本書為《圖像工程》第4版的上冊,主要介紹圖像工程的*層次圖像處理的基本概念、基本原理、典型方法、實用技術(shù)以及國際上有關(guān)研究的新成果。
本書主要分為4個單元。第1單元(包含第2~4章)介紹圖像增強技術(shù),其中第2章介紹基于像素點操作的空域增強技術(shù),第3章介紹基于模板操作的空域增強技術(shù),第4章介紹頻域增強技術(shù)。第2單元(包含第5~8章)介紹圖像恢復(fù)技術(shù),其中第5章介紹圖像消噪和恢復(fù)技術(shù),第6章介紹圖像校正和修補技術(shù),第7章介紹圖像去霧及評價技術(shù),第8章介紹圖像投影重建技術(shù)。第3單元(包含第9~11章)介紹圖像編碼技術(shù),其中第9章介紹圖像編碼基礎(chǔ),第10章介紹變換編碼技術(shù),第11章介紹其他編碼技術(shù)。第4單元(包含第12~15章)介紹拓展圖像技術(shù),其中第12章介紹圖像信息安全技術(shù),第13章介紹彩色圖像處理技術(shù),第14章介紹視頻圖像處理技術(shù),第15章介紹多尺度圖像處理技術(shù)。書中的附錄介紹了圖像方面的一些國際標(biāo)準(zhǔn),主要與第3單元相關(guān)。書中還提供了大量例題、思考題和練習(xí)題,并對部分練習(xí)題提供了解答。書末還給出了主題索引。
本書可作為信號與信息處理、通信與信息系統(tǒng)、電子與通信工程、模式識別與智能系統(tǒng)、計算機視覺等學(xué)科的大學(xué)本科和研究生專業(yè)基礎(chǔ)課教材,也可供信息與通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)、計算機科學(xué)與技術(shù)、測控技術(shù)與儀器、機器人自動化、生物醫(yī)學(xué)工程、光學(xué)、電子醫(yī)療設(shè)備研制、遙感、測繪和軍事偵察等領(lǐng)域的科技工作者參考。
圖像工程由清華大學(xué)章毓晉教授編著,是圖像領(lǐng)域必讀經(jīng)典,已印刷60多次,20多萬冊。全套書分為圖像處理、分析、理解三個層次(三冊),全面涵蓋基本概念、基本原理、典型方法、實用技術(shù)以及國際上有關(guān)研究的新成果。第1版獲全國普通高等學(xué)校優(yōu)秀教材一等獎;第2版評為全國普通高等教育十一五精品教材;第3版評為十二五普通高等教育本科*規(guī)劃教材,2013年北京高等教育精品教材。
全套書第4版前言
這是《圖像工程》第4版,全套書仍分3冊,分別為《圖像工程(上冊)圖像處理》《圖像工程(中冊)圖像分析》和《圖像工程(下冊)圖像理解》。它們?nèi)娼榻B圖像工程的基礎(chǔ)概念、基本原理、典型方法、實用技術(shù)以及國際上相關(guān)內(nèi)容研究的新成果!秷D像工程》第3版也分3冊,名稱相同。上、中、下冊均在2012年出版,而2013年出版了《圖像工程》第3版的3冊合訂本。第3版至今已重印13次,總計約3萬多冊。《圖像工程》第2版也分3冊,名稱相同。上、中、下冊分別在2006年、2005年和2007年出版,2007年還出版了《圖像工程》第2版的3冊合訂本。第2版共重印18次,總計近7萬冊!秷D像工程》第1版也分3冊,名稱分別為《圖像工程(上冊)圖像處理和分析》《圖像工程(下冊)圖像理解和計算機視覺》和《圖像工程(附冊)教學(xué)參考及習(xí)題解答》。這三冊分別在1999年、2000年和2002年出版。第1版共重印27次,總計約11萬冊。《圖像工程》的多次重印表明作者一直倡導(dǎo)的,為了對各種圖像技術(shù)進行綜合研究、集成應(yīng)用而建立的整體框架圖像工程作為一門系統(tǒng)地研究各種圖像理論、技術(shù)和應(yīng)用的新的交叉學(xué)科得到了廣泛的認可,也在教學(xué)中得到大量使用。