數(shù)字圖像處理與分析

前言

　　圖像是人類相互交流和認(rèn)識(shí)客觀世界的主要媒體。已有數(shù)據(jù)表明，人類感知的各種信息中大約四分之三來自于視覺。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及相關(guān)領(lǐng)域的迫切需求，圖像處理技術(shù)已廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)、文化娛樂、醫(yī)療衛(wèi)生、教育、管理和航空航天等許多領(lǐng)域，已成為現(xiàn)代信息化社會(huì)的重要支柱之一?！　D像處理是一門融數(shù)學(xué)、物理、生理學(xué)、心理學(xué)、電子學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)于一體的交叉學(xué)科。其研究范圍與模式識(shí)別、機(jī)器視覺、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相互融合，其研究進(jìn)展與人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、模糊邏輯等理論和技術(shù)密切相關(guān)。目前，圖像處理已成為最具生命力的邊緣學(xué)科之一?！　”緯诰幣胚^程中，主要基于兩點(diǎn)考慮：其一，較為全面地介紹圖像處理的基本原理、方法和使用技術(shù)；其二，力求反映圖像處理近20年來的最新進(jìn)展。因此在內(nèi)容安排上，仔細(xì)歸納了圖像處理中的經(jīng)典內(nèi)容，同時(shí)又遴選了最新的一些研究成果。因此，本書包括了圖像處理的基本內(nèi)容，同時(shí)又具有一定的深度和廣度。希望通過本書的學(xué)習(xí)，使讀者能夠掌握?qǐng)D像處理的概貌，同時(shí)又能把握?qǐng)D像處理的國(guó)際動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于許多概念、原理和方法，書中都有具體的實(shí)例來闡釋，期望給讀者以直觀明了的認(rèn)識(shí)?！　”緯脑S多內(nèi)容除了源自于經(jīng)典圖像處理內(nèi)容的歸納總結(jié)外，另外許多篇章引自國(guó)內(nèi)外的期刊文獻(xiàn)。前八章主要是圖像處理基本概念、原理和方法的介紹。從第9章到第13章，其中許多內(nèi)容都是國(guó)際上最近的研究成果，部分內(nèi)容是作者從事相關(guān)研究成果的積累。第9章到第12章中的內(nèi)容主要是最新的圖像處理工具的介紹。最后一章是想突破二維圖像的概念，拓展至高維，考慮到內(nèi)容的駁雜，僅以激光雷達(dá)圖像為例，介紹高維圖像的應(yīng)用、原理與方法，以期達(dá)到引導(dǎo)讀者關(guān)注高維圖像處理研究與應(yīng)用的目的?！　”緯趯懽鬟^程中得到了香港理工大學(xué)史文中教授的指導(dǎo)和幫助，他為本書提出了許多有益的建議，這使得本書大為增色，同時(shí)也得到了華中科技大學(xué)柳健教授的關(guān)心和鼓勵(lì)，他為本書提供了大量的建議和資料。另外本書還采用了李濤博士、彭士純博士以及張采芳、李勇江、黃應(yīng)等研究生論文的若干實(shí)驗(yàn)結(jié)果，趙坤博士和郭海雷、謝成等同學(xué)為本書的編寫搜集和整理了部分資料，在此一并致謝。　　由于作者水平有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，書中錯(cuò)誤在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

本書是作者多年從事圖像處理教學(xué)與科研工作的總結(jié)。主要介紹了圖像處理的基本原理、方法和基本技術(shù)，還包括圖像處理技術(shù)的現(xiàn)狀和最新進(jìn)展。    書中首先論述了數(shù)字圖像處理的基本概念、圖像處理的預(yù)處理方法（包括圖像增強(qiáng)、圖像恢復(fù)等內(nèi)容）、圖像分割、描述及圖像融合等常見的圖像處理內(nèi)容；其次對(duì)目前流行的圖像處理的工具（包括小波變換的最新變種、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)及經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓┻M(jìn)行了介紹；最后對(duì)以激光掃描數(shù)據(jù)為代表的三維數(shù)字圖像處理進(jìn)行了介紹。書中的許多內(nèi)容反映了圖像處理領(lǐng)域的最新研究成果，并結(jié)合應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行了闡釋。每章末附有練習(xí)題（部分參考答案集中放書末），為讀者學(xué)習(xí)和掌握該章的主要內(nèi)容提供了便利。    本書可作為信息與通信類專業(yè)研究生教材，以及遙感技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息處理、自動(dòng)控制、生物醫(yī)學(xué)工程等科技人員的入門書，也可以作為相關(guān)專業(yè)高校師生的教學(xué)參考書。

