第1章 绪论 1
1.1 数字图像处理概述 1
1.1.1 图像与数字图像 1
1.1.2 数字图像处理研究的内容 6
1.1.3 数字图像处理的应用 8
1.2 MATLAB概述 9
1.2.1 MATLAB的发展 9
1.2.2 MATLAB的特点 10
1.2.3 MATLAB的结构 12
1.3 在MATLAB中处理数字图像 13
1.3.1 MATLAB中的图像存储 13
1.3.2 MATLAB中的图像转换 18
1.3.3 MATLAB中图像的基本操作 21
本章参考文献及推荐阅读材料 27
第2章 图像的点运算 28
2.1 灰度直方图 28
2.1.1 灰度直方图简介 28
2.1.2 基本原理 31
2.1.3 编码实现 31
2.2 灰度线性变换 38
2.2.1 基本原理 39
2.2.2 编码实现 41
2.3 灰度非线性变换 43
2.3.1 灰度对数变换 43
2.3.2 灰度幂次变换 45
2.3.3 灰度指数变换 49
2.4 灰度拉伸 50
2.4.1 基本原理 50
2.4.2 编码实现 52
2.5 灰度均衡 52
2.5.1 基本原理 53
2.5.2 编码实现 54
2.6 直方图规定化 55
2.6.1 基本原理 55
2.6.2 编码实现 56
本章参考文献及推荐阅读材料 57
第3章 图像的几何变换 58
3.1 图像几何变换的基本理论 58
3.1.1 图像几何变换概述 58
3.1.2 图像几何变换的数学描述 61
3.2 图像的平移变换 62
3.2.1 效果预览 62
3.2.2 基本原理 62
3.2.3 编程实现 63
3.3 图像的镜像变换 64
3.3.1 效果预览 64
3.3.2 基本原理 65
3.3.3 编程实现 66
3.4 图像的转置 67
3.4.1 效果预览 67
3.4.2 基本原理 68
3.4.3 编程实现 68
3.5 图像的缩放 69
3.5.1 效果预览 69
3.5.2 基本原理 69
3.5.3 插值算法介绍 71
3.5.4 编程实现 74
3.6 图像的旋转 75
3.6.1 效果预览 75
3.6.2 基本原理 76
3.6.3 编程实现 79
本章参考文献及推荐阅读材料 81
第4章 图像的增强处理 82
4.1 卷积积分与邻域处理 82
4.1.1 理解卷积积分的概念 82
4.1.2 卷积应用于图像处理的原理 87
4.1.3 邻域处理的基本概念 88
4.1.4 运用模板实现邻域处理 90
4.2 图像的简单平滑 91
4.2.1 图像的简单平滑原理 92
4.2.2 简单平滑的编码实现 92
4.3 图像的高斯平滑 93
4.3.1 平滑线性滤波器 94
4.3.2 高斯平滑的原理 94
4.3.3 高斯分布 95
4.3.4 高斯平滑的算法实现 98
4.4 图像的中值滤波 99
4.4.1 统计排序滤波器 99
4.4.2 图像中值滤波的原理 100
4.4.3 图像中值滤波的算法实现 102
4.5 图像的双边滤波 104
4.6 图像的拉普拉斯锐化 109
4.6.1 图像的锐化 109
4.6.2 拉普拉斯锐化的原理 110
4.6.3 拉普拉斯锐化的编码实现 110
本章参考文献及推荐阅读材料 113
第5章 图像的形态学处理 114
5.1 数学形态学 114
5.2 一些必要的概念和符号约定 115
5.3 图像的腐蚀 118
5.3.1 腐蚀原理 119
5.3.2 编程实现 123
5.4 图像的膨胀 125
5.4.1 膨胀原理 125
5.4.2 编程实现 127
5.5 腐蚀和膨胀的性质及应用 128
5.5.1 腐蚀和膨胀的代数性质 128
5.5.2 腐蚀和膨胀的应用 131
5.6 开运算和闭运算 134
5.6.1 开运算 135
5.6.2 闭运算 137
5.6.3 编程实现 139
5.6.4 开运算和闭运算的代数性质 140
5.7 图像形态学的其他运算 142
5.7.1 击中／不击中运算 142
5.7.2 细化处理 144
本章参考文献及推荐阅读材料 147
第6章 边缘检测 148
6.1 基本概念及思想 148
6.1.1 边缘检测的基本概念 148
6.1.2 边缘检测的基本思想 149
6.2 基于梯度的常规方法 150
6.2.1 梯度算子及其离散化表示 150
6.2.2 用梯度算子进行边缘检测 153
6.2.3 带有方向信息的边缘检测 154
6.3 拉普拉斯算子 157
6.4 基于LoG和DoG的边缘检测 162
6.4.1 高斯拉普拉斯算子（LoG） 162
6.4.2 高斯差分算子（DoG） 165
6.5 Canny边缘检测算法 168
6.5.1 Canny准则 168
6.5.2 Canny算法与实现 170
本章参考文献及推荐阅读材料 173
第7章 图像分割 174
7.1 豪格变换 174
7.1.1 平面坐标系的转换 174