同時,隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展,編寫新版的工作也逐漸提到議事日程上來。第4版的編寫開始于2016年,是年暑假靜心構(gòu)思了全套書的整體框架。其后,根據(jù)框架陸續(xù)收集了一些最新的相關(guān)書籍和文獻(包括印刷版和電子版),并仔細進行了閱讀和做了筆記。這為新版的編寫打下了一個堅實的基礎(chǔ)。期間,還結(jié)合以往課堂教學(xué)和學(xué)生反饋,對一些具體內(nèi)容(包括習(xí)題)進行了整理和調(diào)整。第4版內(nèi)容具有一定的深度和廣度,希望讀者通過本套書的學(xué)習(xí),能夠獨立地和全面地了解該領(lǐng)域的基本理論、技術(shù)、應(yīng)用和發(fā)展。第4版在編寫的方針上,仍如前3版那樣力求具有理論性、實用性、系統(tǒng)性、實時性; 在內(nèi)容敘述上,力求理論概念嚴謹,論證簡明扼要。在內(nèi)容方面,第4版基本保留了第3版中有代表性的經(jīng)典內(nèi)容,同時考慮到圖像技術(shù)的飛速發(fā)展,還認真選取了近年的一些最新研究成果和得到廣泛使用的典型技術(shù)進行充實。這些新內(nèi)容既參考了許多有關(guān)文獻,也結(jié)合了作者的一些研究工作和成果以及這些年來的教學(xué)教案。除每冊書均增加了一章全新內(nèi)容外,還各增加了多個節(jié)和小節(jié),特別還增加了許多例題,其中有些是介紹一些新的選學(xué)內(nèi)容,有些則從其他的角度來補充解釋已有的概念和方法。這些例題可根據(jù)課時安排、學(xué)生基礎(chǔ)等選擇使用,比較靈活。總體來說,第4版的內(nèi)容覆蓋面更廣,介紹更全面細致,整體篇幅比第3版有約20%的增加。第4版在具體結(jié)構(gòu)和章節(jié)安排方面仍然保留了上一版的特點:第一,各冊書均從第2章就開始介紹正式內(nèi)容,更快進入主題。先修或預(yù)備內(nèi)容分別安排在需要先修部分的同一章前部,從教學(xué)角度來說,更加實用,也突出了主線內(nèi)容。第二,除第1章緒論外,各冊書的正式內(nèi)容仍都結(jié)合成4個主題相關(guān)的單元(并畫在封面上),每個單元都有具體說明,幫助選擇學(xué)習(xí)。全書有較強的系統(tǒng)性和結(jié)構(gòu)性,也有利于復(fù)習(xí)考核。第三,各章中的習(xí)題均只有少部分給出了解答,使教師可以更靈活地選擇布置。更多的習(xí)題和其余的習(xí)題解答將會放在出版社網(wǎng)站上,便于補充、改進,網(wǎng)址為www.tup.com.cn。
第四,各冊書后均仍有主題索引(并給出了英文),這樣既方便在書中查找有關(guān)內(nèi)容,又方便在網(wǎng)上查找有關(guān)文獻和解釋。
第4版還增加了一項新的舉措。書中的彩色圖片印刷后均為黑白的,但可以通過手機掃描圖片旁的二維碼,調(diào)出存放在出版社網(wǎng)站上的對應(yīng)彩色圖片,獲得更多的信息和更好的觀察效果。
從1996年開始編寫《圖像工程》第1版以來至今已20多年。期間,作者與許多讀者(包括教師、學(xué)生、自學(xué)者等)有過各種形式的討論和交流,除了與一些同行面談外,許多人打來電話或發(fā)來電子郵件。這些討論和交流使作者獲得了許多寶貴的意見和建議,在編寫這4版中都起到了不可或缺的作用,特別是在解釋和描述的詳略方面都結(jié)合讀者反饋意見進行了調(diào)整,從而更加容易理解和學(xué)習(xí)。值得指出的是,書中還匯集了多年來不少聽課學(xué)生的貢獻,許多例題和練習(xí)題是在歷屆學(xué)生作業(yè)和課堂討論的基礎(chǔ)上提煉出來的,一些圖片還直接由學(xué)生幫助制作,在選材上也從學(xué)生的反饋中受到許多啟發(fā)。借此機會對他們一并表示衷心的感謝。