數(shù)字圖像處理及應(yīng)用(MATLAB版)
本書(shū)在系統(tǒng)地介紹數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本理論及有代表性的思想、算法與應(yīng)用的基礎(chǔ)上,對(duì)圖像處理軟件的設(shè)計(jì)及典型案例分析進(jìn)行了詳盡的講述,并將數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)融入其中,使讀者通過(guò)學(xué)習(xí),能盡快掌握?qǐng)D像處理及應(yīng)用的基本理論、方法和技巧,達(dá)到應(yīng)用MATLAB實(shí)現(xiàn)圖像處理的目的。本書(shū)共分8章,包括數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)、數(shù)字圖像變換技術(shù)、圖像增強(qiáng)及去噪技術(shù)、圖像分割與特征分析、數(shù)字視頻及圖像壓縮編碼技術(shù)、數(shù)字圖像處理實(shí)例分析、數(shù)字圖像處理軟件設(shè)計(jì)、數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)。本書(shū)配有電子教案、習(xí)題與思考題答案、源程序(.M文件)、圖片,為教師多媒體授課、編寫(xiě)教案提供方便條件。本書(shū)可作為電子信息工程、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、醫(yī)學(xué)生物工程、自動(dòng)控制等專業(yè)的本科生、高職高專學(xué)生的教學(xué)用書(shū),也可作為研究生及從事數(shù)字圖像處理工作的技術(shù)人員的參考用書(shū)。
21世紀(jì)是一個(gè)充滿信息的時(shí)代,圖像作為人類感知世界的視覺(jué)基礎(chǔ),是人類獲取信息、表達(dá)信息和傳遞信息的重要手段。數(shù)字圖像處理已經(jīng)在宇宙探測(cè)、遙感、生物醫(yī)學(xué)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事、公安、辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,并顯示出廣泛的應(yīng)用前景。數(shù)字圖像處理及應(yīng)用已成為計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、生物科學(xué)、空間科學(xué)、氣象學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、工程科學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科的研究熱點(diǎn),已成為工科院校電子信息、電氣工程、醫(yī)學(xué)生物工程等專業(yè)必修的專業(yè)課。
本書(shū)共分8章:第1章是數(shù)字圖像處理基礎(chǔ);第2章是數(shù)字圖像變換技術(shù);第3章是圖像增強(qiáng)及去噪技術(shù);第4章是圖像分割與特征分析;第5章是數(shù)字視頻及圖像壓縮編碼技術(shù);第6章是數(shù)字圖像處理實(shí)例分析;第7章是數(shù)字圖像處理軟件設(shè)計(jì);第8章是數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)。在每章后都附有一定量的習(xí)題與思考題。本書(shū)編寫(xiě)的指導(dǎo)思想是提高學(xué)生分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力,具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
① 第1~5章為基礎(chǔ)知識(shí)部分,通過(guò)大量的例題及實(shí)例系統(tǒng)地講述了數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本理論及有代表性的思想、算法與應(yīng)用。
② 第6章精選了有關(guān)圖像拼接、缺陷檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別、密碼共享及圖像置亂等案例,給出了設(shè)計(jì)過(guò)程、代碼及運(yùn)行結(jié)果,通過(guò)此部分的學(xué)習(xí)可開(kāi)闊視野,提高讀者在實(shí)際中的應(yīng)用及系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。
