊書主要介紹圖像理解的內(nèi)容，需要有一定的圖像處理和圖像分析基礎(chǔ)，最好作為學(xué)習(xí)圖像技術(shù)的第三本書來學(xué)習(xí)（如果自學(xué)的話，最好在學(xué)習(xí)完上冊的前兩個單元和中冊的前兩個單元后進(jìn)行）。當(dāng)學(xué)時比較緊張時，可先學(xué)習(xí)前兩個單元，再從后兩個單元中選取部分內(nèi)容。

內(nèi)容概要

　　《圖像工程（下冊）：圖像理解（第3版）》主要分為4個單元。第1單元（包含第2～4章）介紹圖像采集表達(dá)技術(shù)，其中第2章介紹攝像機(jī)成像模型和標(biāo)定技術(shù)，第3章介紹采集含深度信息圖像的方法，第4章介紹各種表達(dá)3-D景物的技術(shù)。第2單元（包含第5～8章）介紹景物重建技術(shù)，其中第5章介紹雙目立體視覺方法，第6章介紹多目立體視覺方法，第7章介紹從多幅圖像恢復(fù)景物的技術(shù)，第8章介紹從單幅圖像恢復(fù)景物的技術(shù)。第3單元（包含第9～11章）介紹場景解釋技術(shù)，其中第9章介紹知識表達(dá)和推理方法，第10章介紹目標(biāo)和符號匹配技術(shù)，第11章介紹場景分析和語義解釋的內(nèi)容。第4單元（包含第12～14章）介紹三個研究示例，其中第12章介紹多傳感器圖像信息融合方法，第13章介紹基于內(nèi)容的圖像和視頻檢索技術(shù)，第14章介紹時空行為理解的內(nèi)容。書中的附錄介紹了有關(guān)視覺和視知覺的一些知識，與各章都有一些聯(lián)系。書中還提供大量例題、思考題和練習(xí)題，并對部分練習(xí)題提供了解答。書末還給出了主題索引?！　　秷D像工程（下冊）：圖像理解（第3版）》可作為信號與信息處理、通信與信息系統(tǒng)、電子與通信工程、模式識別與智能系統(tǒng)、計算機(jī)視覺等學(xué)科研究生專業(yè)基礎(chǔ)或?qū)I(yè)課教材，也可供信息與通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，測控技術(shù)與儀器、機(jī)器人自動化、生物醫(yī)學(xué)工程、光學(xué)、電子醫(yī)療設(shè)備研制、遙感、測繪和軍事偵察等領(lǐng)域的科技工作者參考。

作者簡介

章毓晉，1989年獲比利時列日大學(xué)應(yīng)用科學(xué)博士學(xué)位。1989年至1993年為荷蘭德爾夫特大學(xué)博士后及研究人員。從1993年到中國北京清華大學(xué)工作，1997年被聘為教授，1998年被評為博士生導(dǎo)師。2003年學(xué)術(shù)休假期間同時被聘為新加坡南洋理工大學(xué)訪問教授。在清華大學(xué)，先后開出并講授10多門本科生和研究生課程。在南洋理工大學(xué)，開出并講授過研究生課程：“現(xiàn)代圖像分析（英語）”。已編寫出版了圖像工程系列教材第1版和第2版，以及《圖像處理和分析基礎(chǔ)》，《圖像處理和分析技術(shù)》（第2版），《圖像處理和分析教程》、《計算機(jī)視覺教程》和《Image Engineering：Processing，Analysis，and Understanding》，翻譯出版了《彩色數(shù)字圖像處理》。已在國內(nèi)外發(fā)表了30多篇教學(xué)研究論文。主要科學(xué)研究領(lǐng)域為其積極倡導(dǎo)的圖像工程（圖像處理、圖像分析、圖像理解及其技術(shù)應(yīng)用）和相關(guān)學(xué)科。從1996年起已連續(xù)十六年對中國圖像工程的研究及主要文獻(xiàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的年度分類總結(jié)綜述。已在國內(nèi)外發(fā)表400多篇圖像工程研究論文，出版了專著《圖象分割》，《基于內(nèi)容的視覺信息檢索》，《基于子空間的人臉識別》，編著了《英漢圖像工程辭典》，主持編著了《Advancesin Image and Video Segmentation》，《Semantic—Based Visual Information Retrieval》，《Advancesin Face Image Analysis：Techniques and Technologies》。現(xiàn)為中國圖象圖形學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)委員會主任；國際電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）高級會員；國際光學(xué)工程協(xié)會（SPIE）會士（因在圖像工程方面的成就）；《中國圖象圖形學(xué)報》副主編，《電子與信息學(xué)報》，《計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報》，《信號處理》和《自動化學(xué)報》編委；以及國際刊物《Pattern Recognition Letters》的associateeditor。曾任第一屆、第二屆、第四屆、第五屆和第六屆國際圖像圖形學(xué)術(shù)會議（ICIG'2000，ICIG'2002，ICIG'2007，ICIG'2009，ICIG'2011）程序委員會主席，第十二屆、第十三屆、第十四屆、第十五屆和第十六屆全國圖像圖形學(xué)術(shù)會議（NCIG2005，NCIG'2006，NCIG'2008，NCIG'2010，NCIG'2012）程序委員會席。

