數字圖像處理基礎

《數字圖像處理基礎》全面、系統地介紹了數字圖像處理的基礎理論及基本技術。全書共分10章，包括緒論，圖像、圖像系統與視覺系統，圖像處理中的正交變換，圖像增強，圖像編碼，圖像復原，圖像重建，圖像分析，數學形態學原理，模式識別的理論和方法。在每章結尾都附有思考題，供教學或自學練習。同時提供作者編制的數字圖像處理實驗軟件以及相應的MATLAB及C語言程序。為方便教學，還提供了相應的電子教案。

阮秋琦，教授、博士生導師、信息科學研究所所長、部級重點實驗室主任。長期從事信號與信息處理領域的教學和科研工作。曾獲北京市優秀教師稱號、國家級有突出貢獻的中青年專家稱號、詹天佑北方交通大學獎、茅以升科技獎，詹天佑科技人才獎並享受國家政府津貼。其科研成果曾獲國家教委科技進步二等獎、鐵道部科技進步二等獎及八項校級學術成果獎。著作曾獲鐵道部優秀教材二等獎。學術兼職有：國務院學位委員會學科評議組成員、IEEE高級會員、中國通信學會理事、中國人工智能學會常務理事、中國電子學會高級會員、北京圖像圖形學學會常務理事、中國圖像圖形學學會鐵道專業委員會主任委員、北京研究生教育研究會主任委員等 ^[1]  。

