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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 5

1.2.3 其他相关概念 5

1.2.4 数字图像获取方法 6

1.2.5 数字图像的矩阵表示 7

1.3 数字图像处理系统 8

1.3.1 数字图像处理硬件系统 8

1.3.2 数字图像处理软件系统 9

1.4 数字图像处理的应用与发展 10

1.4.1 数字图像处理的应用 11

1.4.2 数字图像处理的发展 14

习题 16

第2章 数字图像处理基础 17

2.1 数字图像的类型 17

2.2 图像数字化器 19

2.2.1 图像数字化器的组件 19

2.2.2 图像数字化器的性能 20

2.2.3 图像数字化器的类型 21

2.3 图像的采样和量化 21

2.3.1 采样 21

2.3.2 量化 22

2.3.3 采样与量化参数的选择 24

2.4 像素基本关系 24

2.4.1 像素的邻接 24

2.4.2 邻接性、连通性、区域和边界 25

2.4.3 距离度量 26

2.5 图像文件格式 27

2.5.1 BMP文件 27

2.5.2 JPEG文件 30

2.5.3 PNG文件 31

2.5.4 TIFF文件 35

2.5.5 GIF文件 37

2.6 数字图像的显示特性 43

2.6.1 图像的显示 43

2.6.2 图像的打印 44

2.7 图像质量评价 46

2.7.1 图像质量评价方法 46

2.7.2 均方误差 47

2.7.3 信噪比与峰值信噪比 47

2.7.4 结构相似度 47

2.8 灰度直方图 49

2.8.1 直方图的定义与性质 49

2.8.2 直方图的作用 50

2.8.3 直方图与图像的关系 51

2.9 图像的统计特征 52

2.9.1 图像的基本统计分析量 53

2.9.2 多维图像的统计特性 53

习题 54

第3章 图像变换 56

3.1 傅里叶变换 56

3.1.1 连续傅里叶变换 56

3.1.2 离散傅里叶变换 59

3.1.3 二维DFT的性质 61

3.1.4 图像傅里叶变换综合实例 67

3.2 离散余弦变换 68

3.2.1 一维DCT变换 69

3.2.2 二维DCT变换 69

3.2.3 DCT变换的快速算法 70

3.2.4 二维DCT的频谱分布 71

3.3 离散K-L变换 72

3.3.1 K-L变换的基本原理 72

3.3.2 K-L变换的性质 73

3.3.3 K-L变换的逆变换 74

3.4 离散沃尔什变换 75

3.4.1 一维离散沃尔什变换 75

3.4.2 二维离散沃尔什变换 76

3.4.3 沃尔什变换的频谱 77

3.5 离散哈达玛变换 78

3.5.1 一维离散哈达玛变换 78

3.5.2 二维离散哈达玛变换 80

3.6 小波变换 81

3.6.1 小波变换简介 81

3.6.2 连续小波变换 82

3.6.3 离散小波变换 86

习题 87

第4章 图像处理的基本运算 88

4.1 基本运算的类型 88

4.2 点运算 88

4.2.1 点运算的种类 89

4.2.2 点运算与直方图 90

4.2.3 点运算的应用 91

4.3 代数运算 92

4.3.1 代数运算的意义 92

4.3.2 加法运算 93

4.3.3 减法运算 94

4.3.4 乘法运算 97

4.3.5 除法运算 98

4.4 几何运算 98

4.4.1 齐次坐标 99

4.4.2 图像平移 100

4.4.3 比例缩放 102

4.4.4 镜像变换 105

4.4.5 旋转变换 107

4.4.6 复合变换 109

4.4.7 控制点变换 111

4.4.8 透视变换 111

4.4.9 其他变换 113

4.5 灰度级插值 114

4.5.1 最近邻法 114

4.5.2 双线性插值法 115

4.5.3 三次内插法 116

习题 117

第5章 图像空域增强 119

5.1 图像噪声 119

5.1.1 图像噪声的产生 120

5.1.2 图像噪声的分类 120

5.1.3 图像噪声的特点 120

