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第1章　数字图像处理概论1

1.1　数字图像处理的产生1

1.2　数字图像处理的基本概念3

1.2.1　图像及其类型3

1.2.2 图像与数字图像4

1.2.3　其他相关概念5

1.2.4　数字图像的获取方法6

1.2.5　数字图像的矩阵表示7

1.3　数字图像的类型8

1.3.1 图像的基本类型8

1.3.2　计算机的彩色表示10

1.4　数字图像处理系统13

1.4.1 图像处理硬件系统13

1.4.2　图像处理软件系统15

1.5　数字图像处理软件开发15

1.5.1　需求分析16

1.5.2　软件设计16

1.5.3　源代码编写17

1.5.4　软件测试17

1.5.5　运行和维护18

1.6　数字图像处理的应用18

1.7　数字图像处理技术的发展方向21

1.8　图像的统计特征23

1.8.1 图像的基本统计分析量23

1.8.2　数字图像的直方图24

1.8.3　多维图像的统计特性24

习题25

第2章　图像数字化26

2.1　图像数字化器26

2.1.1 图像数字化器的功能组件26

2.1.2　图像数字化器的性能27

2.1.3　图像数字化器的类型27

2.2　图像数字化器的组成28

2.3　图像的采样和量化29

2.3.1　采样29

2.3.2　量化30

2.3.3　采样与量化参数的选择31

2.4　常用图像数字化设备32

2.4.1　数字相机32

2.4.2　扫描仪34

2.5　电视摄像机36

2.5.1　摄像机技术发展概况36

2.5.2　摄像机的组成36

2.5.3　摄像机工作原理37

2.5.4　摄像机分辨率指标38

2.6　CCD摄像机39

2.6.1　CCD摄像器件的工作原理39

2.6.2　CCD摄像机类型40

2.7　胶片扫描41

2.7.1　胶片扫描的概念41

2.7.2　常用胶片扫描设备45

2.7.3　胶片扫描的性能指标47

习题47

第3章　数字图像处理的数学基础49

3.1　线性系统49

3.1.1 线性系统49

3.1.2　移不变系统50

3.2　调谐信号分析50

3.2.1　调谐信号50

3.2.2　对调谐信号的响应50

3.2.3　系统传递函数51

3.3　卷积和滤波52

3.3.1　连续卷积52

3.3.2　离散卷积53

3.3.3　滤波53

3.4　相关函数53

3.4.1　相关函数的定义53

3.4.2　相关与卷积的关系54

3.5　二维系统及矩阵运算54

3.5.1　二维线性系统54

3.5.2　二维位置不变线性系统55

3.5.3　二维系统的梯度算子55

3.5.4　常用矩阵运算56

3.6　数字图像的显示特性60

3.6.1　图像的屏幕显示60

3.6.2　显示特性60

3.6.3　数字图像的暂时显示64

3.6.4　数字图像的永久显示65

3.7　灰度直方图67

3.7.1　直方图的定义与性质67

3.7.2　直方图的作用68

3.7.3　直方图与图像的关系69

习题70

第4章　数字图像处理中的基本运算71

4.1　基本运算的类型71

4.2 点运算71

4.2.1　点运算的种类72

4.2.2　点运算与直方图73

4.2.3　点运算的应用74

4.3　代数运算75

4.3.1　代数运算的意义76

4.3.2　加法运算76

4.3.3　减法运算78

4.3.4　乘法运算80

4.3.5 除法运算81

4.4　几何运算81

4.4.1　齐次坐标82

4.4.2　图像平移变换83

4.4.3　图像的比例缩放84

4.4.4　图像镜像变换88

4.4.5　图像旋转变换90

4.4.6　图像复合变换92

4.4.7　控制点变换93

4.4.8　透视变换94

4.4.9　其他变换96

4.5　灰度级插值97

4.5.1 最近邻法97

4.5.2　双线性插值法98

4.5.3　三次内插法99

习题100

第5章　图像变换101

5.1　连续傅里叶变换101

5.1.1　连续函数的傅里叶变换102

5.1.2　傅里叶变换的条件102

5.1.3　典型函数的傅里叶变换103

5.1.4　二维连续傅里叶变换105

5.2　离散傅里叶变换107

5.2.1　一维离散傅里叶变换107

5.2.2　二维离散傅里叶变换109

5.2.3　离散傅里叶变换的性质109

5.3　快速傅里叶变换114

5.3.1　DFT的运算量115

5.3.2　FFT算法原理115

5.3.3　FFT的运算量118

5.4　离散K-L变换119

5.4.1　K-L变换的基本原理119

5.4.2　K-L变换的性质120

5.4.3　K-L变换的逆变换121

5.5　离散余弦变换121

5.5.1 一维DCT变换122

5.5.2 二维DCT变换123

5.5.3　DCT变换的快速算法124

5.5.4　二维DCT的频谱分布125

5.6　离散沃尔什变换125

5.6.1　一维离散沃尔什变换126

5.6.2　二维离散沃尔什变换127

5.6.3　沃尔什变换的频谱分布128

5.7　离散哈达玛变换129

5.7.1　一维离散哈达玛变换129

5.7.2　二维离散哈达玛变换131

5.8　小波变换132

5.8.1　小波变换概述132

5.8.2　连续小波变换133

5.8.3　离散小波变换137

习题137

第6章　图像增强139

6.1 图像噪声139

6.1.1　图像噪声的产生139

6.1.2　图像噪声分类140

6.1.3　图像噪声特点140

6.2　图像增强处理分类141

6.2.1　空域增强法141

6.2.2　频域增强法142

6.2.3　图像增强效果评价142

6.3　直接灰度变换增强法142

6.3.1　线性灰度拉伸143

6.3.2　非线性拉伸145