③ 第7章給出了應(yīng)用MATLAB 進(jìn)行圖形用戶界面設(shè)計(jì)的方法、設(shè)計(jì)過(guò)程及需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,為設(shè)計(jì)圖像處理軟件及應(yīng)用圖像處理軟件解決實(shí)際問(wèn)題提供有效幫助。 21世紀(jì)是一個(gè)充滿信息的時(shí)代,圖像作為人類感知世界的視覺(jué)基礎(chǔ),是人類獲取信息、表達(dá)信息和傳遞信息的重要手段。數(shù)字圖像處理已經(jīng)在宇宙探測(cè)、遙感、生物醫(yī)學(xué)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事、公安、辦公自動(dòng)化等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,并顯示出廣泛的應(yīng)用前景。數(shù)字圖像處理及應(yīng)用已成為計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息科學(xué)、生物科學(xué)、空間科學(xué)、氣象學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、工程科學(xué)、醫(yī)學(xué)等學(xué)科的研究熱點(diǎn),已成為工科院校電子信息、電氣工程、醫(yī)學(xué)生物工程等專業(yè)必修的專業(yè)課。
本書(shū)共分8章:第1章是數(shù)字圖像處理基礎(chǔ);第2章是數(shù)字圖像變換技術(shù);第3章是圖像增強(qiáng)及去噪技術(shù);第4章是圖像分割與特征分析;第5章是數(shù)字視頻及圖像壓縮編碼技術(shù);第6章是數(shù)字圖像處理實(shí)例分析;第7章是數(shù)字圖像處理軟件設(shè)計(jì);第8章是數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)。在每章后都附有一定量的習(xí)題與思考題。本書(shū)編寫(xiě)的指導(dǎo)思想是提高學(xué)生分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的能力,具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。
① 第1~5章為基礎(chǔ)知識(shí)部分,通過(guò)大量的例題及實(shí)例系統(tǒng)地講述了數(shù)字圖像處理技術(shù)的基本理論及有代表性的思想、算法與應(yīng)用。
② 第6章精選了有關(guān)圖像拼接、缺陷檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別、密碼共享及圖像置亂等案例,給出了設(shè)計(jì)過(guò)程、代碼及運(yùn)行結(jié)果,通過(guò)此部分的學(xué)習(xí)可開(kāi)闊視野,提高讀者在實(shí)際中的應(yīng)用及系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力。
③ 第7章給出了應(yīng)用MATLAB 進(jìn)行圖形用戶界面設(shè)計(jì)的方法、設(shè)計(jì)過(guò)程及需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,為設(shè)計(jì)圖像處理軟件及應(yīng)用圖像處理軟件解決實(shí)際問(wèn)題提供有效幫助。
④ 第8章為數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn),將理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)融為一體,既方便了教學(xué)也更加有利于學(xué)生使用。每個(gè)實(shí)驗(yàn)都包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康、所用函?shù)介紹、示例部分及設(shè)計(jì)部分。希望通過(guò)示例部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)使學(xué)生能完成相應(yīng)的程序設(shè)計(jì),達(dá)到應(yīng)用MATLAB實(shí)現(xiàn)圖像處理的目的。
