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序 1

前言 1

第1章　绪论 1

1.1　概述 1

1.2　数字图像处理研究的内容 1

目录 1

1.3　数字图像处理的应用和发展 3

1.4　数字图像处理的基本要求 5

1.5　本书的内容、章节安排和特点 6

参考文献 7

2.1.1　δ函数 8

第2章　图像的基础知识和数学模型 8

2.1　图像信息基础知识 8

2.1.2　线性系统 9

2.2　光度学基础知识 10

2.2.1　辐射度学度量 10

2.2.2　视见函数和光度学度量 11

2.3　视觉特性 13

2.3.1　视觉亮度范围和对比灵敏度 13

2.3.2　主观亮度感觉 14

2.3.3　Mach带效应 14

2.3.4　视觉的空间和时间频率特性 15

2.3.5　视觉模型 18

2.4　图像质量评价 19

2.4.1　概述 19

2.4.2　黑白图像的保真度计算 20

2.5　图像的数学描述 22

2.5.1　图像的函数表示 22

2.5.2　图像的统计表示 24

2.5.3　图像处理的统计模型 28

2.6　图像数字化 31

2.6.1　概述 31

2.6.2　取样原理和方法 32

2.6.3　图像量化 39

2.6.4　取样、量化和图像细节 43

习题 44

参考文献 45

第3章　图像正交变换 47

3.1　线性变换 47

3.1.1　线性变换的一般表达式 47

3.1.2　线性变换图像的统计参数 50

3.1.3　线性变换的基函数和基图像 51

3.2.1　二维Fourier变换表达式 54

3.2　二维Fourier变换 54

3.2.2　一些常用函数的Fourier变换 55

3.3　二维离散Fourier变换的性质 56

3.3.1　变换域的周期性 56

3.3.2　可分性 57

3.3.3　线性——加法定理 57

3.3.4　缩放性定理 58

3.3.5　位移定理 58

3.3.7 180°旋转 59

3.3.8　平均值 59

3.3.6　旋转不变性 59

3.3.9　对称性 60

3.3.10　共轭对称性 60

3.3.11　差分 60

3.3.12　和分 60

3.3.13　微分性质 61

3.3.14　卷积定理 61

3.3.15　相关定理 62

3.3.16　乘积定理 63

3.3.18　投影性质 64

3.3.19　二维Fourier变换性质的归纳 64

3.3.17　巴塞伐定理 64

3.4　快速Fourier变换（FFT） 65

3.4.1　FFT算法的基本原理 65

3.4.2　FFT算法流程图 68

3.5 圆对称函数和Hankel变换 69

3.5.1　圆对称函数 69

3.5.2　Hankel变换 70

3.6　正弦型变换 71

3.6.1　离散余弦变换 72

3.6.2　离散正弦变换 73

3.7.1　离散Walsh变换 74

3.7　方波型变换 74

3.7.2　离散Hadamard变换 76

3.7.3　Haar变换 77

3.7.4　Slant变换 79

3.8　基于特征向量的变换：离散K-L变换 80

3.8.1　基本原理 81

3.8.2　变换矩阵的求解 84

3.8.3　K-L变换的算法 85

习题 86

参考文献 87

4.1 引言 88

4.1.1　波和小波 88

第4章　小波分析 88

4.1.2　概念、定义及其符号 89

4.2　信号的时频分析 92

4.2.1　基本概念 92

4.2.2　短时Fourier变换 93

4.2.3　时频信号的展开与恢复 94

4.2.4　Gabor变换 95

4.3　从Fourier分析到小波分析 96

4.3.1　从SFT到小波变换 96

4.3.2　一维WT 97

4.3.3　二维和高维WT 100

4.4　多分辨率分析的一般理论 101

4.4.1　多分辨率分析的发展背景 101

4.4.2　空间分解 103

4.4.3　信号的多分辨率逼近 105

4.4.4　小波分解与重构 106

4.4.5　双正交（对偶）小波变换 108

4.5　小波包分析 110

4.5.1　小波包的定义 111

4.5.2　小波包的Fourier变换及性质 112

4.5.3　小波包的正交分解 113

4.6.1　滤波器族理论 115

4.5.4　小波包算法 115

4.6　离散小波变换 115

4.6.2　多分辨率分析的金字塔编码算法 117

4.6.3　子带编码和解码 118

4.6.4　快速小波变换算法 120

4.7　离散小波变换的设计 121

4.7.1　基本小波 121

4.7.2　尺度函数和小波函数的构造 122

4.7.3　计算小波变换 123

4.7.4　二维离散小波变换 125

4.8　小波变换的应用 131

4.8.1　一维小波分析的应用 132

4.8.2　二维小波分析的应用 134

