數(shù)字圖像處理

前言

　　目前，在多個不同應用領域中，對圖像處理的需求均呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢。數(shù)字圖像處理是集光學、數(shù)學、計算機科學、電子學、信息論、控制論、物理學、心理學和生理學等學科為一體的一門綜合性邊緣科學。隨著計算機科學的迅猛發(fā)展以及與近代發(fā)展起來的新理論如小波分析、馬爾可夫隨機場、分形學、數(shù)學形態(tài)學、人工智能和人工神經(jīng)網(wǎng)絡等的結(jié)合，數(shù)字圖像處理近年來獲得了長足的進展，呈現(xiàn)出強大的生命力，己在科學研究、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事、公安、醫(yī)療衛(wèi)生、教育等許多領域得到廣泛應用，產(chǎn)生了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，對推動社會發(fā)展，改善人們生活水平都起到了重要的作用?！　槭棺x者能全面了解數(shù)字圖像處理的基本概念、方法及應用，并為在本領域中進行研究和開發(fā)打下扎實的基礎，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，具有定的廣度、深度和新穎性。本書仍沿用以往數(shù)字圖像處理課程循序漸進的結(jié)構(gòu)，從圖像處理的應用特點出發(fā)，理論與實踐結(jié)合講述課程內(nèi)容。本書中列舉了許多示例，提供了部分圖像處理的參考程序，以便學生在此基礎上編寫其他程序。各章末均附有習題，主要章節(jié)后還附有上機操作內(nèi)容和部分編程代碼?！　∪珪饕ㄈ糠謨?nèi)容：第一部分是數(shù)字圖像處理的理論基礎，由導論、數(shù)字圖像處理的基本概念和圖像變換三章組成；第二部分是數(shù)字圖像處理的理論、方法和技術(shù)，包括圖像增強、圖像復原與重建、圖像編碼與壓縮等三章；第三部分是圖像特征提取與分析的理論、方法和實例，包括圖像分割、圖像描述、模板匹配與模式識別技術(shù)及數(shù)字圖像處理的應用等四章?！　”緯勺鳛楦叩仍盒Ｓ嬎銠C科學與技術(shù)、電子工程、自動化、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學、遙感、地質(zhì)、礦業(yè)、通信、氣象、農(nóng)業(yè)等相關專業(yè)本科生或研究生教材，也可供相關領域的教師、科研人員和工程技術(shù)人員參考?！　”緯晒膹娎蠋熃M織編寫，侯勇嚴老師編寫了第5、7、9章內(nèi)容并審讀了第8章和第lO章內(nèi)容，陳景文老師編寫了第2章，劉蘊、楊麗娟、李秀玲、胡偉等同學參與了部分章節(jié)內(nèi)容的錄入工作，李鵬、任鵬同學參與了部分章節(jié)的繪圖工作，其他章節(jié)的編寫及全書的統(tǒng)稿、定稿由郭文強完成。在本書編寫過程中，編者參考了國內(nèi)外出版的大量書籍和論文，在此編者對本書中所引用論文和書籍的作者深表感謝。西安電子科技大學出版社的楊墦同志為本書的出版做了大量工作，在此表示衷心感謝?！　∮捎诰幷咚接邢蓿瑫须y免有不足之處，懇請讀者指正。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了數(shù)字圖像處理的基本原理、基本方法、相關技術(shù)和一些典型的應用。全書共分10章，主要包括三部分內(nèi)容：第一部分是數(shù)字圖像處理的理論基礎，分別介紹了數(shù)字圖像處理的研究對象和研究內(nèi)容、系統(tǒng)組成、人類視覺與色度學、圖像數(shù)字化知識、數(shù)字圖像的種類、圖像文件格式與圖像變換等相關知識；第二部分是數(shù)字圖像處理的理論、方法和技術(shù)，包括圖像增強、圖像復原與重建、圖像編碼與壓縮等；第三部分是圖像特征提取與分析的理論、方法和實例，包括圖像分割、圖像描述、模板匹配與模式識別技術(shù)及數(shù)字圖像處理的典型應用實例等。    本書可作為高等院校計算機科學與技術(shù)、電子工程、自動化、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學、遙感、地質(zhì)、礦業(yè)、通信、氣象、農(nóng)業(yè)等相關專業(yè)本科生或研究生教材，也可供相關領域的教師、科研人員和工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