⑤ 本書(shū)配有電子教案、習(xí)題與思考題答案、第8章程序設(shè)計(jì)部分參考答案及源程序(.M文件)(需要的請(qǐng)登錄:www.cipedu.com.cn),有助于學(xué)生理解和掌握所學(xué)知識(shí)要點(diǎn)和程序?qū)崿F(xiàn),同時(shí)為教師多媒體授課、編寫(xiě)教案提供方便條件。
本書(shū)可作為電子信息工程、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、醫(yī)學(xué)生物工程、自動(dòng)控制等專業(yè)的本科生、高職高專學(xué)生的教學(xué)用書(shū),也可作為研究生及從事數(shù)字圖像處理工作的技術(shù)人員的參考用書(shū)。
本書(shū)由楊帆、唐紅梅、張志偉、侯景忠等編著。其中第5章由侯景忠編寫(xiě),第6章由張志偉編寫(xiě),第7章由王志陶編寫(xiě),第8章由唐紅梅編寫(xiě),其余部分的編寫(xiě)及統(tǒng)稿工作由楊帆負(fù)責(zé)。本書(shū)在編寫(xiě)工作中得到了張華、魏琳琳、王世亮、宋莉莉、戶姍姍等許多同志的幫助,在此表示感謝。
本書(shū)由河北工業(yè)大學(xué)的夏克文教授主審,夏克文教授對(duì)本書(shū)的總體結(jié)構(gòu)和內(nèi)容細(xì)節(jié)等進(jìn)行了全面審定,提出許多寶貴而富有價(jià)值的審閱意見(jiàn),在此表示衷心的感謝。
歡迎使用本書(shū)的教師和學(xué)生與編者進(jìn)行交流,并提出寶貴意見(jiàn),以便今后進(jìn)一步修改。由于編者水平所限,書(shū)中不妥之處在所難免,殷切希望廣大讀者批評(píng)指正。聯(lián)系人:河北工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院張志偉E-mail: zhangzhiwei@hebut.edu.cn。
編者2013年3月于河北工業(yè)大學(xué)
第1章數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)1
1·1圖像及圖像的數(shù)字化1
1·1·1圖像及分類1
1·1·2圖像的數(shù)學(xué)模型1
1·1·3采樣及量化2
1·2圖像的采集及常用格式4
1·2·1圖像的采集4
1·2·2常用的圖像文件格式6
1·2·3數(shù)字圖像類型7
1·2·4RGB色彩模式8
1·3數(shù)字圖像處理及主要應(yīng)用10
1·3·1數(shù)字圖像處理及其特點(diǎn)10
1·3·2數(shù)字圖像處理研究的主要內(nèi)容11
1·3·3數(shù)字圖像處理的應(yīng)用13
1·4MATLAB及其在圖像處理中的應(yīng)用14 第1章數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)1
1·1圖像及圖像的數(shù)字化1
1·1·1圖像及分類1
1·1·2圖像的數(shù)學(xué)模型1
1·1·3采樣及量化2
1·2圖像的采集及常用格式4
1·2·1圖像的采集4
1·2·2常用的圖像文件格式6
1·2·3數(shù)字圖像類型7
1·2·4RGB色彩模式8
1·3數(shù)字圖像處理及主要應(yīng)用10
1·3·1數(shù)字圖像處理及其特點(diǎn)10
1·3·2數(shù)字圖像處理研究的主要內(nèi)容11
1·3·3數(shù)字圖像處理的應(yīng)用13
1·4MATLAB及其在圖像處理中的應(yīng)用14
1·4·1MATLAB的特點(diǎn)14
1·4·2MATLAB的界面環(huán)境15
1·4·3M文件的編輯調(diào)試環(huán)境16
1·4·4MATLAB圖像處理應(yīng)用舉例19
習(xí)題與思考題23
第2章數(shù)字圖像變換技術(shù)24
2·1圖像的正交變換24
2·1·1離散傅里葉變換24
2·1·2離散余弦變換33
2·1·3小波變換簡(jiǎn)介35
2·2圖像的幾何變換41
2·2·1幾何變換基礎(chǔ)41
2·2·2圖像平移變換43
2·2·3圖像鏡像變換45
2·2·4圖像旋轉(zhuǎn)變換49
2·2·5圖像比例縮放變換51
2·2·6圖像復(fù)合變換55
習(xí)題與思考題57
第3章圖像增強(qiáng)及去噪技術(shù)58
3·1圖像的灰度增強(qiáng)58
3·1·1圖像灰度變換58
3·1·2直方圖修正62
3·2空間域圖像去噪技術(shù)68
3·2·1鄰域平均法69
3·2·2中值濾波器72
3·2·3多圖像平均法75
3·3頻率域圖像增強(qiáng)76
3·3·1頻率域低通濾波76
3·3·2頻率域高通濾波79
3·4形態(tài)學(xué)濾波去噪技術(shù)81
3·4·1基本符號(hào)和定義81
3·4·2二值形態(tài)學(xué)圖像處理83
3·4·3灰度形態(tài)學(xué)圖像處理90