書中有相當(dāng)內(nèi)容基于作者和他人共同研究的成果,特別是歷年研究室的學(xué)生(按姓名拼音排): 卜莎莎、邊輝、蔡偉、陳權(quán)崎、陳挺、陳偉、陳正華、崔崟、程正東、戴聲揚、段菲、方慕園、馮上平、傅卓、高永英、葛菁華、侯樂天、胡浩基、黃英、黃翔宇、黃小明、賈波、賈超、賈慧星、姜帆、李佳童、李娟、李樂、李品一、李勍、李睿、李碩、李聞天、李相賢(LEE Sang Hyun)、李小鵬、李雪、梁含悅、劉寶弟、劉晨陽、劉峰、劉鍇、劉青棣、劉惟錦、劉曉旻、劉忠偉、陸海斌、陸志云、羅惠韜、羅沄、樸寅奎(PARK In Kyu)、錢宇飛、秦暄、秦垠峰、阮孟貴(NGUYEN Manh Quy)、賽義(Saeid BAGHERI)、沈斌、譚華春、湯達、王樹徽、王宇雄、王志國、王志明、王鐘緒、溫宇豪、文熙安(Tristan VINCENT)、吳高洪、吳緯、夏爾雷(Charley PAULUS)、向振、徐丹、徐楓、徐潔、徐培、徐寅、許翔宇、薛菲、薛景浩、嚴嚴、楊勁波、楊翔英、楊忠良、姚玉榮、游錢皓喆、魚榮珍(EO Young Jin)、俞天利、于信男、袁靜、贠亮、張寧、趙雪梅、鄭胤、周丹、朱施展、朱小青、朱云峰,博士后高立志、王懷穎以及進修教師崔京守(CHOI Jeong Swu)、郭紅偉、石俊生、楊衛(wèi)平、曾萍萍、張貴倉等。第1版、第2版、第3版和第4版采用的圖表除作者本人制作的外,也包括他們在研究工作中收集和實驗得到的。該書應(yīng)該說是多人合作成果的體現(xiàn)。最后,感謝妻子何蕓、女兒章荷銘在各方面的理解和支持!
章毓晉2018年元旦于書房
通信: 北京,清華大學(xué)電子工程系,100084
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目錄
第1章緒論
1.1圖像
1.1.1圖像表示和顯示
1.1.2空間分辨率和幅度分辨率
1.1.3圖像質(zhì)量
1.2圖像工程簡介
1.2.1圖像技術(shù)和圖像工程
1.2.2圖像工程的3個層次
1.2.3圖像工程相關(guān)學(xué)科和領(lǐng)域
1.2.4圖像工程的技術(shù)應(yīng)用
1.2.5圖像工程文獻統(tǒng)計分類
1.3圖像處理系統(tǒng)
1.3.1系統(tǒng)構(gòu)成框圖
1.3.2圖像采集
1.3.3圖像顯示和打印
1.3.4圖像存儲
1.3.5圖像處理
1.4內(nèi)容框架和特點
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第1單元圖
像 增 強
第2章空域增強:
點操作
2.1圖像坐標(biāo)變換
2.1.1基本坐標(biāo)變換
2.1.2坐標(biāo)變換擴展
2.2圖像間運算
2.2.1算術(shù)和邏輯運算
2.2.2圖像間算術(shù)運算的應(yīng)用
2.3圖像灰度映射
2.3.1灰度映射原理
2.3.2典型灰度映射
2.4直方圖變換
2.4.1直方圖均衡化
2.4.2直方圖規(guī)定化
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第3章空域增強:
模板操作
3.1像素間聯(lián)系
3.1.1像素的鄰域和鄰接
3.1.2像素間的連接和連通
3.1.3像素間的距離
3.2模板運算
3.3線性濾波
3.3.1線性平滑濾波
3.3.2線性銳化濾波
3.4非線性濾波
3.4.1非線性平滑濾波
3.4.2非線性銳化濾波
3.4.3線性和非線性混合濾波
3.5局部增強
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第4章頻域圖像增強
4.1頻域技術(shù)原理
4.2傅里葉變換
4.2.12D傅里葉變換
4.2.2傅里葉變換定理
4.2.3快速傅里葉變換
4.3低通和高通濾波
4.3.1低通濾波
4.3.2高通濾波
4.4帶通和帶阻濾波
4.5同態(tài)濾波
4.5.1亮度成像模型
