數(shù)字圖像處理

前言

　　在人類獲取外界信息的渠道中，用眼睛感受的視覺信息具有舉足輕重的地位，除了自然景象外，大量由計(jì)算機(jī)處理和生成的圖像豐富了視覺的范疇，成為多媒體世界最重要的成員之一?！　D像處理技術(shù)發(fā)展到今天，許多技術(shù)已日趨成熟，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用取得了巨大的成功和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。如在工程領(lǐng)域、工業(yè)生產(chǎn)、軍事、醫(yī)學(xué)以及科學(xué)研究中的應(yīng)用已十分普遍。通過分析資源衛(wèi)星得到的照片可以獲得地下礦藏資源的分布及埋藏量；利用紅外線、微波遙感技術(shù)可偵查到隱蔽的軍事設(shè)施：×射線CT已廣泛應(yīng)用于臨床診斷，由于它可得到人體內(nèi)部器官的斷層圖像，因此，可準(zhǔn)確地確定病灶位置，為診斷和治療疾病帶來了極大的方便。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)自動(dòng)化及產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中更是大有可為。在安全保障及監(jiān)控方面、通信及多媒體技術(shù)中，圖像處理技術(shù)更是重要的關(guān)鍵技術(shù)。因此，圖像處理技術(shù)在國計(jì)民生中的重要意義是顯而易見的。正因?yàn)槿绱?，圖像處理受到了各界的廣泛重視，科學(xué)工作者經(jīng)過不懈地努力，已取得了令人矚目的成就，并正在向更加深入及更高的層次發(fā)展。本教材是為了更好地應(yīng)對(duì)信息化、數(shù)字化社會(huì)的挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)大學(xué)本科生和工程技術(shù)型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，并結(jié)合作者多年來的教學(xué)和研究實(shí)踐編寫而成。　　本書共10章，內(nèi)容包括數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)知識(shí)、圖像的數(shù)字化與顯示、彩色圖像處理、圖像的幾何變換、圖像的增強(qiáng)、基于形態(tài)學(xué)的圖像處理、圖像分割、圖像復(fù)原、圖像特征與理解、圖像編碼?！　”窘滩木哂幸韵绿厣骸　。?）內(nèi)容系統(tǒng)、新穎。系統(tǒng)講述了數(shù)字圖像處理的基本理論和方法，以及數(shù)字圖像處理的新技術(shù)。　?。?）重點(diǎn)突出。側(cè)重?cái)?shù)字圖像處理的思想和算法實(shí)現(xiàn)?！　。?）實(shí)用性強(qiáng)。通過實(shí)例的分析和實(shí)現(xiàn)，使學(xué)生深刻理解和掌握?qǐng)D像處理的理論和方法?！　。?）實(shí)踐性強(qiáng)。以Visual Basic為編程工具，采用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)思想，便于讀者將學(xué)過的編程方法應(yīng)用到實(shí)踐中?！　。?）附有習(xí)題。每章均給出一定的習(xí)題，幫助讀者鞏固所學(xué)知識(shí)點(diǎn)?！　”緯?、2、4章由李珊編寫，第3章由宋麗輝編寫，第5、6、7章由張秋菊、吉建華編寫，第8、10章以及前言由梁光華編寫，第9章由張芳芳、梁光華編寫。全書由莫德舉統(tǒng)稿?！　”緯诰帉懞统霭孢^程中，得到了北京郵電大學(xué)出版社支持，在此表示感謝?！　≡诒緯帉懼?，作者參考了大量書籍、資料和網(wǎng)絡(luò)電子文獻(xiàn)，同時(shí)也融入了作者在數(shù)字圖像處理教學(xué)和研究中的經(jīng)驗(yàn)。鑒于作者的學(xué)識(shí)水平，書中錯(cuò)誤之處在所難免，敬請(qǐng)讀者不吝指正。

