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第1章　数字图像处理概论 1

1.1　数字图像处理的产生 1

1.2　数字图像处理的基本概念 3

1.2.1　图像及其类型 3

1.2.2 图像与数字图像 4

1.2.3　其他相关概念 5

1.2.4　数字图像的获取方法 6

1.2.5　数字图像的矩阵表示 7

1.3　数字图像的类型 8

1.3.1 图像的基本类型 8

1.3.2　计算机的彩色表示 10

1.4　数字图像处理系统 13

1.4.1 图像处理硬件系统 13

1.4.2　图像处理软件系统 15

1.5　数字图像处理软件开发 15

1.5.1　需求分析 16

1.5.2　软件设计 16

1.5.3　源代码编写 17

1.5.4　软件测试 17

1.5.5　运行和维护 18

1.6　数字图像处理的应用 18

1.7　数字图像处理技术的发展方向 21

1.8　图像的统计特征 23

1.8.1 图像的基本统计分析量 23

1.8.2　数字图像的直方图 24

1.8.3　多维图像的统计特性 24

习题 25

第2章　图像数字化 26

2.1　图像数字化器 26

2.1.1 图像数字化器的功能组件 26

2.1.2　图像数字化器的性能 27

2.1.3　图像数字化器的类型 27

2.2　图像数字化器的组成 28

2.3　图像的采样和量化 29

2.3.1　采样 29

2.3.2　量化 30

2.3.3　采样与量化参数的选择 31

2.4　常用图像数字化设备 32

2.4.1　数字相机 32

2.4.2　扫描仪 34

2.5　电视摄像机 36

2.5.1　摄像机技术发展概况 36

2.5.2　摄像机的组成 36

2.5.3　摄像机工作原理 37

2.5.4　摄像机分辨率指标 38

2.6　CCD摄像机 39

2.6.1　CCD摄像器件的工作原理 39

2.6.2　CCD摄像机类型 40

2.7　胶片扫描 41

2.7.1　胶片扫描的概念 41

2.7.2　常用胶片扫描设备 45

2.7.3　胶片扫描的性能指标 47

习题 47

第3章　数字图像处理的数学基础 49

3.1　线性系统 49

3.1.1 线性系统 49

3.1.2　移不变系统 50

3.2　调谐信号分析 50

3.2.1　调谐信号 50

3.2.2　对调谐信号的响应 50

3.2.3　系统传递函数 51

3.3　卷积和滤波 52

3.3.1　连续卷积 52

3.3.2　离散卷积 53

3.3.3　滤波 53

3.4　相关函数 53

3.4.1　相关函数的定义 53

3.4.2　相关与卷积的关系 54

3.5　二维系统及矩阵运算 54

3.5.1　二维线性系统 54

3.5.2　二维位置不变线性系统 55

3.5.3　二维系统的梯度算子 55

3.5.4　常用矩阵运算 56

3.6　数字图像的显示特性 60

3.6.1　图像的屏幕显示 60

3.6.2　显示特性 60

3.6.3　数字图像的暂时显示 64

3.6.4　数字图像的永久显示 65

3.7　灰度直方图 67

3.7.1　直方图的定义与性质 67

3.7.2　直方图的作用 68

3.7.3　直方图与图像的关系 69

习题 70

第4章　数字图像处理中的基本运算 71

4.1　基本运算的类型 71

4.2 点运算 71

4.2.1　点运算的种类 72

4.2.2　点运算与直方图 73

4.2.3　点运算的应用 74

4.3　代数运算 75

4.3.1　代数运算的意义 76

4.3.2　加法运算 76

4.3.3　减法运算 78

4.3.4　乘法运算 80

4.3.5 除法运算 81

4.4　几何运算 81

4.4.1　齐次坐标 82

4.4.2　图像平移变换 83

4.4.3　图像的比例缩放 84

4.4.4　图像镜像变换 88

4.4.5　图像旋转变换 90

4.4.6　图像复合变换 92

4.4.7　控制点变换 93

4.4.8　透视变换 94

4.4.9　其他变换 96

4.5　灰度级插值 97

4.5.1 最近邻法 97