4.5.2同態(tài)濾波增強
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第2單元圖
像 恢 復(fù)
第5章圖像消噪和恢復(fù)
5.1圖像退化及模型
5.1.1圖像退化示例
5.1.2圖像退化模型
5.2噪聲濾除
5.2.1噪聲描述
5.2.2噪聲概率密度函數(shù)
5.2.3均值類濾波器
5.2.4排序類統(tǒng)計濾波器
5.2.5選擇性濾波器
5.3無約束恢復(fù)
5.3.1無約束恢復(fù)公式
5.3.2逆濾波
5.4有約束恢復(fù)
5.4.1有約束恢復(fù)公式
5.4.2維納濾波器
5.4.3有約束最小平方恢復(fù)
5.5交互式恢復(fù)
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第6章圖像校正和修補
6.1圖像仿射變換
6.1.1一般仿射變換
6.1.2特殊仿射變換
6.1.3變換間的聯(lián)系
6.2幾何失真校正
6.2.1空間變換
6.2.2灰度插值
6.3圖像修復(fù)
6.3.1圖像修補原理
6.3.2全變分模型
6.3.3混合模型
6.4區(qū)域填充
6.4.1基于樣本的方法
6.4.2結(jié)合稀疏表達的方法
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第7章圖像去霧
7.1暗通道先驗去霧算法及改進
7.1.1基本方法
7.1.2尺度自適應(yīng)
7.1.3透射率估計
7.1.4大氣光區(qū)域確定
7.1.5大氣光值校正
7.1.6濃霧圖像去霧
7.2改善失真的綜合算法
7.2.1改進算法流程
7.2.2T空間轉(zhuǎn)換
7.2.3透射率空間的大氣散射圖
7.2.4天空區(qū)域檢測
7.2.5對比度增強
7.3去霧效果評價
7.3.1可見邊緣梯度法
7.3.2基于視覺感知的評價
7.3.3主客觀結(jié)合的評價實例
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第8章圖像投影重建
8.1投影重建方式
8.1.1透射斷層成像
8.1.2發(fā)射斷層成像
8.1.3反射斷層成像
8.1.4電阻抗斷層成像
8.1.5磁共振成像
8.2投影重建原理
8.2.1基本模型
8.2.2拉東變換
8.3傅里葉反變換重建
8.4逆投影重建
8.4.1逆投影重建原理
8.4.2卷積逆投影重建
8.4.3其他逆投影重建方法
8.5迭代重建
8.5.1迭代重建模型
8.5.2代數(shù)重建技術(shù)
8.5.3最大似然最大期望重建算法
8.6綜合重建方法
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第3單元圖
像 編 碼
第9章圖像編碼基礎(chǔ)
9.1圖像壓縮原理
9.1.1數(shù)據(jù)冗余
9.1.2圖像編解碼
9.1.3圖像保真度和質(zhì)量
9.2編碼定理
9.2.1信息單位和信源描述
9.2.2無失真編碼定理
9.2.3率失真編碼定理
9.3位平面編碼
9.3.1位平面的分解
9.3.2位平面的編碼
9.4變長編碼
9.4.1哥倫布編碼
9.4.2哈夫曼編碼
9.4.3香農(nóng)法諾編碼
9.4.4算術(shù)編碼
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第10章圖像變換編碼
10.1可分離和正交圖像變換
10.2離散余弦變換
10.3正交變換編碼
10.3.1正交變換編碼系統(tǒng)
10.3.2子圖像尺寸選擇
10.3.3變換選擇
10.3.4比特分配
10.4小波變換
10.4.1小波變換基礎(chǔ)
10.4.21D小波變換
10.4.3快速小波變換
10.4.42D小波變換
10.5小波變換編碼
10.5.1小波變換編解碼系統(tǒng)