書籍目錄

第1章 緒論　1.1 數(shù)字圖像處理的定義　1.2 數(shù)字圖像處理的意義　1.3 數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容　1.4 數(shù)字圖像處理系統(tǒng)簡(jiǎn)介　參考文獻(xiàn)第2章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)　2.1 電磁波譜　2.2 視覺基礎(chǔ)　　2.2.1 人眼與亮度視覺　　2.2.2 顏色視覺　　2.2.3 光度學(xué)　2.3 遙感平臺(tái)及傳感器　　2.3.1 遙感平臺(tái)的種類　　2.3.2 幾種遙感衛(wèi)星簡(jiǎn)介　2.4 數(shù)字圖像的采樣和量化　2.5 數(shù)字圖像的像素關(guān)系　　2.5.1 相鄰像素　　2.5.2 鄰接性、連通性、區(qū)域和邊界　　2.5.3 距離度量　習(xí)題　參考文獻(xiàn)第3章 圖像增強(qiáng)　3.1 概述　3.2 圖像的對(duì)比度處理　　3.2.1 圖像灰度變換法　　3.2.2 直方圖處理　3.3 圖像的平滑和銳化　　3.3.1 鄰域平均法　　3.3.2 中值濾波器　　3.3.3 低通濾波　　3.3.4 微分法　　3.3.5 反銳化掩模與高提升濾波　　3.3.6 高通濾波　3.4 圖像的代數(shù)運(yùn)算　3.5 圖像的同態(tài)濾波　習(xí)題　參考文獻(xiàn)第4章 圖像恢復(fù)　4.1 圖像退化模型　　4.1.1 連續(xù)的圖像退化模型　　4.1.2 離散的圖像退化模型　4.2 圖像的去噪恢復(fù)　　4.2.1 均值濾波器　　4.2.2 順序統(tǒng)計(jì)濾波器　　4.2.3 帶阻濾波器　　4.2.4 帶通濾波器　4.3 點(diǎn)擴(kuò)展函數(shù)的估計(jì)　　4.3.1 運(yùn)用先驗(yàn)知識(shí)的方法　　4.3.2 運(yùn)用后驗(yàn)判斷的方法　　4.3.3 誤差一參數(shù)曲線分析法　4.4 圖像恢復(fù)的濾波方法　　4.4.1 逆濾波　　4.4.2 等功率譜濾波　　4.4.3 維納濾波　　4.4.4 約束最小平方濾波　　4.4.5 幾何均值濾波　4.5 圖像恢復(fù)的非線性方法　　4.5.1 最大后驗(yàn)法　　4.5.2 最大熵法　　4.5.3 凸集投影法　4.6 超分辨率恢復(fù)　　4.6.1 反向投影迭代（IBP）　　4.6.2 統(tǒng)計(jì)理論的超分辨率恢復(fù)方法　　4.6.3 集合論方法　4.7 幾何畸變校正　　4.7.1 坐標(biāo)的幾何校正——多項(xiàng)式扭曲　……第5章 圖像壓縮第6章 圖像分割第7章 圖像的描述第8章 圖像融合第9章 小波變化及其在圖像處理中的應(yīng)用第10章 數(shù)學(xué)形態(tài)及其在圖像處理中的應(yīng)用第11章 分形在圖像處理中的應(yīng)用第12章 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾?3章 激光掃描數(shù)據(jù)處理

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　圖像是人類傳遞信息的主要媒體之一，由于圖像具有直觀、生動(dòng)、信息量大等特點(diǎn)，它成為人類獲取信息、感知世界，進(jìn)而改造世界的一種重要手段。有資料顯示，通過視覺獲取的信息占人類接受信息總和的75％以上，圖像信息的重要性由此可見一斑。圖像處理的發(fā)展迄今已有50年左右，其應(yīng)用領(lǐng)域愈來愈廣，許多技術(shù)已日臻成熟并產(chǎn)生了巨大的效益。目前，圖像處理和其他相關(guān)學(xué)科交叉融合、廣泛滲透，已成為科學(xué)研究、社會(huì)生產(chǎn)乃至人類生活中不可或缺的有效工具?！　‰m然圖像在人類生活中早已司空見慣，圖像一詞也頻繁地出現(xiàn)在人們的日常交流中，但究竟何謂圖像并沒有一個(gè)嚴(yán)格的定義。在韋伯（Webster）英文詞典中，對(duì)圖像的定義為：圖像是人或事物的一種模擬或表示（an imitation or representation of a person or thing，drawn，painted，photographed）。其他描述和定義的還有：“在一般意義下，一幅圖像是另一個(gè)東西的一個(gè)表示”，“圖像是以某一技術(shù)手段被再現(xiàn)于二維平面上的視覺信息”。但從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)來看，可以認(rèn)為圖像是對(duì)真實(shí)事物的一種近似或逼近?！　?.1 數(shù)字圖像處理的定義　　在計(jì)算機(jī)尚未出現(xiàn)時(shí)，圖像處理指的是模擬圖像處理（analog image pocessing），模擬圖像是指圖像空間坐標(biāo)和明暗程度都連續(xù)變化的、計(jì)算機(jī)無法直接處理的圖像。模擬圖像處理主要包括光學(xué)處理（利用透鏡）和電子處理，其優(yōu)點(diǎn)是速度快，理論上可達(dá)到光速；缺點(diǎn)是精度低，靈活性差。數(shù)字圖像處理（digital image processing）是指經(jīng)過空間采樣和幅值量化后的圖像，它可以利用計(jì)算機(jī)或其他實(shí)時(shí)的硬件處理，因而又稱之為計(jì)算機(jī)圖像處理（computer imageprocessing）。它的優(yōu)點(diǎn)是精度高，變通能力強(qiáng)，然而處理速度低下是其不足之處。

編輯推薦

　　他為《數(shù)字圖像處理與分析》提供了大量的建議和資料。另外《數(shù)字圖像處理與分析》還采用了李濤博士、彭士純博士以及張采芳、李勇江、黃應(yīng)等研究生論文的若干實(shí)驗(yàn)結(jié)果，趙坤博士和郭海雷、謝成等同學(xué)為《數(shù)字圖像處理與分析》的編寫搜集和整理了部分資料，在此一并致謝?！　∮捎谧髡咚接邢?，加之時(shí)間倉(cāng)促，書中錯(cuò)誤在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

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