第1章 導論　1.1 數(shù)字圖像處理的概念　　1.1.1 圖像的概念　　1.1.2 圖像的類別　　1.1.3 數(shù)字圖像處理中的基本圖像類型　1.2 數(shù)字圖像處理的主要研究內(nèi)容　1.3 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)概述　1.4 圖像的數(shù)字化獲取　1.5 數(shù)字圖像處理的特點及其應用　　1.5.1 數(shù)字圖像處理的特點　　1.5.2 數(shù)字圖像處理的應用　1.6 上機實驗　　1.6.1 實驗目的　　　　1.6.2 實驗原理　　1.6.3 實驗步驟　　1.6.4 思考題　習題第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 視覺范圍和分辨力　　2.1.4 視覺適應性和對比靈敏度　　2.1.5 亮度感覺　　2.1.6 人眼的色覺　　2.1.7 顏色模型　　2.1.8 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 采樣、量化參數(shù)與數(shù)字化圖像間的關系　2.4 圖像灰度直方圖　　2.4.1 直方圖的定義與性質(zhì)　　2.4.2 直方圖的性質(zhì)　　2.4.3 直方圖的應用　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 圖像處理的幾種具體算法　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　2.8 上機實驗　　2.8.1 實驗目的　　2.8.2 實驗內(nèi)容　　2.8.3 實驗步驟與要求　習題第3章 圖像變換　3.1 預備知識　　3.1.1 點源和艿函數(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 一維離散傅立葉變換　　3.2.2 二維傅立葉變換　　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 可分離變換　　3.3.2 沃爾什變換　　3.3.3 哈達瑪變換　　3.3.4 離散余弦變換　3.4 K-L變換　　3.4.1 K-L變換的定義　　3.4.2 K-L變換的性質(zhì)　3.5 小波變換　　3.5.1 概述　……第4章 圖像增強第5章 圖像復原與重建第6章 圖像編碼與壓縮第7章 圖像分割第8章 圖像描述第9章 模板匹配與模式識別技術(shù)第10章 數(shù)字圖像處理的應用參考文獻

章節(jié)摘錄

　　第1章　導論　　1.1　數(shù)字圖像處理的概念　　圖像是人類社會活動中最常用的信息載體。研究表明，人類獲取的視覺圖像信息在人類接受的信息中的比重達到近802，“百聞不如一見’’便是非常形象的例子之一。人類總是設法延伸視覺功能，彌補視覺功能的不足，從圖像中提取更多的信息。傳統(tǒng)的方法常利用光學或模擬電路對圖像進行處理，如望遠鏡、顯微鏡、眼鏡、照相機、電視、攝像機等?！　?shù)字圖像處理利用計算機（或數(shù)字技術(shù)）對圖像信息進行加工處理，以改善圖像質(zhì)量、壓縮圖像數(shù)據(jù)或從圖像數(shù)據(jù)中獲取更多信息。隨著微機、VISI、DSP等技術(shù)和新的理論、處理方法不斷發(fā)展，數(shù)字圖像處理已經(jīng)成為一門獨立的新學科，并有著廣泛的應用，在空間、時間和功能上擴展人類視覺?！　　皵?shù)字圖像處理”這一術(shù)語通常是指由數(shù)字計算機進行的二維圖像處理，更廣義地理解，它是指任意二維數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理。一幅數(shù)字圖像是一個用有限比特表示的實數(shù)或復數(shù)構(gòu)成的數(shù)組?！　D1.1.1是一個數(shù)字圖像處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖（加州大學戴維斯分校數(shù)字圖像處理計算機實驗室）。幻燈片、照片或圖表形式的圖像首先要進行數(shù)字化，然后以二進制數(shù)字矩陣的形式存儲在計算機的存儲器中。此后，就可以對這一數(shù)字化后的圖像進行處理和（或）在一個高分辨率的顯示器上顯示。為了便于顯示，圖像存儲在一個可快速存取的緩沖區(qū)中，用戶可以用30幀／秒的頻率刷新顯示器，從而獲得視覺上連續(xù)顯示的效果。計算機通過網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）進行信息交換和控制所有的數(shù)字化、存儲、處理和顯示操作。程序通過終端輸入計算機，而輸出可在終端、顯示器或打印機／繪圖儀上獲得。圖1.1.2所示為典型的數(shù)字圖像處理過程?！　?shù)字圖像處理技術(shù)源于20世紀20年代，當時通過海底電纜從英國倫敦到美國紐約傳輸了一幅照片，采用了數(shù)字壓縮技術(shù)。1964年美國的JP1實驗室處理了太空船“徘徊者七號”發(fā)回的月球照片，標志著數(shù)字圖像處理技術(shù)開始得到實際應用。其后，衛(wèi)星遙感、軍事、氣象等學科的發(fā)展推動了數(shù)字圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展。推動數(shù)字圖像發(fā)展的另一個動力是計算機硬件設備的不斷降價，包括高速處理器、海量存儲器、圖像數(shù)字化和圖像顯示、打印等設備的不斷降價。

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