10.5.2基于提升小波的編碼
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第11章更多圖像編碼方法
11.1基于符號的編碼
11.2LZW編碼
11.3預(yù)測編碼
11.3.1無損預(yù)測編碼
11.3.2有損預(yù)測編碼
11.4矢量量化
11.5準(zhǔn)無損編碼
11.6比較和評述
11.6.1不同方法特性的比較
11.6.2其他編碼方法
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第4單元拓
展 技 術(shù)
第12章圖像信息安全
12.1水印原理和特性
12.1.1水印的嵌入和檢測
12.1.2水印特性
12.1.3水印分類
12.2DCT域圖像水印
12.2.1無意義水印算法
12.2.2有意義水印算法
12.3DWT域圖像水印
12.3.1人眼視覺特性
12.3.2小波水印算法
12.4水印性能評判
12.4.1失真測度
12.4.2基準(zhǔn)測量和攻擊
12.4.3水印性能測試示例
12.5圖像認證和取證
12.5.1基本概念
12.5.2圖像被動取證
12.5.3圖像可逆認證
12.5.4圖像取證示例
12.5.5圖像反取證
12.6圖像信息隱藏
12.6.1信息隱藏技術(shù)分類
12.6.2基于迭代混合的圖像隱藏
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第13章彩色圖像處理
13.1彩色視覺和色度圖
13.1.1彩色視覺基礎(chǔ)
13.1.2三基色與色匹配
13.1.3色度圖
13.2彩色模型
13.2.1面向硬設(shè)備的彩色模型
13.2.2面向視覺感知的彩色模型
13.3偽彩色增強
13.4真彩色處理
13.4.1處理策略
13.4.2單分量變換增強
13.4.3全彩色增強
13.4.4全彩色濾波和消噪
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第14章視頻圖像處理
14.1視頻表達和格式
14.1.1視頻基礎(chǔ)
14.1.2彩色電視制式
14.2運動分類和表達
14.3運動檢測
14.3.1利用圖像差的運動檢測
14.3.2基于模型的運動檢測
14.3.3頻率域運動檢測
14.4視頻濾波
14.4.1基于運動檢測的濾波
14.4.2基于運動補償?shù)臑V波
14.4.3消除勻速直線運動模糊
14.5視頻預(yù)測編碼
總結(jié)和復(fù)習(xí)
第15章多尺度圖像處理
15.1多尺度表達
15.2高斯和拉普拉斯金字塔
15.2.1高斯金字塔
15.2.2拉普拉斯金字塔
15.2.3原始圖像的重建
15.3多尺度變換技術(shù)
15.3.13類多尺度變換技術(shù)
15.3.2多尺度變換技術(shù)比較
15.4基于多尺度小波的處理
15.5超分辨率技術(shù)
15.5.1基本模型和技術(shù)分類
15.5.2基于單幅圖像的超分辨率復(fù)原
15.5.3基于多幅圖像的超分辨率重建
15.5.4基于示例的學(xué)習(xí)方法
15.5.5基于稀疏表達的超分辨率重建
15.5.6基于局部約束線性編碼的超分辨率重建
總結(jié)和復(fù)習(xí)
附錄A圖像國際標(biāo)準(zhǔn)
A.1國際標(biāo)準(zhǔn)
A.2二值圖像壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)
A.3靜止圖像壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)
A.4運動圖像壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)
A.5多媒體國際標(biāo)準(zhǔn)
部分思考題和練習(xí)題解答
參考文獻
主題索引