數(shù)字圖像處理與分析基礎(chǔ)

前言

　　本教材介紹數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的基本概念、基本原理、基本算法和實用技術(shù)，主要面向理工科高年級本科生。這一級別的學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備數(shù)學(xué)分析、矩陣理論、概率統(tǒng)計等數(shù)學(xué)基礎(chǔ)以及初步的計算機編程能力?！　揽茖W(xué)技術(shù)大學(xué)為研究生開設(shè)“數(shù)字圖像處理”課程已經(jīng)有近三十年，在此期間，國際上“數(shù)字圖像處理”的研究與應(yīng)用蓬勃發(fā)展，我校的相關(guān)研究成果也層出不窮。與此相適應(yīng)，選修此課程的學(xué)生范圍也逐步擴大，從來自于自動控制、電子技術(shù)以及計算機應(yīng)用等學(xué)科發(fā)展到學(xué)校涵括的每一個學(xué)科。經(jīng)過慎重考慮，學(xué)校從2000年起為某些專業(yè)大四的本科生增設(shè)了此課程。五年的教學(xué)實踐表明，本科生對此課程同樣具有濃厚的興趣，也有能力在課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上開展相關(guān)課題的研究?！　”窘滩脑诮贪傅幕A(chǔ)上，經(jīng)教學(xué)組反復(fù)討論，并綜合多年學(xué)生的反饋意見編寫而成。主要希望讀者能夠獨立、迅速地對該學(xué)科的基礎(chǔ)理論、基本技術(shù)、主要的應(yīng)用領(lǐng)域以及發(fā)展的前景有全面的了解，開拓他們的視野，并為有興趣在該領(lǐng)域進一步學(xué)習(xí)與研究的學(xué)生打下良好的基礎(chǔ)。因此本教材與傳統(tǒng)的面向算法的教材相比，增加了圖像處理系統(tǒng)構(gòu)成的有關(guān)內(nèi)容，那些理論性較強、對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高的內(nèi)容被舍棄，而有些內(nèi)容卻更加系統(tǒng)、詳細，如用不同的理論與方法解決同一個問題等，這些對促進學(xué)生的創(chuàng)新思維都大有裨益?！　”窘滩膹慕Y(jié)構(gòu)上看共8章，第1章介紹“數(shù)字圖像處理”的基本概念，第2章介紹圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成原則，第3章介紹視覺理論與數(shù)學(xué)模型，屬于理論基礎(chǔ)，第4章是計算機編程實踐的基礎(chǔ)，第5章是許多算法的理論基礎(chǔ)，第6章和第7章介紹了大量圖像處理的實用算法，是該課程的重點，第8章是圖像分析基礎(chǔ)，不僅提供了與相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系，而且指引了學(xué)科研究的方向。總之，在課程結(jié)束后，學(xué)生應(yīng)當(dāng)具有開展相關(guān)課題研究的明確思路。

內(nèi)容概要

本書是一本面向理工科高年級本科生的教材，主要介紹圖像處理與分析的基本理論、基礎(chǔ)知識、典型算法和實用技術(shù)。本書屬于“新世紀電子信息與自動化系列課程改革教材”。    全書共分為8章，首先介紹了數(shù)字圖像的基本概念、圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成，然后介紹了圖像處理的視覺基礎(chǔ)、主要的數(shù)學(xué)模型與重要的圖像變換理論，接著討論了典型的圖像空域與頻域增強技術(shù)、實用的圖像編碼技術(shù)，最后講述了圖像分割與描述的基本方法。此外，本書用一章內(nèi)容介紹了MATLAB的圖像處理功能，更有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率與研究興趣。本書側(cè)重于對數(shù)字圖像處理基本方法、基本概念的介紹，但也指明了該領(lǐng)域的最新研究成果與動態(tài)。在內(nèi)容的組織上本書遵循寬口徑的原則，強調(diào)應(yīng)用與實踐，例題與思考題都與實際工程問題緊密結(jié)合，同一問題提供不同的解決思路。全書圖文并茂，實例豐富，算法翔實，易于學(xué)習(xí)。    本書主要適合于自動化、信號與信息處理、計算機科學(xué)與技術(shù)、通信工程、遙感、生物工程以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的大學(xué)本科高年級學(xué)生使用，并可供數(shù)字圖像處理技術(shù)應(yīng)用相關(guān)專業(yè)的研究生以及工程技術(shù)人員自學(xué)與參考。