7.1.2 Hough变换的思想 177
7.1.3 直线的Hough变换 177
7.1.4 圆的Hough变换 185
7.2 轮廓跟踪 187
7.2.1 区域表示方法 187
7.2.2 单区域跟踪 192
7.2.3 多区域跟踪 193
7.2.4 编码实现 195
7.3 种子填充 197
7.3.1 算法介绍 198
7.3.2 编码实现 203
7.4 区域分割 209
7.4.1 区域分裂与合并 209
7.4.2 编程实现 212
7.5 水域分割 214
7.5.1 从必备的基本概念开始 214
7.5.2 分水岭分割算法的原理 215
7.5.3 标记控制的分水岭算法 218
本章参考文献及推荐阅读材料 224
第8章 正交变换与图像压缩 225
8.1 傅里叶变换 225
8.1.1 傅里叶变换的数学基础 225
8.1.2 傅里叶变换与傅里叶级数的关系 229
8.1.3 数字图像的傅里叶变换 237
8.1.4 快速傅里叶变换的算法 239
8.1.5 编程实现图像的快速傅里叶变换 245
8.2 离散余弦变换 246
8.2.1 基本概念及数学描述 247
8.2.2 离散余弦变换的快速算法 249
8.2.3 离散余弦变换的意义与应用 251
8.3 沃尔什－哈达玛变换 254
8.3.1 沃尔什函数 254
8.3.2 离散沃尔什变换及其快速算法 257
8.3.3 沃尔什变换的应用 262
8.4 卡洛南－洛伊变换 265
8.4.1 一些必备的基础概念 265
8.4.2 主成分变换的推导 267
8.4.3 编码实现主成分变换 271
8.4.4 应用K-L变换实现图像压缩 275
本章参考文献及推荐阅读材料 279
第9章 小波变换及其应用 280
9.1 子带编码 280
9.1.1 数字信号处理基础 280
9.1.2 多抽样率信号处理 284
9.1.3 图像的子带分解 294
9.2 哈尔函数与哈尔变换 301
9.2.1 哈尔函数的定义 301
9.2.2 哈尔函数的性质 302
9.2.3 酉矩阵与酉变换 303
9.2.4 二维离散线性变换 304
9.2.5 哈尔基函数 305
9.2.6 哈尔变换 308
9.3 小波的数学基础 311
9.3.1 小波的历史 312
9.3.2 理解小波的概念 313
9.3.3 多分辨率分析 315
9.3.4 小波函数的构建 319
9.3.5 小波序列展开 322
9.3.6 离散小波变换 323
9.3.7 连续小波变换 323
9.3.8 小波的容许条件与基本特征 326
9.4 快速小波变换 327
9.4.1 快速小波正变换 327
9.4.2 快速小波逆变换 332
9.4.3 图像的小波变换 334
9.5 小波在图像处理中的应用 339
本章参考文献及推荐阅读材料 344
第10章 偏微分方程与图像降噪 346
10.1 PM方程及其应用 346
10.1.1 一维热传导方程 346
10.1.2 各向异性扩散方程 352
10.1.3 PM扩散方程的实现 359
10.1.4 加性算子分裂 363
10.2 TV方法及其应用 374
10.2.1 泛函与变分法 374
10.2.2 全变分模型 379
10.2.3 TV算法的数值实现 386
10.2.4 基于TV的图像降噪实例 387
本章参考文献及推荐阅读材料 388
第11章 图像复原 390
11.1 从图像的退化到复原 391
11.1.1 图像的退化模型 391
11.1.2 连续的退化模型 392
11.1.3 离散的退化模型 393
11.2 常规的图像复原示例 395
11.2.1 循环矩阵的对角化 395
11.2.2 逆滤波的基本原理 397
11.2.3 维纳滤波及其应用 398
11.2.4 露茜－理查德森算法 402
11.3 暗通道优先的图像去雾算法 406
11.3.1 暗通道的概念与意义 407
11.3.2 暗通道去雾霾的原理 409
11.3.3 算法实现与应用 412
11.3.4 算法不足及改进方向 414
本章参考文献及推荐阅读材料 414
第12章 图像的特征检测 416
12.1 SIFT特征检测 416
12.1.1 尺度空间构造 417
12.1.2 空间极值检测 421
12.1.3 方向赋值 424
12.1.4 特征描述 426
12.1.5 算法实现 429
12.2 SURF特征检测 430
12.2.1 积分图 430
12.2.2 DoH近似 431
12.2.3 尺度空间表达 434
12.2.4 特征描述 435
12.2.5 算法实现 437
12.3 KAZE特征检测 438
12.3.1 非线性扩散滤波 439
12.3.2 尺度空间的构造 440
12.3.3 特征检测与描述 441
本章参考文献及推荐阅读材料 443
附录A 必不可少的数学基础 445
附录B 图像编码的理论基础 532