內(nèi)容概要

　　《數(shù)字圖像處理》系統(tǒng)介紹了數(shù)字圖像處理的基本理論、基本算法以及用Visual Basic 6.0（簡(jiǎn)稱VB6.0）進(jìn)行圖像處理、編程的方法?！稊?shù)字圖像處理》強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代數(shù)字圖像處理理論與應(yīng)用的緊密結(jié)合。在闡述基本原理的基礎(chǔ)上，力圖通過習(xí)題、實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)軟件工具使學(xué)生掌握學(xué)習(xí)圖像處理的基本方法。全書共分10章，包括圖像數(shù)字化與顯示、圖像變換、圖像增強(qiáng)、圖像編碼與壓縮、圖像復(fù)原、圖像分割、彩色圖像處理、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)及數(shù)字圖像處理的應(yīng)用等內(nèi)容?！稊?shù)字圖像處理》可作為理工院校電子信息工程、通信工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)，以及自動(dòng)化等專業(yè)高年級(jí)本科生的教材和供工程技術(shù)人員閱讀，也可以作為相關(guān)專業(yè)本科教學(xué)參考書。

書籍目錄

第1章 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)知識(shí)1.1 基本概念1.1.1 像素與圖像1.1.2 數(shù)字圖像處理1.1.3 常用圖像處理應(yīng)用軟件及文件格式1.2 視覺原理1.2.1 人眼的構(gòu)造1.2.2 圖像在眼睛中的形成過程1.3 數(shù)字圖像處理的目的及特點(diǎn)1.3.1 數(shù)字圖像處理的目的1.3.2 數(shù)字圖像處理的特點(diǎn)1.4 本章小結(jié)習(xí)題第2章 圖像的數(shù)字化與顯示2.1 圖像的輸入2.2 圖像的采樣和量化2.2.1 圖像采樣2.2.2 圖像量化2.3 連續(xù)圖像的數(shù)學(xué)描述2.4 圖像的輸出2.4.1 暫時(shí)顯示設(shè)備2.4.2 永久顯示設(shè)備2.5 本章小結(jié)習(xí)題第3章 彩色圖像處理3.1 彩色基礎(chǔ)3.2 彩色模型3.2.1 RGB彩色模型3.2.2 HSI彩色模型3.2.3 RGB彩色模型和HSI彩色模型的轉(zhuǎn)換3.3 彩色變換3.3.1 公式3.3.2 補(bǔ)色3.3.3 彩色分層3.4 彩色圖像平滑和銳化3.5 本章小結(jié)習(xí)題第4章 圖像的幾何變換4.1 平移4.2 旋轉(zhuǎn)4.2.1 直角坐標(biāo)系中的圖像旋轉(zhuǎn)4.2.2 極坐標(biāo)系中的圖像旋轉(zhuǎn)4.3 鏡像4.4 縮放4.4.1 圖像的縮小4.4.2 圖像的放大4.5 本章小結(jié)習(xí)題第5章 圖像的增強(qiáng)5.1 空間域圖像增強(qiáng)5.1.1 灰度變換5.1.2 直方圖修正5.1.3 平滑濾波5.1.4 中值濾波5.1.5 銳化濾波5.2 頻率域圖像增強(qiáng)5.2.1 基本概念5.2.2 低通濾波5.2.3 高通濾波5.3 彩色圖像增強(qiáng)5.3.1 偽彩色增強(qiáng)5.3.2 假彩色圖像增強(qiáng)5.4 代數(shù)運(yùn)算增強(qiáng)5.5 本章小結(jié)習(xí)題第6章 基于形態(tài)學(xué)的圖像處理6.1 基本概念6.2 二值形態(tài)學(xué)6.2.1 膨脹6.2.2 腐蝕6.3 