書籍目錄

總序前言第1章　數(shù)字圖像處理的基本概念　1.1　圖像的概念　　1.1.1　圖像的分類　　1.1.2　圖像信息的分類　　1.1.3　圖像處理的基本方法　　1.1.4　數(shù)字圖像處理的幾個基本術(shù)語　1.2　數(shù)字圖像處理技術(shù)　1.3　數(shù)字圖像處理的發(fā)展歷程與重要應(yīng)用領(lǐng)域　　1.3.1　發(fā)展歷程　　1.3.2　不斷拓展的應(yīng)用領(lǐng)域　1.4　數(shù)字圖像處理課程學(xué)習(xí)的要求　思考題與習(xí)題第2章　數(shù)字圖像處理系統(tǒng)　2.1　數(shù)字圖像處理系統(tǒng)的構(gòu)成　2.2　圖像數(shù)字化設(shè)備　　2.2.1　圖像數(shù)字化器的組成　　2.2.2　圖像數(shù)字化器的性能　　2.2.3　數(shù)字照相機（數(shù)碼相機）　　2.2.4　攝像機（攝像頭）　　2.2.5　掃描儀　　2.2.6　圖像采集卡　2.3　數(shù)字圖像存儲設(shè)備　2.4　數(shù)字圖像處理設(shè)備　2.5　圖像輸出設(shè)備　　2.5.1　暫時顯示設(shè)備　　2.5.2　永久顯示設(shè)備　2.6　圖像處理軟件　思考題與習(xí)題第3章　圖像處理基礎(chǔ)知識　3.1　圖像處理的視覺基礎(chǔ)　　3.1.1　人類視覺感知的過程　　3.1.2　視覺的簡單數(shù)學(xué)模型　　3.1.3　色度學(xué)　3.2　圖像的數(shù)學(xué)模型　　3.2.1　圖像的連續(xù)模型　　3.2.2　離散模型　　3.2.3　隨機場模型　3.3　圖像質(zhì)量評價　　3.3.1　主觀評價法　　3.3.2　逼真度準則或失真度準則　　3.3.3　新的質(zhì)量評價方法　3.4　對設(shè)計圖像處理系統(tǒng)的影響　　3.4.1　視覺特性對圖像處理系統(tǒng)的影響　　3.4.2　圖像模型對圖像處理系統(tǒng)的影響　思考題與習(xí)題第4章　MATLAB圖像處理基礎(chǔ)　4.1 MATLAB概述　　4.1.1　什么是MATLAB　　4.1.2　MATLAB的特點　　4.1.3　MATLAB系統(tǒng)的構(gòu)成　　4.1.4　MATLAB的主要功能　4.2　MATLAB使用中需要注意的問題　　4.2.1　MATLAB的數(shù)據(jù)類型　　4.2.2　MATLAB的基本編程　4.3　MAILAB的圖像處理工具箱　　4.3.1　MATLAB支持的圖像格式　　4.3.2　圖像的輸入輸出及顯示　4.4　MATLAB圖形接口（GUI）簡介　　4.4.1　建立圖形窗口　　4.4.2　菜單建立　　4.4.3　控件　思考題與習(xí)題第5章　圖像變換　5.1　圖像變換概述　5.2　傅立葉變換　　5.2.1　二維離散Fourier變換（2DFT）　　5.2.2　傅立葉變換的性質(zhì)　　……第6章　圖像增強第7章　圖像編碼第8章　圖像分割與描述附錄　數(shù)字圖像處理詞匯英漢對照表參考文獻

