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1.1 引言1

第1章 绪论1

1.2　数字图像概述2

1.2.1 图像和数字图像2

1.2.2　图像技术和图像工程4

1.3　数字图像处理的重要性5

1.4　数字图像处理的应用领域5

1.5　数字图像处理的基本步骤9

1.6.1 图像处理和分析系统11

1.6.2　图像的采集11

1.6　数字图像处理系统11

1.6.3　图像的显示13

1.6.4　图像的存储13

1.6.5 图像通信14

1.6.6　图像处理和分析14

小结14

练习一15

一、选择题15

二、思考题15

三、上机题15

2.1.1　人眼成像16

2.1　人眼视觉和色彩空间16

第2章　数字图像基础16

2.1.2　亮度适应和区分17

2.1.3　颜色基础19

2.1.4　色彩空间19

2.2　数字图像文件的存储格式21

2.2.1　BMP格式的图像文件21

2.2.2　TIFF格式的图像文件22

2.2.3　GIF格式的图像文件22

2.2.4　JPEG格式的图像文件23

2.2.5　TGA格式的图像文件23

2.2.6　PCX格式的图像文件24

2.3　数字图像表示26

2.4　空间和灰度级分辨率27

2.5　放大和收缩数字图像30

2.6　像素间的基本关系31

2.6.1　像素的邻域31

2.6.2　像素的连通性32

2.6.3　距离量度33

2.7　算术和逻辑运算34

2.7.1　算术运算34

2.7.2　逻辑运算37

2.8　坐标变换38

小结39

练习二40

一、选择题40

二、思考题40

三、上机题40

第3章　线性系统41

3.1 引言41

3.2.1 调谐信号43

3.2.2　对调谐输入的响应43

3.2　调谐信号与复信号43

3.2.3　调谐信号与正弦性信号44

3.2.4　传递函数45

3.3 卷积45

3.3.1　卷积的由来45

3.3.2　一维卷积46

3.3.3　离散一维卷积48

3.3.4　二维卷积49

3.3.5　离散二维卷积50

3.4.1 矩形脉冲52

3.4.2 三角脉冲52

3.3.6　卷积的应用52

3.4　一些有用函数52

3.4.3　高斯脉冲53

3.4.4 冲激函数54

3.4.5 阶跃函数56

3.5　卷积滤波57

3.5.1 平滑57

3.5.2　边缘增强58

小结58

练习三59

一、选择题59

三、上机题60

二、思考题60

第4章　傅立叶变换61

4.1 傅立叶变换的概念61

4.1.1　连续傅立叶变换62

4.1.2　傅立叶变换的存在性63

4.1.3　傅立叶级数的展开64

4.1.4　离散傅立叶变换65

4.1.5　快速傅立叶变换（FFT）66

4.1.6　一些常用的傅立叶变换67

4.2　傅立叶变换的性质67

4.2.1 对称性67

4.2.2　加法定理69

4.2.4 卷积定理70

4.2.3　位移定理70

4.2.5　相似性定理71

4.2.6　Rayleigh定理72

4.3　线性系统和傅立叶变换73

4.3.1　线性系统术语73

4.3.2　线性系统辨识74

4.3.3 正弦型分解76

4.4　二维傅立叶变换79

4.4.1 二维傅立叶变换的定义79

4.3.4 复频率79

4.4.2 二维离散傅立叶变换（DFT）80

4.4.3　二维傅立叶变换的矩阵表示81

4.4.4　二维傅立叶变换的性质81

4.4.5　圆对称和Hankel变换84

4.5　相关性和能量谱概念86

4.5.1 互相关86

4.5.2 自相关86

4.5.3　能量谱（功率谱）87

4.6　傅立叶变换性质总结87

小结88

三、上机题89

二、思考题89

练习四89

一、选择题89

第5章　采样数据处理90

5.1 预备知识90

5.2　采样和插值92

5.2.1 使用Shah函数采样及其频谱92

5.2.2　采样定理93

5.2.3　欠采样与混叠效应94

5.2.4 内插95

5.2.5　采样与欠采样分析95

5.3.2　频域上截取97

5.3 频谱计算97

5.3.1 时域中截取97

5.3.3 频谱计算98

5.4　混叠98

5.4.1　混叠的不可避免性98

5.4.2　混叠误差的上界99

5.4.3　频谱分辨率99

5.5　截取100

5.6　数字处理简介101

小结103

5.7　混叠误差的控制103

练习五104

一、选择题104

二、思考题104

三、上机题104

第6章　离散图像变换105

6.1 线性变换105

6.1.1　一维离散线性变换105

6.1.2　酉变换106

6.1.3　二维离散线性变换107

6.2.2　基图像108

6.2.1 基函数108

6.2　基函数和基图像108

6.3　正弦型变换和方波型变换109

6.3.1 正弦型变换109

6.3.2　方波型变换110

6.4　基于特征向量的变换113

6.4.1 特征分析113

6.4.2　主分量分析（PCA）113

6.4.3　卡胡南－列夫变换（K-L变换）的应用115

6.5　变换域滤波119

6.5.1　边、线和点的检测119

一、选择题120

练习六120

6.5.2　滤波器设计120

小结120

二、思考题121

三、上机题121

第7章　滤波器设计122

7.1　低通滤波器122

7.1.1　常用低通滤波器122

7.1.2　空间域123

7.2.1 理想的带通滤波器124

7.2 带通或带阻滤波器124

7.1.4 高频截止124

7.1.3　频域124

7.2.2　理想带阻滤波器125

7.2.3 通用带通滤波器126

7.3　高频增强滤波器126

7.3.1　高斯差分（DOG）滤波器127

7.3.2　设计高通滤波器的经验规则128

7.4　最优线性滤波器设计129

7.4.1 随机变量131

7.4.2　维纳滤波器131

7.4.3　维纳滤波器举例135

7.4.4 匹配检测器（Matched Detector）138

7.4.5 匹配检测器举例141

7.4.6 通过求平均值降噪142

