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1.1 引言 1

第1章 绪论 1

1.2　数字图像概述 2

1.2.1 图像和数字图像 2

1.2.2　图像技术和图像工程 4

1.3　数字图像处理的重要性 5

1.4　数字图像处理的应用领域 5

1.5　数字图像处理的基本步骤 9

1.6.1 图像处理和分析系统 11

1.6.2　图像的采集 11

1.6　数字图像处理系统 11

1.6.3　图像的显示 13

1.6.4　图像的存储 13

1.6.5 图像通信 14

1.6.6　图像处理和分析 14

小结 14

练习一 15

一、选择题 15

二、思考题 15

三、上机题 15

2.1.1　人眼成像 16

2.1　人眼视觉和色彩空间 16

第2章　数字图像基础 16

2.1.2　亮度适应和区分 17

2.1.3　颜色基础 19

2.1.4　色彩空间 19

2.2　数字图像文件的存储格式 21

2.2.1　BMP格式的图像文件 21

2.2.2　TIFF格式的图像文件 22

2.2.3　GIF格式的图像文件 22

2.2.4　JPEG格式的图像文件 23

2.2.5　TGA格式的图像文件 23

2.2.6　PCX格式的图像文件 24

2.3　数字图像表示 26

2.4　空间和灰度级分辨率 27

2.5　放大和收缩数字图像 30

2.6　像素间的基本关系 31

2.6.1　像素的邻域 31

2.6.2　像素的连通性 32

2.6.3　距离量度 33

2.7　算术和逻辑运算 34

2.7.1　算术运算 34

2.7.2　逻辑运算 37

2.8　坐标变换 38

小结 39

练习二 40

一、选择题 40

二、思考题 40

三、上机题 40

第3章　线性系统 41

3.1 引言 41

3.2.1 调谐信号 43

3.2.2　对调谐输入的响应 43

3.2　调谐信号与复信号 43

3.2.3　调谐信号与正弦性信号 44

3.2.4　传递函数 45

3.3 卷积 45

3.3.1　卷积的由来 45

3.3.2　一维卷积 46

3.3.3　离散一维卷积 48

3.3.4　二维卷积 49

3.3.5　离散二维卷积 50

3.4.1 矩形脉冲 52

3.4.2 三角脉冲 52

3.3.6　卷积的应用 52

3.4　一些有用函数 52

3.4.3　高斯脉冲 53

3.4.4 冲激函数 54

3.4.5 阶跃函数 56

3.5　卷积滤波 57

3.5.1 平滑 57

3.5.2　边缘增强 58

小结 58

练习三 59

一、选择题 59

三、上机题 60

二、思考题 60

第4章　傅立叶变换 61

4.1 傅立叶变换的概念 61

4.1.1　连续傅立叶变换 62

4.1.2　傅立叶变换的存在性 63

4.1.3　傅立叶级数的展开 64

4.1.4　离散傅立叶变换 65

4.1.5　快速傅立叶变换（FFT） 66

4.1.6　一些常用的傅立叶变换 67

4.2　傅立叶变换的性质 67

4.2.1 对称性 67

4.2.2　加法定理 69

4.2.4 卷积定理 70

4.2.3　位移定理 70

4.2.5　相似性定理 71

4.2.6　Rayleigh定理 72

4.3　线性系统和傅立叶变换 73

4.3.1　线性系统术语 73

4.3.2　线性系统辨识 74

4.3.3 正弦型分解 76

4.4　二维傅立叶变换 79

4.4.1 二维傅立叶变换的定义 79

4.3.4 复频率 79

4.4.2 二维离散傅立叶变换（DFT） 80

4.4.3　二维傅立叶变换的矩阵表示 81

4.4.4　二维傅立叶变换的性质 81

4.4.5　圆对称和Hankel变换 84

4.5　相关性和能量谱概念 86

4.5.1 互相关 86

4.5.2 自相关 86

4.5.3　能量谱（功率谱） 87

4.6　傅立叶变换性质总结 87

小结 88

三、上机题 89

二、思考题 89

练习四 89

一、选择题 89

第5章　采样数据处理 90

5.1 预备知识 90

5.2　采样和插值 92

5.2.1 使用Shah函数采样及其频谱 92

5.2.2　采样定理 93

5.2.3　欠采样与混叠效应 94

5.2.4 内插 95

5.2.5　采样与欠采样分析 95