章節(jié)摘錄

　　1.1 .3圖像處理的基本方法　　“圖像處理（image processing）”是對圖像加工的各種技術(shù)方法的統(tǒng)稱，它已被廣泛地應(yīng)用于許多領(lǐng)域。所處理的對象既可以是普通照片、x光片或遙感圖像（衛(wèi)星圖像、航空像片）等光學(xué)圖像，也可以是其他方式生成的圖像，如計算機生成的圖形等。處理目的是使圖像變成便于理解和使用的形式，或提取某些圖像特征信息供進一步分析使用。例如，處理模糊圖像使之清楚一些，或突出圖像中某些特定目標與其背景的區(qū)別，以改善視覺效果。圖像處理方法主要包括兩種——模擬圖像處理和數(shù)字圖像處理?！　?.模擬圖像處理　　模擬圖像處理包括光學(xué)圖像處理和電子圖像處理（電子光學(xué)處理），其中光學(xué)方法是圖像處理發(fā)展的起源。1946年法國的Duffienx提出傅立葉光學(xué)，1964年美國密執(zhí)安大學(xué)的A.Vanderlugt制成空間濾頻器。光學(xué)處理具有處理速度快（可實時和并行處理，如電視模擬圖像處理可達25幀／秒或30幀／秒）、信息量大、分辨率高、經(jīng)濟等優(yōu)點。這類方法的缺點是精度差、靈活性差，器件具有專用性，缺乏判斷分析能力，不具備非線性處理能力。近年已經(jīng)有人開始研究將光學(xué)處理和計算機相結(jié)合的方法，如利用光學(xué)方法對圖像進行傅立葉變換，再用計算機對頻譜分析?！　?.數(shù)字圖像處理　　數(shù)字圖像處理就是將圖像轉(zhuǎn)換成一個數(shù)據(jù)矩陣存放在圖像存儲器中，然后再利用數(shù)字計算機或其他的大規(guī)模集成數(shù)字器件（如DSP），對圖像信息進行數(shù)字運算或處理，以提高圖像的質(zhì)量或達到人們所預(yù)期的其他效果，如遙感圖像的幾何校正和景物的辨識。數(shù)字圖像處理的優(yōu)點是精度高、處理內(nèi)容豐富、可以進行復(fù)雜的非線性處理。此外數(shù)字處理方式靈活，同樣的圖像硬件系統(tǒng)，在改變軟件之后可以用于其他完全不同的任務(wù)。但由于目前計算機性能的限制，數(shù)字圖像處理的速度有限，對于一些有實時性要求的任務(wù)，必須利用DSP加速或構(gòu)建專用硬件系統(tǒng)。　　數(shù)字圖像處理中存在兩種基本的圖像數(shù)學(xué)模型：“離散模型”和“連續(xù)模型”。離散模型就是把數(shù)字圖像看成離散采樣點的集合，每個點具有其各自的屬性。處理運算就是對這些離散單元的操作。這種模型利用了計算機的優(yōu)勢，但不能反映出圖像的整體狀態(tài)以及圖像內(nèi)容間的聯(lián)系。圖像及其內(nèi)容由連續(xù)函數(shù)來描述會更好。在許多情況下，分別采用連續(xù)分析和離散技術(shù)兩種方案，會導(dǎo)致相同的答案，但是沿著不同思路對問題的理解會大不相同。因此，在圖像處理中，根據(jù)任務(wù)和目的的不同，經(jīng)常會采用不同的模型來處理圖像，或者在不同的階段采用不同的模型，保證系統(tǒng)的最佳性能。但圖像在數(shù)字化時必須滿足采樣定理，這樣離散的圖像才能與它的連續(xù)形式對應(yīng)。

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