7.4.7　一个实例（血管造影术）143

7.5　排序统计滤波器145

7.5.1 中值滤波器145

7.5.2　滤波模板因子146

7.5.3　其他排序统计滤波器——第X百分点的滤波器146

小结146

二、思考题147

三、上机题147

练习七147

一、选择题147

第8章　小波分析149

8.1 引言149

8.2　傅立叶变换的局限性150

8.3　连续Wavelet变换152

8.4　离散小波变换153

8.5　多分辨率分析154

8.5.1　多分辨率分析154

8.5.2　Mallat塔式算法155

8.5.3　图像的小波特性157

8.6 维小波变换160

8.7　小波变换的应用161

小结161

练习八162

一、选择题162

二、思考题162

三、上机题162

9.1　灰度直方图163

9.1.1　灰度直方图的概念163

第9章　图像的灰度直方图及基本运算163

9.1.2　二维直方图165

9.1.3　直方图的性质165

9.2　直方图的用途165

9.2.1　数字化参数165

9.2.2　图像二值化边界阈值选择165

9.2.3　综合光密度166

9.3　点运算167

9.3.1　点运算的应用167

9.3.2　点运算的种类168

9.4　点运算和直方图169

9.5.1　直方图均衡化170

9.5　点运算的应用170

9.5.2　直方图匹配173

小结173

练习九173

一、选择题173

二、思考题173

三、上机题174

第10章　图像分割175

10.1 图像的不连续性的检测175

10.1.1 点检测176

10.1.2　线条检测177

10.1.3　边缘检测178

10.1.4　组合检测184

10.2　边缘连接和边界检测187

10.2.1 局部处理187

10.2.2　运用Hough变换进行全局处理188

10.2.3　运用图论技术进行全局处理190

10.3 阈值处理192

10.3.1 基础193

10.3.2　简单的全局阈值194

10.3.3　基本自适应阈值195

10.3.4　最佳全局阈值和自适应阈值195

10.3.5　利用边界特性改进直方图和局部阈值处理197

10.4　基于区域的分割198

10.4.1　基本公式198

10.3.6　基于不同变量的阈值198

10.4.2　区域生长199

10.4.3　区域分裂与合并200

10.5　基于形态学分水岭的分割201

10.5.1 基本概念202

10.5.2　水坝构造203

10.5.3　分水岭分割算法204

10.5.4　应用标记206

10.6.1　空域分割技术207

10.6 运动在图像分割中的运用207

10.6.2　频域技术211

小结214

练习十214

一、选择题214

二、思考题215

三、上机题216

第11章　基于形态学的图像处理217

11.1　基本概念217

11.1.1　集合论的几个基本概念217

11.2.1 膨胀219

11.1.2　二值图像的逻辑运算219

11.2　膨胀与腐蚀219

11.2.2　腐蚀220

11.2.3　膨胀与腐蚀的对偶性221

11.3 开启与闭合222

11.3.1 开启222

11.3.2　闭合223

11.5　几个基本的形态学算法225

11.5.1　连接约定方式225

11.4　击中与击不中变换225

11.3.3　开启与闭合的对偶性225

11.5.2　对象标注227

11.5.3　边界提取228

11.5.4　区域填充229

11.5.5　细化230

11.5.6　粗化230

11.5.7　抽骨架231

11.6　灰度图像扩展232

小结232

练习十一232

一、选择题232

三、上机题233

二、思考题233

第12章 图像压缩技术简介234

12.1 绪论234

12.1.1　数据的压缩234

12.1.2　数据压缩的必要性234

12.1.3 压缩的条件235

12.1.4　数据冗余235

12.1.5　数据压缩的标准和应用236

12.2　数据压缩算法237

12.3　无损压缩技术237

12.3.2　统计编码方法（不定长编码）238

12.3.1　基于字典的技术（定长编码）238

12.4　有损压缩技术240

12.4.1　标量量化（对应矢量量化）240

12.4.2　率失真函数理论240

小结241

练习十二241

一、选择题241

二、思考题241

三、上机题241

第13章　彩色图像处理242

13.1 人眼视觉原理及彩色基础242

13.2　彩色模型和彩色坐标转换244

13.2.1　XYZ计色体系245

13.2.2　UCS均匀色标体系246

13.2.3　RGB彩色模型246

13.2.4　CMY、CMYK彩色模型249

13.2.5　HSI模型250

13.2.6　RGB到HSI彩色模型的转换252

13.2.7　HSI到RGB彩色模型的转换252

13.3　彩色变换253

13.3.1 公式253

13.3.2　补色255

13.3.3　彩色分层256

13.3.4 彩色平衡257

13.3.5　直方图处理258

13.4　平滑和锐化259

13.4.1　彩色图像的平滑259

13.4.2　彩色图像锐化260

13.5　彩色分割261

13.5.1　HSI彩色空间分割261

13.5.2　RGB彩色空间分割262

13.5.3　彩色图像的边缘检测264

13.6.1　伪彩色处理267

13.6　伪彩色和假彩色处理267

1 3.6.2　假彩色处理268

13.7　彩色图像的噪声268

13.8　彩色图像的压缩270

小结270

练习十三271

一、选择题271

二、思考题271

三、上机题272

14.1　模式识别和模式的概念273

第14章　模式识别初步273

14.2　模式识别系统274

14.3　关于模式识别的一些基本问题275

14.4　模式识别简介277

14.4.1　简介277

14.4.2　特征选择278

小结280

练习十四281

一、选择题281

二、思考题281

三、上机题281

参考文献282