4.5.2　双线性插值法 98

4.5.3　三次内插法 99

习题 100

第5章　图像变换 101

5.1　连续傅里叶变换 101

5.1.1　连续函数的傅里叶变换 102

5.1.2　傅里叶变换的条件 102

5.1.3　典型函数的傅里叶变换 103

5.1.4　二维连续傅里叶变换 105

5.2　离散傅里叶变换 107

5.2.1　一维离散傅里叶变换 107

5.2.2　二维离散傅里叶变换 109

5.2.3　离散傅里叶变换的性质 109

5.3　快速傅里叶变换 114

5.3.1　DFT的运算量 115

5.3.2　FFT算法原理 115

5.3.3　FFT的运算量 118

5.4　离散K-L变换 119

5.4.1　K-L变换的基本原理 119

5.4.2　K-L变换的性质 120

5.4.3　K-L变换的逆变换 121

5.5　离散余弦变换 121

5.5.1 一维DCT变换 122

5.5.2 二维DCT变换 123

5.5.3　DCT变换的快速算法 124

5.5.4　二维DCT的频谱分布 125

5.6　离散沃尔什变换 125

5.6.1　一维离散沃尔什变换 126

5.6.2　二维离散沃尔什变换 127

5.6.3　沃尔什变换的频谱分布 128

5.7　离散哈达玛变换 129

5.7.1　一维离散哈达玛变换 129

5.7.2　二维离散哈达玛变换 131

5.8　小波变换 132

5.8.1　小波变换概述 132

5.8.2　连续小波变换 133

5.8.3　离散小波变换 137

习题 137

第6章　图像增强 139

6.1 图像噪声 139

6.1.1　图像噪声的产生 139

6.1.2　图像噪声分类 140

6.1.3　图像噪声特点 140

6.2　图像增强处理分类 141

6.2.1　空域增强法 141

6.2.2　频域增强法 142

6.2.3　图像增强效果评价 142

6.3　直接灰度变换增强法 142

6.3.1　线性灰度拉伸 143

6.3.2　非线性拉伸 145

6.3.3　光学增强 146

6.4　基于灰度直方图的图像增强 146

6.4.1　基本原理 146

6.4.2　直方图均衡化 148

6.4.3　直方图规定化 151

6.5　代数运算图像增强 155

6.5.1　代数运算增强的应用 155

6.5.2　图像的比值处理与应用 156

6.6　空间域滤波增强 158

6.6.1　空域滤波模板 158

6.6.2　平滑滤波 159

6.6.3　锐化滤波器 162

6.7　频域滤波增强 164

6.7.1　低通滤波 165

6.7.2　高通滤波 168

6.7.3　带通和带阻滤波器 170

6.8　伪彩色图像处理 171

6.8.1　伪彩色增强概述 171

6.8.2　密度分割 172

6.8.3　灰度级伪彩色变换 173

6.8.4　频域滤波 174

6.8.5　彩色图像处理 175

习题 175

第7章　图像复原 177

7.1　图像退化机理 177

7.1.1　退化原因 177

7.1.2　复原机理 178

7.2　图像退化的数学模型 178

7.2.1　退化模型的一般特性 179

7.2.2　连续函数退化模型 180

7.2.3　离散退化模型 181

7.3　无约束复原 184

7.3.1　无约束复原基本原理 184

7.3.2　无约束复原的奇异性 186

7.4　有约束复原法 186

7.4.1　最小二乘类约束复原 186

7.4.2　维纳滤波 187

7.4.3　功率谱均衡 189

7.4.4　几何均值滤波器 189

7.5　逆滤波 190

7.5.1　逆滤波基本原理 190

7.5.2　恢复均匀直线运动引起的模糊 192

7.6　其他纠正技术 193

7.6.1　几何畸变校正 193

7.6.2　盲目图像复原 195

7.7　中值滤波 195

7.7.1　基本原理 195

7.7.2　中值滤波特性 197

7.7.3　加权中值滤波 198

习题 198

第8章　图像编码 200

8.1 图像编码的基本原理 200

8.1.1　图像中的信息冗余 200