書籍目錄

第1章緒論 1.1圖像工程的發(fā)展 1.2圖像理解及相關(guān)學(xué)科 1.2.1圖像理解 1.2.2計算機(jī)視覺 1.2.3其他相關(guān)學(xué)科 1.2.4圖像理解的應(yīng)用領(lǐng)域 1.3圖像理解理論框架 1.3.1馬爾視覺計算理論 1.3.2對馬爾理論框架的改進(jìn) 1.3.3關(guān)于馬爾重建理論的討論 1.3.4新理論框架的研究 1.4內(nèi)容框架和特點(diǎn) 總結(jié)和復(fù)習(xí) 第1單元采集表達(dá) 第2章攝像機(jī)成像 2.1視覺過程 2.2攝像機(jī)成像模型 2.2.1基本攝像機(jī)模型 2.2.2近似投影模式 2.2.3一般攝像機(jī)模型 2.2.4通用成像模型 2.3攝像機(jī)標(biāo)定 2.3.1標(biāo)定程序和參數(shù) 2.3.2兩級標(biāo)定法 2.4光度學(xué)和亮度成像 2.4.1光度學(xué) 2.4.2亮度成像模型 總結(jié)和復(fù)習(xí) 第3章深度信息采集 3.1高維圖像和成像方式 3.1.1高維圖像種類 3.1.2本征圖像和非本征圖像 3.1.3深度成像方式 3.2雙目成像模式 3.2.1雙目橫向模式 3.2.2雙目會聚橫向模式 3.2.3雙目軸向模式 3.3深度圖像直接采集 3.3.1飛行時間法 3.3.2結(jié)構(gòu)光法 3.3.3莫爾等高條紋法 3.3一深度和亮度圖像同時采集 3.4顯微鏡3一D分層成像 3.4.1景深和焦距 3.4.2顯微鏡3—D成像 3.4.3共聚焦顯微鏡3—D成像 總結(jié)和復(fù)習(xí) 第4章3—D景物表達(dá) 4.1 曲線和曲面的局部特征 4.1.1曲線局部特征 4.1.2曲面局部特征 4.2 3—D表面表達(dá) 4.2.1參數(shù)表達(dá) 4.2.2表面朝向表達(dá) 4.3等值面的構(gòu)造和表達(dá) 4.3.1行進(jìn)立方體算法 4.3.2覆蓋算法 4.4從并行輪廓插值3—D表面 4.5 3—D實體表達(dá) 4.5.1基本表達(dá)方案 4.5.2廣義圓柱體表達(dá) 總結(jié)和復(fù)習(xí) 第2單元景物重建 第5章立體視覺：雙目 5.1立體視覺模塊 5.2基于區(qū)域的雙目立體匹配 5.2.1模板匹配 5.2.2立體匹配 5.3基于特征的雙目立體匹配 5.3.1基本步驟 5.3.2尺度不變特征變換 5.3.3加速魯棒性特征 5.3.4動態(tài)規(guī)劃匹配 5.4視差圖誤差檢測與校正 總結(jié)和復(fù)習(xí) 第6章立體視覺：多目 6.1水平多目立體匹配 6.1.1水平多目圖像 6.1.2倒距離 6.2正交三目立體匹配 6.2.1基本原理 6.2.2基于梯度分類的正交匹配 6.3多目立體匹配 6.3.1任意排列三目立體匹配 6.3.2正交多目立體匹配 6.4亞像素級視差計算 總結(jié)和復(fù)習(xí) 第7章景物恢復(fù)：多圖像 7.1單目景物恢復(fù) 7.2光度立體學(xué) 7.2.1景物亮度和圖像亮度 7.2.2表面反射特性和亮度 7.2.3景物表面朝向 7.2.4反射圖和亮度約束方程 7.2.5光度立體學(xué)求解 7.3從運(yùn)動求取結(jié)構(gòu) 7.3.1光流和運(yùn)動場 7.3.2光流方程求解 7.3.3光流與表面取向 7.3.4光流與相對深度 總結(jié)和復(fù)習(xí) 第8章景物恢復(fù)：單圖像 8.1從影調(diào)恢復(fù)形狀 8.1.1影調(diào)與形狀 8.1.2亮度方程求解 8.2紋理與表面朝向 8.2.1單目成像和畸變 8.2.2 由紋理變化恢復(fù)朝向 8.2.3檢測線段紋理消失點(diǎn) 8.3由焦距確定深度 8.4根據(jù)三點(diǎn)透視估計位姿 總結(jié)和復(fù)習(xí) 第3單元場景解釋 第9章知識表達(dá)和推理 9.1知識基礎(chǔ) 9.2場景知識 9.2.1模型 9.2.2屬性超圖 9.2.3基于知識的建模 …… 第10章廣義匹配 第11章場景分析和語義解釋 第4單元研究示例 第12章多傳感器圖像信息融合 第13章基于內(nèi)容的圖像和視頻檢索 第14章時空行為理解 附錄A視覺和視知覺 部分習(xí)題解答 參考文獻(xiàn) 索引