习题 137

参考文献 137

第5章　图像增强 139

5.1　灰度变换 140

5.1.1　线性灰度变换 140

5.1.2　分段线性变换 140

5.1.3　非线性变换 141

5.2　直方图修正 142

5.2.1　直方图变换原理 142

5.2.2　直方图均衡化 144

5.2.3　直方图规定化 145

5.3　噪声清除 147

5.3.1　简单邻域平均法 148

5.3.2　域值邻域平均法 148

5.3.3　加权邻域平均法 148

5.3.4　空域低通（卷积）滤波 149

5.3.5 中值滤波 149

5.4　锐化 150

5.4.1　统计差值法 150

5.4.2　离散空间差分法 150

5.4.3　空域高通滤波 153

5.4.4　组合运用 154

5.5　频域滤波增强 156

5.5.1　低通滤波 157

5.5.2　高通滤波 158

5.6　同态滤波 159

5.7　彩色增强 161

5.7.1　伪彩色技术 161

5.7.2　假彩色技术 162

习题 162

参考文献 163

6.1　概述 164

第6章　图像复原 164

6.2　图像退化模型 165

6.3　成像系统及其传函分析 166

6.3.1　衍射受限光学成像系统分析 167

6.3.2　几个典型的退化系统的传函 169

6.4　线性滤波图像复原方法 172

6.4.1　无约束复原 172

6.4.2　约束最小二乘方复原 173

6.4.3　参数化Wiener滤波器 173

6.4.4 平滑约束滤波器 174

6.4.5　等功率谱滤波 175

6.4.6　局部统计法滤波——线性均方差估计 176

6.5　非线性统计复原 178

6.5.1　最大后验估计 178

6.5.2　最大似然估计 179

6.5.3　最大熵估计 180

6.6　奇异值分解（SVD）的广义逆复原法 182

6.6.1　矩阵的SVD 182

6.6.2　广义逆（伪逆） 183

6.6.3　SVD伪逆空间图像复原 183

6.7　随机时变PSF 184

6.7.1　经典复原方法 185

6.7.2　大气传函模型 186

6.8.1 由退化图像频谱识别OTF 188

6.8　随机时变PSF的识别和盲目复原 188

6.8.2　大气OTF的参数识别 189

6.8.3　时变MTF的盲目复原 190

6.9　交互式复原 192

习题 193

参考文献 194

第7章　图像压缩编码 197

7.1　概述 197

7.2.2　条件熵 199

7.2　信息论基本知识 199

7.2.1　信息量，信源和图像熵 199

7.2.3　互信息量，联合熵，信道容量 200

7.3　熵编码方法 201

7.3.1　编码技术的基本概念 201

7.3.2　不等长码字的编码方法 204

7.4　无损压缩编码 208

7.4.1　轮廓编码的概念 208

7.4.2　等值线跟踪计算——T算法 208

7.4.3　轮廓起始点的寻找——IP算法 210

7.5　预测误差编码 211

7.4.4　轮廓编码方法 211

7.5.1　线性预测编码 212

7.5.2　非线性自适应预测编码 214

7.5.3　最佳量化器设计 217

7.5.4　自适应量化器 220

7.6　正交变换编码 221

7.6.1　变换编码基本原理 222

7.6.2　几个常用的变换编码简介 223

7.6.3　子图像的大小和系数的选取 224

7.6.4　变换编码的自适应技术和混合编码 226

7.7　二值图形编码 227

7.7.1　空白块编码 228

7.7.2　游程长度编码 228

7.8　编码技术的最新进展——第二代编码方法 230

习题 232

参考文献 232

第8章　图像分割 234

8.1　概述 234

8.2　基于灰度阈值的图像分割 235

8.2.1　灰度阈值法的基本原理 235

8.2.2　灰度阈值的选取方法 236

8.3　边界检测方法 237

8.3.1　微分运算法 238

8.3.2　常用的其他边界检测微分算子和方法 240

8.3.3　统计判决法 243

8.3.4　边界连接 244

8.4　匹配检测技术 246

8.4.1　互相关匹配 246

8.4.2　基于模板匹配的线检测法 248

8.5　跟踪技术 249

8.5.1　光栅跟踪法 249

8.5.2　全向跟踪法 250

8.5.3　Hough变换 251

8.6.1　区域生长法（跟踪方法） 254

8.6　基于区域的图像分割 254

8.6.2　无种子点的区域分割法（区域合并方法） 255

8.6.3　区域分裂法 255

8.6.4　区域分裂法和合并法的同时运用 256

8.7　纹理分割法 256

8.7.1　灰度方向差分测量法 256

8.7.2　灰度共生矩阵测量法 256

8.7.3　自相关函数测量法 257

习题 257

参考文献 257