第1章數字圖像1

1.1圖像編程1

1.2圖像獲取3

1.2.1針孔照相機模型3

1.2.2薄透鏡4

1.2.3數字化5

1.2.4圖像尺寸與分辨率6

1.2.5圖像座標系統6

1.2.6像素值7

1.3圖像文件格式9

1.3.1光柵和矢量數據9

1.3.2TIFF文件格式10

1.3.3GIF文件格式10

1.3.4PNG文件格式11

1.3.5JPEG文件格式11

1.3.6BMP文件格式14

1.3.7PBM文件格式14

1.3.8其他文件格式15

1.3.9位與字節15

1.4練習題17

第2章ImageJ18

2.1圖像操作與處理18

2.2ImageJ綜述19

2.2.1關鍵特徵20

2.2.2交互式工具20

2.2.3ImageJ插件20

2.2.4第一個示例: 圖像取反21

2.3ImageJ與Java的其他信息24

2.3.1ImageJ的資源24

2.3.2用Java編程24

2.4練習題24

第3章直方圖26

3.1何謂直方圖26

3.2理解直方圖28

3.2.1圖像獲取28

3.2.2圖像缺陷29

3.3直方圖計算32

3.4多於8位圖像的直方圖34

3.4.1像素組合34

3.4.2示例34

3.4.3實現34

3.5彩色圖像直方圖35

3.5.1強度直方圖36

3.5.2單個顏色通道直方圖36

3.5.3組合顏色直方圖37

3.6累積直方圖37

3.7練習題38

第4章點運算40

4.1圖像強度修正40

4.1.1對比度與亮度40

4.1.2利用設定門限限制結果值41

4.1.3圖像求反41

4.1.4閾值操作42

4.2點運算與直方圖43

4.3自動對比度調整43

4.4修正的自動對比度調整45

4.5直方圖均衡化46

4.6直方圖規範化49

4.6.1頻率與概率49

4.6.2直方圖規範化的原理50

4.6.3調整為分段線性分佈50

4.6.4調整為給定直方圖（直方圖匹配）52

4.6.5示例55

4.7Gamma校正57

4.7.1為什麼是Gamma57

4.7.2Gamma函數58

4.7.3真實Gamma值59

4.7.4Gamma校正應用59

4.7.5實現60

4.7.6修正Gamma校正61

4.8ImageJ中的點運算63

4.8.1利用查找表進行點運算63

4.8.2算術運算64

4.8.3包含多幅圖像的點運算64

4.8.4兩幅圖像進行點運算的方法65

4.8.5多幅圖像的ImageJ插件65

4.9練習題68

第5章濾波器70

5.1何謂濾波器70

5.2線性濾波器71

5.2.1濾波矩陣72

5.2.2應用濾波器72

5.2.3計算濾波器算子73

5.2.4濾波器插件示例74

5.2.5整數係數76

5.2.6任意尺寸的濾波器77

5.2.7線性濾波器的類型78

5.3線性濾波器的性質80

5.3.1線性卷積80

5.3.2線性卷積的性質81

5.3.3線性濾波的可分離性82

5.3.4濾波器的脈衝響應83

5.4非線性濾波器85

5.4.1最小值與最大值濾波85

5.4.2中值濾波86

5.4.3加權中值濾波器89

5.4.4其他非線性濾波器90

5.5濾波器的實現90

5.5.1濾波程序的效率90

5.5.2圖像邊界的處理91

5.5.3調試濾波器程序92

5.6ImageJ的濾波運算92

5.6.1線性濾波器92

5.6.2高斯濾波器93

5.6.3非線性濾波器93

5.7練習題94

第6章邊緣與輪廓96

6.1邊緣是怎麼來的96

6.2基於梯度的邊緣檢測97

6.2.1偏導數與梯度97

6.2.2導數濾波器98

6.3邊緣檢測算子99

6.3.1Prewitt算子與Sobel算子99

6.3.2Roberts算子101

6.3.3羅盤算子102

6.3.4ImageJ的邊緣檢測算子104

6.4其他邊緣檢測算子104

6.4.1基於二階導數的邊緣檢測104

6.4.2不同尺度下的邊緣105

6.4.3Canny算子105

6.5從邊緣到輪廓107

6.5.1輪廓跟蹤107

6.5.2邊緣圖107

6.6邊緣鋭化107

6.6.1邊緣鋭化與拉普拉斯濾波器108

6.6.2USM鋭化110

6.7練習題114

第7章形態學濾波器115

7.1收縮與放大115

7.1.1像素的鄰域116

7.2基本的形態學運算117

7.2.1結構元素117

7.2.2點集117

7.2.3膨脹118

7.2.4腐蝕118

7.2.5膨脹與腐蝕的性質119

7.2.6設計形態學濾波器121

7.2.7應用舉例: 輪廓123

7.3複合運算125

7.3.1開運算125

7.3.2閉運算125

7.3.3開運算和閉運算的性質125

7.4灰度形態學125

7.4.1結構元素126

7.4.2膨脹與腐蝕126

7.4.3灰度開運算與閉運算128

7.5實現形態學濾波器130

7.5.1ImageJ中的二值圖像130

7.5.2膨脹與腐蝕130

7.5.3開運算與閉運算131

7.5.4Outline函數132

7.5.5ImageJ中的形態學運算ImageProcessor類132

7.6練習題134

第8章彩色圖像135

8.1RGB彩色圖像135

8.1.1彩色圖像的組織結構137

8.1.2ImageJ中的彩色圖像138

8.2顏色空間與顏色轉換149

8.2.1轉換為灰度圖像149

8.2.2彩色圖像的去飽和151

8.2.3HSV/HSB與HLS彩色空間153

8.2.4電視顏色空間: YUV、YIQ與YCbCr163

8.2.5用於印刷的顏色空間: CMY與CMYK165

8.3彩色圖像的統計分析169

8.3.1一幅圖像中有多少種顏色169

8.3.2顏色直方圖170

8.4練習題172

附錄A數學記號174

A.1符號174

A.2集合算子175

A.3算法複雜度和O記號175

附錄BJava摘記177

B.1算術運算177

B.1.1整數除法177

B.1.2求模算子178

B.1.3無符號字節型179

B.1.4數學函數（Math類）180

B.1.5舍入181

B.1.6反正切函數181

B.1.7Float和Double（類）181

B.2數組和集合182

B.2.1創建數組182

B.2.2數組大小182

B.2.3訪問數組元素183

B.2.4二維數組183

B.2.5克隆數組184

B.2.6對象數組與排序185

B.2.7集合體（Collection）186

參考文獻188 ^[1-2]