6.3.3　光学增强146

6.4　基于灰度直方图的图像增强146

6.4.1　基本原理146

6.4.2　直方图均衡化148

6.4.3　直方图规定化151

6.5　代数运算图像增强155

6.5.1　代数运算增强的应用155

6.5.2　图像的比值处理与应用156

6.6　空间域滤波增强158

6.6.1　空域滤波模板158

6.6.2　平滑滤波159

6.6.3　锐化滤波器162

6.7　频域滤波增强164

6.7.1　低通滤波165

6.7.2　高通滤波168

6.7.3　带通和带阻滤波器170

6.8　伪彩色图像处理171

6.8.1　伪彩色增强概述171

6.8.2　密度分割172

6.8.3　灰度级伪彩色变换173

6.8.4　频域滤波174

6.8.5　彩色图像处理175

习题175

第7章　图像复原177

7.1　图像退化机理177

7.1.1　退化原因177

7.1.2　复原机理178

7.2　图像退化的数学模型178

7.2.1　退化模型的一般特性179

7.2.2　连续函数退化模型180

7.2.3　离散退化模型181

7.3　无约束复原184

7.3.1　无约束复原基本原理184

7.3.2　无约束复原的奇异性186

7.4　有约束复原法186

7.4.1　最小二乘类约束复原186

7.4.2　维纳滤波187

7.4.3　功率谱均衡189

7.4.4　几何均值滤波器189

7.5　逆滤波190

7.5.1　逆滤波基本原理190

7.5.2　恢复均匀直线运动引起的模糊192

7.6　其他纠正技术193

7.6.1　几何畸变校正193

7.6.2　盲目图像复原195

7.7　中值滤波195

7.7.1　基本原理195

7.7.2　中值滤波特性197

7.7.3　加权中值滤波198

习题198

第8章　图像编码200

8.1 图像编码的基本原理200

8.1.1　图像中的信息冗余200

8.1.2　图像编码分类202

8.1.3　图像编码新方法203

8.2　图像编码评价204

8.2.1　编码图像的质量204

8.2.2　效率指标205

8.2.3　复杂度与适用范围206

8.3　图像统计编码206

8.3.1　变长最佳编码定理206

8.3.2　霍夫曼编码206

8.3.3　香农-范诺编码211

8.3.4　行程长度编码214

8.3.5　算术编码216

8.4　预测编码218

8.4.1　DPCM的工作原理218

8.4.2　线性预测编码219

8.4.3　非线性预测221

8.5　图像的变换编码221

8.5.1　变换编码的基本原理221

8.5.2　正交变换的物理意义222

8.5.3　变换类型与子块大小的选择223

8.5.4　变换编码的步骤223

8.6　JPEG标准224

8.6.1　JPEG基本系统224

8.6.2　JPEG编码方法225

8.6.3　渐进式DCT方式编码233

8.6.4　JPEG 2000234

8.6.5　JPEG编码实例235

8.7　MPEG标准简介237

8.7.1 MPEG-1237

8.7.2　MPEG-2239

8.7.3　MPEG-4239

习题240

第9章　图像分割与边缘检测242

9.1　图像分割242

9.1.1　图像分割基本原理243

9.1.2　灰度阈值法分割244

9.1.3　区域生长247

9.1.4　区域分离与合并248

9.2　常用边缘检测算子249

9.2.1　边缘的类型250

9.2.2　典型边缘信号251

9.3　边缘检测算子251

9.3.1　罗伯特边缘算子251

9.3.2　索贝尔边缘算子252

9.3.3　普瑞维特边缘算子253

9.3.4　拉普拉斯边缘算子254

9.3.5　凯西边缘算子254

9.4　Marr边缘检测方法255

9.4.1　基本原理256

9.4.2　Marr边缘检测算法257

9.5　轮廓提取258

9.5.1　轮廓跟踪258

9.5.2　二值图像轮廓260

9.6　图像匹配260

9.6.1　模板匹配260

9.6.2　直方图匹配262

9.6.3　形状匹配264

习题264

第10章　图像特征与理解266

10.1　图像的几何特征266

10.1.1　位置与方向266

10.1.2　长轴和短轴267

10.1.3　周长268

10.1.4　面积269

10.1.5　距离270

10.2　形状特征271

10.2.1　矩形度271

10.2.2　宽长比272

10.2.3 圆形度272

10.2.4　球状度273

10.2.5　不变矩274

10.2.6　偏心率275

10.3　形状描述子276

10.3.1　傅里叶描述子276

10.3.2　拓扑描述277

10.3.3　边界链码278

10.3.4　一阶差分链码279

10.3.5 霍夫变换280

10.4　纹理分析281

10.4.1　纹理特征282

10.4.2　统计法283

10.4.3　频谱法284

10.4.4　空间自相关函数法285

10.4.5　联合概率矩阵法285

10.4.6　纹理的句法结构分析法287

10.5 曲线与曲面拟合288

10.5.1 曲线拟合288

10.5.2 曲面拟合290

10.5.3　其他拟合法291

10.6 收缩、变细和骨架化291

10.6.1　连通291

10.6.2　中轴变换292

10.7 网络图像检索技术293

10.7.1　图像检索的概念293

10.7.2　基于文本的图像检索294

10.7.3　基于内容的图像检索295

10.7.4　网络图像检索297

10.7.5　典型的图像检索引擎299

10.7.6　图像检索的研究方向301

习题302

附录A　空域平滑滤波消噪处理程序304

附录B　基于DCT变换的二维图像压缩程序319

参考文献330