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   （2）將各子目標(biāo)進(jìn)一步分解成對應(yīng)一組基本方法的步驟，這些步驟對應(yīng)軟件包的子程序； （3）對相似的問題采取相近的解決方法以提高效率； （4）允許迭代進(jìn)行控制； （5）當(dāng)工作結(jié)果不成功時允許逐級返回。 2.一般圖像處理知識模塊 它的主要功能有以下幾方面： （1）規(guī)劃各種層次的處理操作； （2）控制處理流程，包括自下而上或自上而下、并行或串行、中心控制或分布控制等； （3）將數(shù)學(xué)分析結(jié)果映射為符號量； （4）表達(dá)和使用與領(lǐng)域無關(guān)的圖像知識，如基于識別的分割； （5）實現(xiàn)對圖像處理質(zhì)量的評價機(jī)制； （6）通過與模型匹配以識別目標(biāo)。 3.用戶界面知識模塊 用戶界面包含如何與用戶打交道的知識，所以可把它也看作一個模塊。用戶界面的兩個主要功能是：①允許用戶指定系統(tǒng)通過加工圖像要達(dá)到的目的；②允許用戶輸入特定領(lǐng)域的知識。 大多數(shù)圖像理解系統(tǒng)都是根據(jù)特定目標(biāo)而構(gòu)造的，但這些目標(biāo)在程序結(jié)構(gòu)中多數(shù)是隱含表示的。對一個涉及許多目標(biāo)的系統(tǒng)來說，尚無通用的方法來指定系統(tǒng)去尋找哪類目標(biāo)和從中抽取哪類信息。在這些情況下，一個交互的用戶界面是必要的，因為對系統(tǒng)的指令總會包含一些容易混淆的問題，需要通過反復(fù)試驗來確定。另外，需要先驗證系統(tǒng)的能力以對實際圖像應(yīng)用進(jìn)行特定的處理。 用戶界面可有多種層次，例如對新用戶，專家系統(tǒng)通過詢問，幫助他們確定應(yīng)用；較有能力的用戶可使用菜單；而專業(yè)用戶可直接通過翻譯器輸入命令。用戶界面在獲取與解決問題相關(guān)的知識方面也非常重要，但現(xiàn)在可以提供這種功能的系統(tǒng)還不多。 4.自動學(xué)習(xí)模塊 讓系統(tǒng)自己學(xué)習(xí)比手工輸入知識更容易，自動學(xué)習(xí)模塊還允許獲取知識并將其用于其他模塊。這方面的研究大部分集中在自動獲取目標(biāo)模型或其他參數(shù)模型上[Bhanfi l994]，此外，研究用于目標(biāo)描述的自動學(xué)習(xí)和識別分析策略也很重要。這里可用于學(xué)習(xí)的知識源主要有以下幾方面： （1）用某些形式語言對軟件系統(tǒng)的詳細(xì)描述； （2）有關(guān)它的自然語言文字； （3）使用軟件系統(tǒng)的實驗； （4）對系統(tǒng)使用后的觀察結(jié)果。

編輯推薦

《圖像工程(下冊):圖像理解(第3版)》編輯推薦：第1版獲全國普通高等學(xué)校優(yōu)秀教材一等獎，第2版評為全國普通高等教育“十一五”精品教材。

圖書封面

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