數(shù)字圖像處理

前言

　　數(shù)字圖像處理是集光學(xué)、數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、信息論、控制論、物理學(xué)、心理學(xué)和生理學(xué)等學(xué)科的一門綜合性邊緣科學(xué)。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅猛發(fā)展，以及其與現(xiàn)代發(fā)展的新理論如小波分析、馬爾柯夫隨機(jī)場、分形學(xué)、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、人工智能和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等的結(jié)合，數(shù)字圖像處理獲得了長足的進(jìn)展，呈現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。已在科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事、公安、醫(yī)療衛(wèi)生、教育等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對推動(dòng)社會(huì)發(fā)展，改善人們生活水平都起到了重要的作用?！　”緯鳛閲摇笆晃濉币?guī)劃和國家精品課程教材，是在武漢大學(xué)“十五”規(guī)劃教材基礎(chǔ)之上改編的。為使讀者能全面了解數(shù)字圖像處理的基本概念、方法及應(yīng)用，并為在圖像處理與分析領(lǐng)域中開展科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，本書在內(nèi)容上既選取了有代表性的經(jīng)典內(nèi)容，著重介紹了圖像處理的基本概念和方法，又結(jié)合數(shù)字圖像處理的發(fā)展，選取了一些新的研究成果，具有一定的廣度、深度和新穎性。在結(jié)構(gòu)上仍采用以往數(shù)字圖像處理課程循序漸進(jìn)的結(jié)構(gòu)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、系統(tǒng)。從圖像處理的應(yīng)用特點(diǎn)出發(fā)，圖像處理的學(xué)習(xí)需要理論與實(shí)踐結(jié)合才能收到最佳效果。本書中列舉了許多示例，在每章最后附有習(xí)題、部分編程和上機(jī)操作內(nèi)容。另外，作者還編著出版了與該課程配套的《數(shù)字圖像處理實(shí)習(xí)教程》，供學(xué)生實(shí)習(xí)或讀者編寫相關(guān)程序參考。　　本書主要包括四部分內(nèi)容。第一部分是數(shù)字圖像處理的理論基礎(chǔ)。由緒論、數(shù)字圖像處理的基本概念和圖像變換三章組成。第二部分是狹義數(shù)字圖像處理的理論、方法和實(shí)例。包括圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)與重建、圖像編碼與壓縮三章。第三部分是圖像特征提取與分析的理論、方法和實(shí)例。包括圖像分割、二值圖像處理與形狀分析、紋理分析、模板匹配與模式識別四章。第四部分是數(shù)字圖像處理的應(yīng)用。　　本書可作為高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子工程、遙感、測繪、地理信息系統(tǒng)、自動(dòng)化、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、礦業(yè)、通信、氣象、農(nóng)業(yè)等相關(guān)專業(yè)本科生和研究生教材，也可供相關(guān)領(lǐng)域的大學(xué)教師、科研人員和工程技術(shù)人員參考?！　≡诒緯帉戇^程中，參考了國內(nèi)外出版的大量書籍和論文，本人對該書中所引用論文和書籍的作者深表感謝。武漢大學(xué)出版社王金龍、王愛平等同志為本教材出版做了大量工作，王玲、吳芳和鄒勤等同學(xué)參與了部分錄入、校對工作，在此對以上人員表示衷心感謝?！　∮捎谧髡咚接邢?，書中難免有不足和不妥之處，懇請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　第一部分是數(shù)字圖像處理的理論基礎(chǔ)。由緒論、數(shù)字圖像處理的基本概念和圖像變換三章組成。第二部分是狹義數(shù)字圖像處理的理論、方法和實(shí)例。包括圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)與重建、圖像編碼與壓縮三章。第三部分是圖像特征提取與分析的理論、方法和實(shí)例。包括圖像分割、二值圖像處理與形狀分析、紋理分析、模板匹配與模式識別四章。第四部分是數(shù)字圖像處理的應(yīng)用?！　　