9.2.1　灰度差分统计量的分析 259

9.2　纹理特性的统计分析 259

第9章　纹理分析 259

9.1　概述 259

9.2.2　灰度共生矩阵的纹理分析 261

9.2.3　等灰度游程长度的纹理分析 263

9.2.4　灰度-梯度共生矩阵的纹理分析 265

9.3　纹理图像的谱分析 267

9.3.1　图像窗口和纹理谱特征的提取 267

9.3.2　Fourier功率谱纹理分析 268

9.3.3　功率谱的特征度量及其在分类中的应用 270

9.4　纹理特征在图像识别中的应用 271

9.4.1　特征提取 272

9.4.2　特征向量 274

9.4.3　结构纹理 275

习题 276

参考文献 276

第10章　图像分类 277

10.1　图像分类的基本概念 277

10.1.1　数据获取 278

10.1.2　预处理 278

10.1.3　特征提取和选择 278

10.2　遥感图像的代数运算处理 279

10.1.5　分类器的训练 279

10.1.4　分类器设计和分类决策 279

10.3　大气辐射校正的基本概念及近似计算方法 281

10.3.1　概述 281

10.3.2　大气辐射校正的简单模型 282

10.3.3　野外波谱测量的大气校正法 283

10.3.4　用热红外波段做基准的大气近似校正 283

10.4　基于多光谱特征的统计分类 284

10.4.1　统计分类的基本方法 284

10.4.2　光谱形状法分类 287

10.4.3　简单阈值的统计分类 289

10.5.1　K-均值算法 292

10.5　动态聚类 292

10.5.2　ISODATA算法 294

10.5.3　动态聚类方法的讨论 296

10.6　Bayes决策理论 298

10.6.1　基于最小错误率的Bayes决策 298

10.6.2　基于最小风险的Bayes决策和最大似然比分类 303

10.6.3　基于Bayes决策理论的分类器设计 306

10.7　线性判别分析 310

10.7.1　线性判别函数的基本概念 310

10.7.2　Fisher线性判别 311

10.7.3　两类判别计算实例 314

习题 316

参考文献 316

第11章　图像重建 317

11.1　概述 317

11.1.1　CT的发展概况 317

11.1.2　CT装置的基本结构 319

11.1.3　CT的基本原理 321

11.2　Fourier变换重建法 322

11.2.1　中心切片定理 322

11.2.2　连续图像的Fourier变换重建 324

11.2.3　离散图像的Fourier变换重建 326

11.3　滤波-逆投影重建法 327

11.3.1　基本原理 327

11.3.2　重建滤波器的设计 328

11.3.3　扇束投影的滤波-逆投影法 329

11.4　Compton散射CT的算法探讨 333

11.4.1　概述 333

11.4.2　散射CT机理 334

11.4.3　散射CT重建原理 336

11.4.4　散射CT的国外研究动态 341

习题 342

参考文献 343

第12章　图像描述 344

12.1　线描述 344

12.1.1　邻接与连通，链码 344

12.1.2　曲线拟合 345

12.1.3　闭合曲线的Fourier描述 347

12.2　矩描述 350

12.2.1　定义 350

12.2.2　矩不变性 351

12.3　区域描述 352

12.3.1　形状描述的行程码、投影和四叉树表示 352

12.3.2　区域的骨架表示 354

12.3.3　区域形状的几何特征和矩特征 356

12.4　形态学变换 360

12.4.1　形态学概述 360

12.4.2　形态学基本运算 362

12.4.3　形态学运算的某些性质 365

12.4.4　腐蚀和膨胀的变体 366

12.4.5　灰度图像的形态学滤波 370

习题 372

参考文献 373

13.2.1　一般变换矩阵 374

13.2　二维几何变换 374

13.1　概述 374

第13章　几何运算 374

13.2.2　仿射变换 375

13.3　多项式变换 378

13.3.1　基于控制点的双线性空间插值 379

13.3.2　基于最小二乘法拟合的几何校正 380

13.4　灰度插值 382

13.4.1　最近邻插值 382

13.4.2　双线性插值 383

13.4.3　曲线插值 384

13.5.1　三维线性变换 385

13.5　三维几何变换和透视变换 385

13.5.2　投影变换 387

13.5.3　透视投影与透视变换 390

13.6　图像变形技术 392

13.6.1　不同方位平面的透视投影 393

13.6.2　曲面投影 394

13.6.3　地图投影 396

13.6.4　图像渐变技术 400

习题 401

参考文献 402

附录　2000～2004年精选参考文献 403