5.2 图像增强处理分类 121

5.2.1 空域增强法 122

5.2.2 频域增强法 122

5.2.3 图像增强效果评价 122

5.3 直接灰度变换增强 122

5.3.1 线性灰度拉伸 123

5.3.2 非线性拉伸 125

5.3.3 光学增强 126

5.4 基于直方图的图像增强 126

5.4.1 基本原理 126

5.4.2 直方图均衡化 128

5.4.3 直方图规定化 131

5.5 代数运算增强 135

5.5.1 代数运算增强的应用 135

5.5.2 比值处理与应用 136

5.6 空域滤波增强 138

5.6.1 空域滤波模板 138

5.6.2 线性平滑滤波 140

5.6.3 非线性平滑滤波 142

5.6.4 锐化滤波器 143

5.7 空域平滑滤波处理实例 146

5.7.1 程序源代码 146

5.7.2 应用举例 156

习题 157

第6章 图像频域增强 159

6.1 低通滤波 159

6.1.1 理想低通滤波器 160

6.1.2 巴特沃斯低通滤波器 161

6.1.3 指数低通滤波器 162

6.1.4 梯形低通滤波器 162

6.2 高通滤波 163

6.2.1 理想高通滤波器 163

6.2.2 巴特沃斯高通滤波器 165

6.2.3 指数高通滤波器 166

6.2.4 梯形高通滤波器 166

6.3 带通和带阻滤波 166

6.3.1 带通滤波器 166

6.3.2 带阻滤波器 167

6.4 同态滤波 167

6.4.1 同态滤波原理 167

6.4.2 同态滤波实现方法 168

6.4.3 同态滤波的应用 169

习题 170

第7章 彩色图像处理 172

7.1 人眼的视觉特性 172

7.1.1 人眼的结构 172

7.1.2 人眼视觉模型 173

7.1.3 人类视觉特性 174

7.2 计算机的颜色模型 176

7.2.1 面向硬件的彩色模型 176

7.2.2 面向视觉感知的颜色模型 177

7.3 伪彩色图像处理 183

7.3.1 伪彩色处理简介 183

7.3.2 密度分割 184

7.3.3 灰度级伪彩色变换 185

7.4 全彩色图像处理 186

7.4.1 彩色图像处理方法分类 186

7.4.2 彩色图像直方图增强 187

7.4.3 彩色图像去噪 188

7.4.4 彩色频域处理 189

习题 189

第8章 图像复原 191

8.1 图像退化机理 191

8.1.1 退化原因 191

8.1.2 复原机理 192

8.2 图像退化模型 192

8.2.1 退化模型的一般特性 193

8.2.2 连续退化模型 193

8.2.3 离散退化模型 194

8.3 无约束复原 197

8.3.1 无约束复原基本原理 197

8.3.2 无约束复原的奇异性 198

8.4 逆滤波 198

8.4.1 逆滤波基本原理 199

8.4.2 逆滤波的病态条件 199

8.4.3 逆滤波复原实例 200

8.5 有约束复原法 202

8.5.1 最小二乘类约束复原 202

8.5.2 维纳滤波 202

8.5.3 功率谱均衡 204

8.5.4 几何均值滤波器 205

8.6 匀速直线运动的模糊恢复 205

8.6.1 匀速运动模糊模型 205

8.6.2 匀速运动复原方法 206

8.7 其他纠正技术 207

8.7.1 几何畸变校正 207

8.7.2 盲目图像复原 208

8.8 中值滤波 209

8.8.1 中值滤波基本原理 209

8.8.2 中值滤波特性 211

8.8.3 加权中值滤波 211

习题 212

第9章 图像编码 213

9.1 图像编码的基本原理 213

9.1.1 图像中的信息冗余 214

9.1.2 图像编码分类 215

9.1.3 图像编码新方法 216

9.2 图像编码评价 217

9.2.1 编码图像的质量 217

9.2.2 效率指标 217

9.2.3 复杂度与适用范围 218

9.3 图像统计编码 218

9.3.1 变长最佳编码定理 218

9.3.2 霍夫曼编码 219

9.3.3 香农-范诺编码 223

9.3.4 行程长度编码 226

9.3.5 算术编码 228