稊?shù)字圖像處理（第2版）》可作為高校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子工程、遙感、測繪、地理信息系統(tǒng)、自動(dòng)化、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)、礦業(yè)、通信、氣象、農(nóng)業(yè)等相關(guān)專業(yè)本科生和研究生教材，也可供相關(guān)領(lǐng)域的大學(xué)教師、科研人員和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 導(dǎo)論1.1 數(shù)字圖像處理的概念1.1.1 圖像1.1.2 圖像處理1.2 數(shù)字圖像處理的內(nèi)容以及與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系1.2.1 數(shù)字圖像處理的內(nèi)容1.2.2 數(shù)字圖像處理與其他相關(guān)學(xué)科的關(guān)系1.3 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概述1.3.1 數(shù)字圖像采集1.3.2 數(shù)字圖像顯示1.3.3 數(shù)字圖像存儲(chǔ)1.3.4 數(shù)字圖像通信模塊1.3.5 計(jì)算機(jī)1.3.6 圖像處理軟件1.4 數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)及其應(yīng)用1.4.1 數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)1.4.2 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用習(xí)題第2章 數(shù)字圖像處理的基本概念2.1 人眼的視覺原理2.1.1 人眼的構(gòu)造2.1.2 圖像的形成2.1.3 視覺亮度范圍和分辨率2.1.4 視覺適應(yīng)性和對比靈敏度2.1.5 亮度感覺與色覺2.1.6 馬赫帶2.2 連續(xù)圖像的描述2.3 圖像數(shù)字化2.3.1 采樣2.3.2 量化2.3.3 數(shù)字圖像的表示2.3.4 采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關(guān)系2.3.5 圖像數(shù)字化設(shè)備的組成及性能2.4 圖像灰度直方圖2.4.1 概念2.4.2 直方圖的性質(zhì)2.4.3 直方圖的應(yīng)用2.5 數(shù)字圖像處理算法的形式2.5.1 基本功能形式2.5.2 幾種具體算法形式2.6 圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與圖像文件格式2.6.1 圖像的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.6.2 圖像文件格式2.7 圖像的特征與噪聲2.7.1 圖像的特征類別2.7.2 特征提取與特征空間2.7.3 圖像噪聲習(xí)題第3章 圖像變換3.1 預(yù)備知識3.1.1 點(diǎn)源和狄拉克函數(shù)3.1.2 二維線性位移不變系統(tǒng)3.2 傅立葉變換3.2.1 連續(xù)函數(shù)的傅立葉變換3.2.2 離散函數(shù)的傅立葉變換3.2.3 二維離散傅立葉變換的若干性質(zhì)3.3 其他可分離圖像變換3.3.1 通用公式3.3.2 沃爾什變換3.3.3 哈達(dá)瑪變換3.3.4 離散余弦變換3.4 小波變換簡介3.4.1 連續(xù)小波變換3.4.2 離散小波變換3.5 多尺度幾何分析習(xí)題第4章 圖像增強(qiáng)4.1 圖像增強(qiáng)的點(diǎn)運(yùn)算4.1.1 灰度級校正4.1.2 灰度變換4.1.3 直方圖修正法4.1.4 局部統(tǒng)計(jì)法4.2 圖像的空間域平滑4.2.1 局部平滑法（鄰域平均法或移動(dòng)平均法）4.2.2 超限像素平滑法4.2.3 灰度最相近的K個(gè)鄰點(diǎn)平均法4.2.4 梯度倒數(shù)加權(quán)平滑法4.2.5 最大均勻性平滑4.2.6 有選擇保邊緣平滑法4.2.7 空間低通濾波法4.2.8 多幅圖像平均法4.2.9 中值濾波4.3 空問域銳化4.3.1 梯度銳化法4.3.2 Laplaeian增強(qiáng)算子4.3.3 高通濾波法4.4 頻率域增強(qiáng)4.4.1 頻率域平滑4.4.2 頻率域銳化4.4.3 同態(tài)濾波增強(qiáng)4.5 彩色增強(qiáng)技術(shù)4.5.1 偽彩色增強(qiáng)4.5.2 彩色圖像增強(qiáng)技術(shù)4.6 圖像代數(shù)運(yùn)算4.6.1 加運(yùn)算4.6.2 減運(yùn)算4.6.3 乘運(yùn)算4.6.4 除運(yùn)算習(xí)題第5章 圖像復(fù)原與重建5.1 圖像退化5.1.1 圖像的退化5.1.2 圖像退化的數(shù)學(xué)模型5.2 代數(shù)恢復(fù)方法5.2.1 無約束復(fù)原5.2.2 約束最小二乘復(fù)原5.3 頻率域恢復(fù)方法5.3.1 逆濾波恢復(fù)法5.3.2 去除由勻速運(yùn)動(dòng)引起的模糊5.3.3 維納濾波復(fù)原方法5.4 幾何校正5.4.1 空問坐標(biāo)變換5.4.2 像素灰度內(nèi)插5.5 圖像重建5.5.1 計(jì)算機(jī)斷層掃描的二維重建5.5.2 三維形狀的復(fù)原習(xí)題第6章 圖像編碼與壓縮6.1 概述6.1.1 圖像數(shù)據(jù)壓縮的必要性與可能性6.1.2 圖像編碼壓縮的分類6.2 圖像保真度準(zhǔn)則6.2.1 客觀保真度準(zhǔn)則6.2.2 主觀保真度準(zhǔn)則6.3 統(tǒng)計(jì)編碼方法6.3.1 圖像冗余度和編碼效率6.3.2 