8.1.2　图像编码分类 202

8.1.3　图像编码新方法 203

8.2　图像编码评价 204

8.2.1　编码图像的质量 204

8.2.2　效率指标 205

8.2.3　复杂度与适用范围 206

8.3　图像统计编码 206

8.3.1　变长最佳编码定理 206

8.3.2　霍夫曼编码 206

8.3.3　香农-范诺编码 211

8.3.4　行程长度编码 214

8.3.5　算术编码 216

8.4　预测编码 218

8.4.1　DPCM的工作原理 218

8.4.2　线性预测编码 219

8.4.3　非线性预测 221

8.5　图像的变换编码 221

8.5.1　变换编码的基本原理 221

8.5.2　正交变换的物理意义 222

8.5.3　变换类型与子块大小的选择 223

8.5.4　变换编码的步骤 223

8.6　JPEG标准 224

8.6.1　JPEG基本系统 224

8.6.2　JPEG编码方法 225

8.6.3　渐进式DCT方式编码 233

8.6.4　JPEG 2000 234

8.6.5　JPEG编码实例 235

8.7　MPEG标准简介 237

8.7.1 MPEG-1 237

8.7.2　MPEG-2 239

8.7.3　MPEG-4 239

习题 240

第9章　图像分割与边缘检测 242

9.1　图像分割 242

9.1.1　图像分割基本原理 243

9.1.2　灰度阈值法分割 244

9.1.3　区域生长 247

9.1.4　区域分离与合并 248

9.2　常用边缘检测算子 249

9.2.1　边缘的类型 250

9.2.2　典型边缘信号 251

9.3　边缘检测算子 251

9.3.1　罗伯特边缘算子 251

9.3.2　索贝尔边缘算子 252

9.3.3　普瑞维特边缘算子 253

9.3.4　拉普拉斯边缘算子 254

9.3.5　凯西边缘算子 254

9.4　Marr边缘检测方法 255

9.4.1　基本原理 256

9.4.2　Marr边缘检测算法 257

9.5　轮廓提取 258

9.5.1　轮廓跟踪 258

9.5.2　二值图像轮廓 260

9.6　图像匹配 260

9.6.1　模板匹配 260

9.6.2　直方图匹配 262

9.6.3　形状匹配 264

习题 264

第10章　图像特征与理解 266

10.1　图像的几何特征 266

10.1.1　位置与方向 266

10.1.2　长轴和短轴 267

10.1.3　周长 268

10.1.4　面积 269

10.1.5　距离 270

10.2　形状特征 271

10.2.1　矩形度 271

10.2.2　宽长比 272

10.2.3 圆形度 272

10.2.4　球状度 273

10.2.5　不变矩 274

10.2.6　偏心率 275

10.3　形状描述子 276

10.3.1　傅里叶描述子 276

10.3.2　拓扑描述 277

10.3.3　边界链码 278

10.3.4　一阶差分链码 279

10.3.5 霍夫变换 280

10.4　纹理分析 281

10.4.1　纹理特征 282

10.4.2　统计法 283

10.4.3　频谱法 284

10.4.4　空间自相关函数法 285

10.4.5　联合概率矩阵法 285

10.4.6　纹理的句法结构分析法 287

10.5 曲线与曲面拟合 288

10.5.1 曲线拟合 288

10.5.2 曲面拟合 290

10.5.3　其他拟合法 291

10.6 收缩、变细和骨架化 291

10.6.1　连通 291

10.6.2　中轴变换 292

10.7 网络图像检索技术 293

10.7.1　图像检索的概念 293

10.7.2　基于文本的图像检索 294

10.7.3　基于内容的图像检索 295

10.7.4　网络图像检索 297

10.7.5　典型的图像检索引擎 299

10.7.6　图像检索的研究方向 301

习题 302

附录A　空域平滑滤波消噪处理程序 304

附录B　基于DCT变换的二维图像压缩程序 319

参考文献 330