開運(yùn)算和閉運(yùn)算6.3.1 開運(yùn)算6.3.2 閉運(yùn)算6.3.3 開運(yùn)算和閉運(yùn)算應(yīng)用舉例6.4 腐蝕和膨脹的變體6.4.1 細(xì)化6.4.2 剪枝和粗化6.5 灰度形態(tài)學(xué)6.5.1 灰度膨脹6.5.2 灰度腐蝕6.5.3 灰度開運(yùn)算和灰度閉運(yùn)算6.5.4 灰度值形態(tài)學(xué)的一些應(yīng)用6.6 本章小結(jié)習(xí)題第7章 圖像分割7.1 區(qū)域分割7.2 邊緣間斷檢測(cè)7.2.1 點(diǎn)檢測(cè)7.2.2 線檢測(cè)7.2.3 邊緣檢測(cè)7.3 投影法與差影法7.3.1 投影法7.3.2 差影法7.4 本章小結(jié)習(xí)題第8章 圖像復(fù)原8.1 圖像退化與復(fù)原8.1.1 圖像降質(zhì)的數(shù)學(xué)模型8.1.2 離散圖像退化的數(shù)學(xué)模型8.2 非約束復(fù)原8.2.1 逆濾波8.2.2 非約束圖像復(fù)原的病態(tài)性質(zhì)8.3 最小二乘類約束復(fù)原8.3.1 維納濾波8.3.2 約束最小平方濾波8.4 非線性復(fù)原方法8.4.1 最大后驗(yàn)復(fù)原8.4.2 最大熵復(fù)原8.4.3 投影復(fù)原8.5 其他圖像復(fù)原技術(shù)8.5.1 幾何畸變校正8.5.2 盲圖像復(fù)原8.6 本章小結(jié)習(xí)題第9章 圖像特征與描述9.1 圖像的幾何特征9.1.1 周長(zhǎng)與面積9.1.2 位置與方向9.1.3 最小外接矩形、長(zhǎng)軸和短軸9.1.4 距離9.1.5 鄰接與連通9.2 形狀特征描述9.2.1 圓形度9.2.2 矩形度9.2.3 球狀性9.2.4 偏心率9.2.5 矩特征9.2.6 邊緣描述9.3 紋理特征描述9.3.1 灰度差分統(tǒng)計(jì)法9.3.2 用空間自相關(guān)函數(shù)作紋理測(cè)度9.3.3 紋理的功率譜分析9.3.4 灰度共生矩陣法9.3.5 紋理的結(jié)構(gòu)分析9.3.6 直方圖統(tǒng)計(jì)特征9.4 圖像的其他特征或描述9.4.1 中軸變換（骨架提?。?.4.2 曲線與表面的擬合9.4.3 四叉樹表達(dá)9.5 編程實(shí)例9.6 本章小結(jié)習(xí)題第10章 圖像編碼10.1 圖像編碼概述10.1.1 圖像壓縮的必要性10.1.2 圖像壓縮的可能性10.1.3 圖像壓縮的技術(shù)指標(biāo)10.2 編碼方法10.2.1 霍夫曼編碼10.2.2 費(fèi)諾編碼10.2.3 香農(nóng)編碼10.2.4 算術(shù)編碼10.3 JPEG編碼10.3.1 JPEG基本系統(tǒng)編碼10.3.2 JPEG編碼10.4 圖像編碼新技術(shù)10.5 本章小結(jié)習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　20世紀(jì)80年代，美國一家著名的在線信息服務(wù)機(jī)構(gòu)Compn Serve針對(duì)當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的限制，開發(fā)了GIF、圖像格式。先看到圖像的大致輪廓，然后隨著傳輸過程的繼續(xù)而逐步看清圖像中的細(xì)節(jié)部分，從而適應(yīng)了用戶的“從朦朧到清楚”的觀賞心理。目前Internet上大量采用的彩色動(dòng)畫文件多為這種格式的文件?！　IF格式只能保存最大8位色深的數(shù)碼圖像，所以它最多只能用256色來表現(xiàn)物體，對(duì)于色彩復(fù)雜的物體就力不從心了。