5.3.2　频域上截取 97

5.3 频谱计算 97

5.3.1 时域中截取 97

5.3.3 频谱计算 98

5.4　混叠 98

5.4.1　混叠的不可避免性 98

5.4.2　混叠误差的上界 99

5.4.3　频谱分辨率 99

5.5　截取 100

5.6　数字处理简介 101

小结 103

5.7　混叠误差的控制 103

练习五 104

一、选择题 104

二、思考题 104

三、上机题 104

第6章　离散图像变换 105

6.1 线性变换 105

6.1.1　一维离散线性变换 105

6.1.2　酉变换 106

6.1.3　二维离散线性变换 107

6.2.2　基图像 108

6.2.1 基函数 108

6.2　基函数和基图像 108

6.3　正弦型变换和方波型变换 109

6.3.1 正弦型变换 109

6.3.2　方波型变换 110

6.4　基于特征向量的变换 113

6.4.1 特征分析 113

6.4.2　主分量分析（PCA） 113

6.4.3　卡胡南－列夫变换（K-L变换）的应用 115

6.5　变换域滤波 119

6.5.1　边、线和点的检测 119

一、选择题 120

练习六 120

6.5.2　滤波器设计 120

小结 120

二、思考题 121

三、上机题 121

第7章　滤波器设计 122

7.1　低通滤波器 122

7.1.1　常用低通滤波器 122

7.1.2　空间域 123

7.2.1 理想的带通滤波器 124

7.2 带通或带阻滤波器 124

7.1.4 高频截止 124

7.1.3　频域 124

7.2.2　理想带阻滤波器 125

7.2.3 通用带通滤波器 126

7.3　高频增强滤波器 126

7.3.1　高斯差分（DOG）滤波器 127

7.3.2　设计高通滤波器的经验规则 128

7.4　最优线性滤波器设计 129

7.4.1 随机变量 131

7.4.2　维纳滤波器 131

7.4.3　维纳滤波器举例 135

7.4.4 匹配检测器（Matched Detector） 138

7.4.5 匹配检测器举例 141

7.4.6 通过求平均值降噪 142

7.4.7　一个实例（血管造影术） 143

7.5　排序统计滤波器 145

7.5.1 中值滤波器 145

7.5.2　滤波模板因子 146

7.5.3　其他排序统计滤波器——第X百分点的滤波器 146

小结 146

二、思考题 147

三、上机题 147

练习七 147

一、选择题 147

第8章　小波分析 149

8.1 引言 149

8.2　傅立叶变换的局限性 150

8.3　连续Wavelet变换 152

8.4　离散小波变换 153

8.5　多分辨率分析 154

8.5.1　多分辨率分析 154

8.5.2　Mallat塔式算法 155

8.5.3　图像的小波特性 157

8.6 维小波变换 160

8.7　小波变换的应用 161

小结 161

练习八 162

一、选择题 162

二、思考题 162

三、上机题 162

9.1　灰度直方图 163

9.1.1　灰度直方图的概念 163

第9章　图像的灰度直方图及基本运算 163

9.1.2　二维直方图 165

9.1.3　直方图的性质 165

9.2　直方图的用途 165

9.2.1　数字化参数 165

9.2.2　图像二值化边界阈值选择 165

9.2.3　综合光密度 166

9.3　点运算 167

9.3.1　点运算的应用 167

9.3.2　点运算的种类 168

9.4　点运算和直方图 169

9.5.1　直方图均衡化 170

9.5　点运算的应用 170

9.5.2　直方图匹配 173

小结 173

练习九 173

一、选择题 173

二、思考题 173

三、上机题 174

第10章　图像分割 175

10.1 图像的不连续性的检测 175

10.1.1 点检测 176

10.1.2　线条检测 177

10.1.3　边缘检测 178

10.1.4　组合检测 184

10.2　边缘连接和边界检测 187

10.2.1 局部处理 187

10.2.2　运用Hough变换进行全局处理 188

10.2.3　运用图论技术进行全局处理 190

10.3 阈值处理 192

10.3.1 基础 193