霍夫曼編碼6.3.3 費(fèi)諾-仙農(nóng)編碼6.3.4 算術(shù)編碼6.3.5 行程編碼6.4 預(yù)測編碼6.4.1 線性預(yù)測編碼6.4.2 非線性預(yù)測編碼法6.5 正交變換編碼6.5.1 變換編碼原理6.5.2 正交變換的性質(zhì)6.5.3 變換壓縮的數(shù)學(xué)分析6.5.4 最佳變換與準(zhǔn)最佳變換……第7章 圖像分割第8章 二值圖像處理與形狀分析第9章 影像紋理分析第10章 模板匹配與模式識別技術(shù)第11章 數(shù)字圖像處理的應(yīng)用附錄 英漢專業(yè)術(shù)語對照參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　1.3.2 數(shù)字圖像顯示　　對狹義圖像處理來說，其目的是提供一幅更便于分析、識別和解譯的圖像。對圖像分析而言，可借助計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)將分析的結(jié)果轉(zhuǎn)換為更直觀的圖像形式展示，所以圖像顯示是圖像處理中的重要內(nèi)容之一?！　D像的顯示主要有兩種形式：一種是將圖像通過CRT顯示器、液晶顯示器或投影儀等設(shè)備暫時(shí)性顯示的軟拷貝形式；一種是通過照相機(jī)、激光拷貝和打印機(jī)等將圖像輸出到物理介質(zhì)上的永久性硬拷貝形式?！　〈蛴≡O(shè)備一般用于輸出較低分辨率的圖像。以往打印灰度圖像的一種簡便方法是利用標(biāo)準(zhǔn)行打印機(jī)的重復(fù)打印功能輸出圖像，輸出圖像上任一點(diǎn)的灰度由該點(diǎn)打印的字符數(shù)量和密度來控制。近年來使用的各種熱敏、噴墨和激光打印機(jī)等具有更好的性能，可打印出高分辨率的灰度圖像和彩色圖像?！　?.3.3 數(shù)字圖像存儲(chǔ)　　圖像的數(shù)據(jù)量往往很大，因而需要大量的空間存儲(chǔ)圖像。在圖像處理和分析系統(tǒng)中，大容量和快速的圖像存儲(chǔ)器是必不可少的。在計(jì)算機(jī)中，圖像數(shù)據(jù)量最小的度量單位是比特（bit）。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)量常用字節(jié)（1byte=8bits）、千字節(jié)（KB，kilobyte）、兆（106）字節(jié)（MB，megabyte）、吉（109）字節(jié)（GB，gigabyte）、太（1012）字節(jié)（TB，terabyte）和拍（1015）字節(jié)（PB，petabyte）等表示。例如，存儲(chǔ)1幅1024×1024的8bit圖像就需要1Mbyte的存儲(chǔ)器。用于圖像處理和分析的數(shù)字存儲(chǔ)器可分為3類：快速存儲(chǔ)器、在線或聯(lián)機(jī)存儲(chǔ)器、不經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)庫（檔案庫）存儲(chǔ)器?！　∮?jì)算機(jī)內(nèi)存就是一種提供快速存儲(chǔ)功能的存儲(chǔ)器。目前微型計(jì)算機(jī)的內(nèi)存容量范圍在128MB-4GB。另外一種提供快速存儲(chǔ)功能的存儲(chǔ)器是特制的硬件卡，即幀緩存或顯存，它可存儲(chǔ)多幅圖像并以視頻速度（每秒25幅或30幅圖像）讀取，也可以對圖像進(jìn)行放大和縮小、垂直翻轉(zhuǎn)和水平翻轉(zhuǎn)。顯存容量是隨著顯卡的發(fā)展而逐步增大的，并且有越來越大的趨勢。顯存容量從早期的512KB、1MB、2MB等極小容量，發(fā)展到8MB、12MB、16MB、32MB、64MB，一直到目前主流的128MB、256MB和高檔顯卡的512MB，某些專業(yè)顯卡甚至已經(jīng)具有1GB的顯存了?！　」潭ㄓ脖P是小型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)必備的外部存儲(chǔ)器。固定硬盤為計(jì)算機(jī)提供了大容量的存儲(chǔ)介質(zhì)，容量從幾十MB提高到1.5TB。但是其盤片無法更換，存儲(chǔ)的信息也不便于攜帶和交換?！　≤洿疟P是一種最早使用的可移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)，軟磁盤有8英寸、5.25英寸、3.5英寸3種，但其中3.5英寸的1.44MB軟盤最為常見。由于軟磁盤存在可靠性差、容量小、速度慢、壽命短、容易損壞等缺點(diǎn)，逐步被光碟、閃存盤等移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)所取代。　　閃存盤是以閃存記憶體為存儲(chǔ)介質(zhì)，由朗科發(fā)明的，郎科稱之為“U盤”。它是以USB為接口的一種存儲(chǔ)介質(zhì)，具有存儲(chǔ)容量大、體積小、保存數(shù)據(jù)期長且安全可靠、方便攜帶、抗震性能強(qiáng)、防磁防潮、耐溫、性價(jià)比高等突出優(yōu)點(diǎn)，是軟盤的理想替代品。　　移動(dòng)硬盤和U盤性能基本相同，可靠性高，數(shù)據(jù)保存可達(dá)十年以上，數(shù)據(jù)傳輸率較快，操作方便，支持熱拔插，無需外接電源，只要插入主機(jī)的USB接口就可使用。

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