但是，這種格式仍在網(wǎng)絡(luò)上廣泛應(yīng)用，這和G1F圖像文件短小、下載速度快、可用許多同樣大小的圖像文件組成動(dòng)畫等優(yōu)勢(shì)是分不開的?！　。?）JPEG格式　　JPEG格式由聯(lián)合照片專家組（Joint Photographic Experts Group）開發(fā)并命名為“ISO10918-1”，JPEG僅僅是一種俗稱而已。JPEG文件的擴(kuò)展名為.jpg或.jpeg，其壓縮技術(shù)十分先進(jìn)，它用有損壓縮方式去除冗余的圖像和彩色數(shù)據(jù)，獲取極高的壓縮率的同時(shí)能展現(xiàn)十分豐富生動(dòng)的圖像，換句話說，就是可以用最少的磁盤空間得到較好的圖像質(zhì)量。由于JPEG格式的壓縮算法是采用平衡像素之間的亮度色彩來壓縮的，因而更有利于表現(xiàn)帶有漸變色彩且沒有清晰輪廓的圖像?！　⊥瑫r(shí)JPEG格式還是一種很靈活的格式，具有調(diào)節(jié)圖像質(zhì)量的功能，允許用不同的壓縮比例對(duì)同一文件壓縮，如最高可以把1.37MB的BMP位圖文件壓縮至20.3KB。當(dāng)然，完全可以在圖像質(zhì)量和文件尺寸之間找到平衡點(diǎn)?！　』贘PEG格式的優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用非常廣泛，特別是在網(wǎng)絡(luò)和光盤讀物上。目前各類瀏覽器均支持JPEG這種圖像格式，主要是因?yàn)镴PEG格式的文件尺寸較小，下載速度快，使得Web頁有可能以較短的下載時(shí)間提供大量美觀的圖像。　?。?）JPEG 2000格式　　JPEG 2000格式同樣是由JPEG組織負(fù)責(zé)制定的，正式名稱叫做“ISO 15444”，與JPEG格式相比，它是具備更高壓縮率以及更多新功能的新一代靜態(tài)影像壓縮技術(shù)。　　JPEG 2000格式做為JPEG的升級(jí)版，其壓縮率比JPEG高約30％。與JPEG格式不同的是，JPEG 2000格式同時(shí)支持有損和無損壓縮，而JPEG格式只能支持有損壓縮。無損壓縮對(duì)保存一些重要圖片十分有用。JPEG 2000格式的一個(gè)極其重要的特征在于它能實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)傳輸，這一點(diǎn)與GIF格式的“漸顯”有異曲同工之妙，即先傳輸圖像的輪廓，然后逐步傳輸數(shù)據(jù)，不斷提高圖像質(zhì)量，讓圖像由朦朧到清晰顯示，而不像JPEG格式，由上到下慢慢顯示?！　〈送?，JPEG 2000格式還支持所謂的“感興趣區(qū)域”特性，用戶可以任意指定影像上感興趣區(qū)域的壓縮質(zhì)量，還可以選擇指定的部分先解壓縮。JPEG 2000格式和JPEG格式相比優(yōu)勢(shì)明顯，且向下兼容，因此取代傳統(tǒng)的JPEG格式指日可待?！　PEG 2000格式可應(yīng)用于傳統(tǒng)的JPEG市場(chǎng)，如掃描儀、數(shù)碼相機(jī)等，亦可應(yīng)用于新興領(lǐng)域，如網(wǎng)路傳輸、無線通信等?！　。?）PSD格式　　PSD格式是Photoshop的專用格式（Photoshop Document）。PSD其實(shí)是Photoshop進(jìn)行平面設(shè)計(jì)的一張“草稿圖”，它里面包含有各種圖層、通道、遮罩等多種設(shè)計(jì)的樣稿，以便于下次打開文件時(shí)可以修改上一次的設(shè)計(jì)。在Photoshop所支持的各種圖像格式中，PSD格式的存取速度比其他格式快很多，功能也很強(qiáng)大。

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