10.3.2　简单的全局阈值 194

10.3.3　基本自适应阈值 195

10.3.4　最佳全局阈值和自适应阈值 195

10.3.5　利用边界特性改进直方图和局部阈值处理 197

10.4　基于区域的分割 198

10.4.1　基本公式 198

10.3.6　基于不同变量的阈值 198

10.4.2　区域生长 199

10.4.3　区域分裂与合并 200

10.5　基于形态学分水岭的分割 201

10.5.1 基本概念 202

10.5.2　水坝构造 203

10.5.3　分水岭分割算法 204

10.5.4　应用标记 206

10.6.1　空域分割技术 207

10.6 运动在图像分割中的运用 207

10.6.2　频域技术 211

小结 214

练习十 214

一、选择题 214

二、思考题 215

三、上机题 216

第11章　基于形态学的图像处理 217

11.1　基本概念 217

11.1.1　集合论的几个基本概念 217

11.2.1 膨胀 219

11.1.2　二值图像的逻辑运算 219

11.2　膨胀与腐蚀 219

11.2.2　腐蚀 220

11.2.3　膨胀与腐蚀的对偶性 221

11.3 开启与闭合 222

11.3.1 开启 222

11.3.2　闭合 223

11.5　几个基本的形态学算法 225

11.5.1　连接约定方式 225

11.4　击中与击不中变换 225

11.3.3　开启与闭合的对偶性 225

11.5.2　对象标注 227

11.5.3　边界提取 228

11.5.4　区域填充 229

11.5.5　细化 230

11.5.6　粗化 230

11.5.7　抽骨架 231

11.6　灰度图像扩展 232

小结 232

练习十一 232

一、选择题 232

三、上机题 233

二、思考题 233

第12章 图像压缩技术简介 234

12.1 绪论 234

12.1.1　数据的压缩 234

12.1.2　数据压缩的必要性 234

12.1.3 压缩的条件 235

12.1.4　数据冗余 235

12.1.5　数据压缩的标准和应用 236

12.2　数据压缩算法 237

12.3　无损压缩技术 237

12.3.2　统计编码方法（不定长编码） 238

12.3.1　基于字典的技术（定长编码） 238

12.4　有损压缩技术 240

12.4.1　标量量化（对应矢量量化） 240

12.4.2　率失真函数理论 240

小结 241

练习十二 241

一、选择题 241

二、思考题 241

三、上机题 241

第13章　彩色图像处理 242

13.1 人眼视觉原理及彩色基础 242

13.2　彩色模型和彩色坐标转换 244

13.2.1　XYZ计色体系 245

13.2.2　UCS均匀色标体系 246

13.2.3　RGB彩色模型 246

13.2.4　CMY、CMYK彩色模型 249

13.2.5　HSI模型 250

13.2.6　RGB到HSI彩色模型的转换 252

13.2.7　HSI到RGB彩色模型的转换 252

13.3　彩色变换 253

13.3.1 公式 253

13.3.2　补色 255

13.3.3　彩色分层 256

13.3.4 彩色平衡 257

13.3.5　直方图处理 258

13.4　平滑和锐化 259

13.4.1　彩色图像的平滑 259

13.4.2　彩色图像锐化 260

13.5　彩色分割 261

13.5.1　HSI彩色空间分割 261

13.5.2　RGB彩色空间分割 262

13.5.3　彩色图像的边缘检测 264

13.6.1　伪彩色处理 267

13.6　伪彩色和假彩色处理 267

1 3.6.2　假彩色处理 268

13.7　彩色图像的噪声 268

13.8　彩色图像的压缩 270

小结 270

练习十三 271

一、选择题 271

二、思考题 271

三、上机题 272

14.1　模式识别和模式的概念 273

第14章　模式识别初步 273

14.2　模式识别系统 274

14.3　关于模式识别的一些基本问题 275

14.4　模式识别简介 277

14.4.1　简介 277

14.4.2　特征选择 278

小结 280

练习十四 281

一、选择题 281

二、思考题 281

三、上机题 281

参考文献 282