3·4·4形態(tài)學(xué)濾波94
3·5偽彩色增強(qiáng)96
3·5·1灰度分層法偽彩色處理97
3·5·2灰度變換法偽彩色處理98
習(xí)題與思考題100
第4章圖像分割與特征分析101
4·1閾值分割101
4·1·1灰度閾值分割101
4·1·2直方圖閾值分割103
4·1·3最大熵閾值分割105
4·2區(qū)域分割108
4·2·1區(qū)域生長(zhǎng)法108
4·2·2分裂-合并法110
4·3邊緣檢測(cè)113
4·3·1梯度算子114
4·3·2一階微分算子115
4·3·3二階微分算子116
4·4Hough變換120
4·4·1Hough變換原理120
4·4·2應(yīng)用Hough變換檢測(cè)空間
曲線121
4·5幾何及形狀特征分析124
4·5·1鏈碼124
4·5·2幾何特征的描述125
4·5·3形狀特征的描述127
4·5·4不變矩129
4·6紋理特征分析132
4·6·1自相關(guān)函數(shù)133
4·6·2灰度共生矩陣法133
4·6·3頻譜法138
4·7標(biāo)記與拓?fù)涿枋龇?39
4·7·1標(biāo)記139
4·7·2拓?fù)涿枋龇?39
4·8圖像配準(zhǔn)方法簡(jiǎn)介140
習(xí)題與思考題142
第5章數(shù)字視頻及壓縮編碼技術(shù)143
5·1數(shù)字視頻的幾個(gè)概念143
5·1·1模擬視頻與數(shù)字視頻143
5·1·2數(shù)字視頻的特點(diǎn)143
5·1·3數(shù)字視頻的采樣格式144
5·1·4常用視頻文件格式144
5·1·5數(shù)字視頻常用處理技術(shù)145
5·2視頻檢測(cè)技術(shù)146
5·2·1幀間差分法146
5·2·2背景差值法147
5·3視頻壓縮編碼技術(shù)基礎(chǔ)148
5·3·1視頻壓縮編碼的必要性和可能性148
5·3·2壓縮編碼的主要性能指標(biāo)149
5·3·3壓縮編碼的分類150
5·4熵編碼151
5·4·1哈夫曼編碼152
5·4·2香農(nóng)-范諾編碼154
5·4·3算術(shù)編碼155
5·5變換編碼158
習(xí)題與思考題162
第6章數(shù)字圖像處理實(shí)例分析163
6·1紅外圖像識(shí)別技術(shù)163
6·1·1飛機(jī)紅外圖像分割163
6·1·2飛機(jī)紅外圖像特征提取166
6·1·3飛機(jī)紅外圖像識(shí)別169
6·2可視密碼共享技術(shù)171
6·2·1拉格朗日插值算法172
6·2·2實(shí)現(xiàn)可視密碼共享的步驟173
6·2·3(3,4)門限的可視密碼共享
實(shí)例分析174
6·3數(shù)字圖像置亂技術(shù)研究176
6·3·1圖像置亂原理177
6·3·2Arnold變換及應(yīng)用178
6·3·3Arnold反變換及圖像恢復(fù)180
6·4印刷電路板缺陷檢測(cè)技術(shù)182
6·4·1印刷電路板主要缺陷及檢測(cè)方法183
6·4·2印刷電路板圖像的預(yù)處理183
6·4·3印刷電路板圖像的配準(zhǔn)184
6·4·4印刷電路板缺陷的識(shí)別與
缺陷類型的判斷186
6·5圖像拼接技術(shù)研究189
6·5·1圖像拼接流程189
6·5·2SIFT描述子的提取191
6·5·3SIFT特征向量的配準(zhǔn)202
6·5·4圖像融合206
習(xí)題與思考題210
第7章數(shù)字圖像處理軟件設(shè)計(jì)212
7·1圖形用戶界面設(shè)計(jì)212
7·1·1控件對(duì)象的創(chuàng)建及其類型212
7·1·2控件對(duì)象的屬性217
7·2菜單及快捷鍵的設(shè)計(jì)219
7·2·1菜單的設(shè)計(jì)219
7·2·2工具欄快捷鍵的添加222
7·3軟件設(shè)計(jì)技術(shù)分析224
7·3·1軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)224
7·3·2編譯為·exe文件231
習(xí)題與思考題232
第8章數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)233
8·1數(shù)字圖像處理基本操作233
8·2圖像增強(qiáng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)237
8·3圖像變換實(shí)驗(yàn)241
8·4圖像分割實(shí)驗(yàn)244
8·5圖像壓縮編碼實(shí)驗(yàn)248
8·6圖像特征提取實(shí)驗(yàn)251
附錄MATLAB圖像處理工具箱函數(shù)255
參考文獻(xiàn)261