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第1章 概述 1

1.1 图像检测与处理的目的、方法和应用领域 1

1.2 图像检测与处理的物理基础 5

1.2.1 光的电磁理论和光度学简介 5

1.2.2 色度学简介 9

1.2.3 人眼视觉模型与视觉心理物理学性质 11

1.3 图像的基本概念 13

1.3.1 图像与数字图像 13

1.3.2 图像的采样与量化 15

1.3.3 数字图像的数学描述 18

1.3.4 直方图 25

1.4 被测信息的成像方式 26

1.4.1 可用于成像的参量 27

1.4.2 信息载体与成像 27

1.4.3 光的性质与成像 28

1.4.4 扫描成像 29

1.4.5 被测物体的速度与成像 30

1.4.6 被测物体的大小与成像 32

1.5 图像检测与处理的主要内容 33

本章习题 34

第2章 图像检测系统硬件组成 35

2.1 成像器件 35

2.1.1 CCD的工作原理和种类 35

2.1.2 CMOS的工作原理和像素结构 40

2.1.3 PSD半导体位置敏感检出器 41

2.1.4 摄像管 42

2.1.5 自扫描光电二极管阵列 44

2.2 图像采集系统 44

2.2.1 系统的基本组成 45

2.2.2 光源及照明系统 45

2.2.3 光学系统 46

2.2.4 A/D转换、存储和显示 47

2.2.5 机械扫描装置 47

2.2.6 实际的图像输入设备 48

2.2.7 计算机图像采集系统 51

2.3 实时图像处理系统 52

2.3.1 传统图像处理系统存在的问题 52

2.3.2 图像并行处理的原理和实现方法 52

2.3.3 基于DSP的图像处理系统 52

2.3.4 基于计算机的图像并行处理系统 54

2.4 序列图像的获取 57

2.4.1 多路视频的采集与监控 57

2.4.2 运动物体跟踪拍摄 58

2.4.3 立体成像 59

2.4.4 单摄像机扫描拍摄 60

2.5 特殊成像方式 60

2.5.1 红外或热成像 60

2.5.2 微波成像 61

2.5.3 工业X射线、γ射线、CT等成像 62

2.5.4 多光谱图像 64

2.5.5 数据可视化技术 64

本章习题 65

第3章 图像检测与处理的数学基础 66

3.1 卷积和相关 66

3.2 傅里叶变换 67

3.2.1 一维傅里叶变换 67

3.2.2 二维傅里叶变换 67

3.2.3 离散傅里叶变换 68

3.2.4 快速傅里叶变换 68

3.3 小波变换 69

3.3.1 连续小波变换 69

3.3.2 离散小波变换 70

3.3.3 小波多尺度分解与重构 71

3.4 灰度级插值与曲线拟合 74

3.4.1 最近邻插值 74

3.4.2 均值插值 75

3.4.3 双线性插值 75

3.4.4 最小二乘法拟合 77

3.4.5 B样条函数 77

3.5 图像间运算 79

3.6 图像的空间变换 81

3.6.1 位置变换 81

3.6.2 形状变换 86

3.6.3 三维图像的投影变换 91

本章习题 99

第4章 图像的预处理 100

4.1 图像噪声的抑制 100

4.1.1 图像平滑 100

4.1.2 中值滤波 103

4.1.3 边界保持类平滑滤波 105

4.1.4 频域滤波去噪 111

4.1.5 小波滤波去噪 113

4.2 图像增强 114

4.2.1 直方图均衡化 114

4.2.2 对比度线性展宽 118

4.2.3 动态范围调整 120

4.2.4 一阶微分算子 122

4.2.5 二阶微分算子 127

4.2.6 同态滤波图像增强 129

4.2.7 局部增强 130

4.2.8 彩色增强 131

4.2.9 小波变换的增强和边缘检测 134

4.3 校正技术 136

4.3.1 γ校正 136

4.3.2 灰度级校正 137

4.3.3 几何畸变校正 140

4.3.4 彩色校正 142

本章习题 143

第5章 图像分割 145

5.1 基于阈值的分割 146

5.1.1 极小值法 148

5.1.2 p－参数法 149

5.1.3 最大类间／类内方差比法 149

5.1.4 类间最大距离法 150

5.1.5 聚类法 151

5.1.6 局部阈值法 151

5.1.7 最大熵法 152

5.1.8 最佳阈值法 152

5.1.9 迭代法 154

5.1.10 动态阈值法 154

5.2 基于区域的分割 155

5.2.1 区域生长 155

5.2.2 分裂与合并 159

5.3 彩色图像的分割 162

5.3.1 彩色空间参数的选择 163

5.3.2 多参数直方图法 166

本章习题 169

第6章 图像特征与分析 170

6.1 目标区域的进一步处理 170

6.1.1 腐蚀与膨胀 170

6.1.2 开、闭运算 172

6.1.3 贴标签 175

6.1.4 边界线的提取与链码 175

6.1.5 细线化和骨骼化 177

6.1.6 Hough变换 180

6.2 特征量 182

6.2.1 计数 182

6.2.2 周长 184

6.2.3 面积 184

6.2.4 质心 184

6.2.5 圆形度 185

6.2.6 矩形度 185

6.2.7 扁度 185

6.2.8 距离 186

6.2.9 凹凸性 187

6.2.10 斜率、曲率 187

6.2.11 傅里叶描述子 188

6.3 纹理统计特征 189

6.3.1 纹理分析的概念和方法 189

6.3.2 灰度共生矩阵法的特征参数 190

6.3.3 灰度－梯度共生矩阵法的特征参数 192

本章习题 195

第7章 图像检测系统的标定和误差分析 196

7.1 标定 196

7.1.1 基本概念 196

7.1.2 坐标系和数学描述 197

7.1.3 Tsai’s万能摄像机标定法 200

7.1.4 Weng’s摄像机标定法 201

7.1.5 坐标测量中的尺寸标定 202

7.1.6 摄像机的标定 202

7.2 影响图像检测精度的主要因素 203

7.2.1 成像系统的几何畸变 203

7.2.2 成像系统的噪声 204

7.2.3 视频图像采集的像素抖动 206

7.2.4 图像处理算法的影响 206

7.2.5 标定误差的影响 207

7.2.6 拼接误差的影响 208

7.2.7 特征量测量的误差 209

7.3 图像检测的评价 210

本章习题 211

第8章 工程应用 212

8.1 几何量测量 212

8.1.1 几何尺寸测量 213

8.1.2 粗糙度测量 214

8.1.3 螺纹参数测量 215

8.1.4 齿轮部分参数测量 217

8.1.5 样板尺寸确定 218

8.2 工业质量检测 219

8.3 三维曲面检测 221

8.4 PIV技术 222

8.5 坐标测量与图像检测的结合 223

8.6 颗粒度参数检测和计算 225

8.7 气象中的应用 226

参考文献 229