9.4 位平面编码 230

9.4.1 位平面二值分解 230

9.4.2 灰度码分解 231

9.5 预测编码 232

9.5.1 DPCM的工作原理 233

9.5.2 线性预测编码 233

9.5.3 非线性预测 235

9.6 图像的变换编码 235

9.6.1 变换编码的基本原理 235

9.6.2 正交变换的物理意义 236

9.6.3 变换类型与子块大小的选择 237

9.6.4 变换编码的步骤 237

9.7 JPEG标准 238

9.7.1 JPEG基本系统 238

9.7.2 JPEG编码方法 239

9.7.3 渐进式DCT方式编码 247

9.7.4 JPEG 2000 247

9.7.5 JPEG编码实例 248

9.8 MPEG标准 250

9.8.1 MPEG-1 250

9.8.2 MPEG-2 252

9.8.3 MPEG-4 253

习题 253

第10章 数学形态学及应用 255

10.1 数学形态学基础 255

10.1.1 形态学简介 255

10.1.2 术语和定义 256

10.2 二值形态学 259

10.2.1 腐蚀 260

10.2.2 膨胀 261

10.2.3 开运算与闭运算 262

10.2.4 击中与击不中 264

10.3 灰度形态学 265

10.3.1 灰度腐蚀 265

10.3.2 灰度膨胀 266

10.3.3 灰度开运算与闭运算 266

10.4 数学形态学的应用 267

10.4.1 二值形态学平滑滤波 267

10.4.2 图像细化 267

10.4.3 图像粗化 268

习题 269

第11章 图像分割 270

11.1 图像分割的基本概念 270

11.1.1 图像分割的基本原理 270

11.1.2 图像分割方法 271

11.2 阈值分割法 272

11.2.1 最佳阈值法 274

11.2.2 判别分析法 274

11.3 区域分割法 276

11.3.1 区域生长法 276

11.3.2 区域分裂与合并 277

11.4 边缘检测的基本原理 279

11.4.1 边缘与边缘信号 279

11.4.2 边缘的类型 279

11.4.3 典型边缘信号 280

11.5 边缘检测算子 281

11.5.1 一阶微分算子 281

11.5.2 二阶微分算子 284

11.5.3 Canny边缘检测 287

11.6 轮廓提取 289

11.6.1 轮廓跟踪 289

11.6.2 二值图像轮廓 290

11.7 图像匹配 291

11.7.1 模板匹配 291

11.7.2 直方图匹配 293

11.7.3 形状匹配 294

11.8 边缘检测的MATLAB实现 295

11.8.1 程序代码 295

11.8.2 应用举例 306

习题 308

第12章 图像特征与理解 309

12.1 几何特征 309

12.1.1 位置与方向 309

12.1.2 长轴与短轴 310

12.1.3 周长 311

12.1.4 面积 311

12.1.5 距离 312

12.2 形状特征 313

12.2.1 矩形度 313

12.2.2 宽长比 314

12.2.3 圆形度 314

12.2.4 球状度 315

12.2.5 不变矩 315

12.2.6 偏心率 317

12.3 颜色特征 317

12.3.1 颜色直方图 318

12.3.2 颜色集 319

12.3.3 颜色矩 319

12.3.4 颜色聚合向量 320

12.3.5 颜色相关图 320

12.4 形状描述子 320

12.4.1 傅里叶描述子 320

12.4.2 拓扑描述 321

12.4.3 边界链码 323

12.4.4 一阶差分链码 324

12.4.5 霍夫变换 325

12.5 纹理描述 326

12.5.1 纹理特征 326

12.5.2 统计法 327

12.5.3 频谱法 328

12.5.4 空间自相关函数法 330

12.5.5 灰度共生矩阵法 330

12.5.6 纹理句法结构分析 335

12.6 骨架提取 336

12.6.1 骨架的概念 336

12.6.2 中轴变换 336

习题 338

参考文献 340