圖像工程·上冊：圖像處理（第4版） epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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編輯推薦

　　圖像工程由清華大學章毓晉教授編著，是圖像領域必讀經典，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），全麵涵蓋基本概念、基本原理、典型方法、實用技術以及國際上有關研究的新成果。第1版獲全國普通高等學校優秀教材一等奬；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”普通高等教育本科國傢級規劃教材，2013年北京高等教育精品教材。

內容簡介

　　本書為《圖像工程》第4版的上冊，主要介紹圖像工程的第1層次——圖像處理的基本概念、基本原理、典型方法、實用技術以及國際上有關研究的新成果。
　　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，其中第2章介紹基於像素點操作的空域增強技術，第3章介紹基於模闆操作的空域增強技術，第4章介紹頻域增強技術。第2單元（包含第5~8章）介紹圖像恢復技術，其中第5章介紹圖像消噪和恢復技術，第6章介紹圖像校正和修補技術，第7章介紹圖像去霧及評價技術，第8章介紹圖像投影重建技術。第3單元（包含第9~11章）介紹圖像編碼技術，其中第9章介紹圖像編碼基礎，第10章介紹變換編碼技術，第11章介紹其他編碼技術。第4單元（包含第12~15章）介紹拓展圖像技術，其中第12章介紹圖像信息安全技術，第13章介紹彩色圖像處理技術，第14章介紹視頻圖像處理技術，第15章介紹多尺度圖像處理技術。書中的附錄介紹瞭圖像方麵的一些國際標準，主要與第3單元相關。書中還提供瞭大量例題、思考題和練習題，並對部分練習題提供瞭解答。書末還給齣瞭主題索引。
　　本書可作為信號與信息處理、通信與信息係統、電子與通信工程、模式識彆與智能係統、計算機視覺等學科的大學本科和研究生專業基礎課教材，也可供信息與通信工程、電子科學與技術、計算機科學與技術、測控技術與儀器、機器人自動化、生物醫學工程、光學、電子醫療設備研製、遙感、測繪和軍事偵察等領域的科技工作者參考。

目錄

第1章緒論
1.1圖像
1.1.1圖像錶示和顯示
1.1.2空間分辨率和幅度分辨率
1.1.3圖像質量
1.2圖像工程簡介
1.2.1圖像技術和圖像工程
1.2.2圖像工程的3個層次
1.2.3圖像工程相關學科和領域
1.2.4圖像工程的技術應用
1.2.5圖像工程文獻統計分類
1.3圖像處理係統
1.3.1係統構成框圖
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內容框架和特點
總結和復習
第1單元圖 像 增 強
第2章空域增強： 點操作
2.1圖像坐標變換
2.1.1基本坐標變換
2.1.2坐標變換擴展
2.2圖像間運算
2.2.1算術和邏輯運算
2.2.2圖像間算術運算的應用
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直方圖規定化
總結和復習
第3章空域增強： 模闆操作
3.1像素間聯係
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模闆運算
3.3綫性濾波
3.3.1綫性平滑濾波
3.3.2綫性銳化濾波
3.4非綫性濾波
3.4.1非綫性平滑濾波
3.4.2非綫性銳化濾波
3.4.3綫性和非綫性混閤濾波
3.5局部增強
總結和復習
第4章頻域圖像增強
4.1頻域技術原理
4.2傅裏葉變換
4.2.12�睤傅裏葉變換
4.2.2傅裏葉變換定理
4.2.3快速傅裏葉變換
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同態濾波
4.5.1亮度成像模型
4.5.2同態濾波增強
總結和復習
第2單元圖 像 恢 復
第5章圖像消噪和恢復
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
5.2.3均值類濾波器
5.2.4排序類統計濾波器
5.2.5選擇性濾波器
5.3無約束恢復
5.3.1無約束恢復公式
5.3.2逆濾波
5.4有約束恢復
5.4.1有約束恢復公式
5.4.2維納濾波器
5.4.3有約束最小平方恢復
5.5交互式恢復
總結和復習
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變換間的聯係
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
6.3.1圖像修補原理
6.3.2全變分模型
6.3.3混閤模型
6.4區域填充
6.4.1基於樣本的方法
6.4.2結閤稀疏錶達的方法
總結和復習
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
7.1.3透射率估計
7.1.4大氣光區域確定
7.1.5大氣光值校正
7.1.6濃霧圖像去霧
7.2改善失真的綜閤算法
7.2.1改進算法流程
7.2.2T空間轉換
7.2.3透射率空間的大氣散射圖
7.2.4天空區域檢測
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基於視覺感知的評價
7.3.3主客觀結閤的評價實例
總結和復習
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傅裏葉反變換重建
8.4逆投影重建
8.4.1逆投影重建原理
8.4.2捲積逆投影重建
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代數重建技術
8.5.3最大似然�滄佘篤諭�重建算法
8.6綜閤重建方法
總結和復習
第3單元圖 像 編 碼
第9章圖像編碼基礎
9.1圖像壓縮原理
9.1.1數據冗餘
9.1.2圖像編解碼
9.1.3圖像保真度和質量
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位平麵編碼
9.3.1位平麵的分解
9.3.2位平麵的編碼
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�蔔ㄅ當嗦�
9.4.4算術編碼

精彩書摘

　　第5章圖像消噪和恢復
　　從本章開始介紹圖像恢復，也稱圖像復原。圖像恢復作為圖像處理中的一大類技術，與第2~4章介紹的圖像增強有密切的聯係。圖像恢復與圖像增強有相似的處理目標，都是要改善輸入圖像的視覺質量。它們的主要不同之處在於所采取的技術路綫和手段。圖像增強技術一般從獲得較好的視覺結果齣發，藉助一些人類視覺係統的特性以取得較主觀的視覺質量改善； 而圖像恢復技術則認為輸入圖像本來應有較好的質量，但在采集或加工的過程中受到某些影響而品質退化或失真瞭，現在需要根據相應的退化模型和先驗知識來重建或恢復原始的圖像。換句話說，圖像恢復技術是要將圖像退化的過程模型化，並根據圖像退化模型來進行復原。例如，噪聲是一種常見的圖像退化因素，若能對噪聲建模，就可設計相應的濾波器來進行濾除。
　　在模型給定的條件下，圖像恢復技術可以分為無約束恢復和有約束恢復兩大類。無約束恢復的方法僅將圖像看作一個數字矩陣，沒有考慮恢復後圖像應受到的物理約束，隻從數學角度進行處理。有約束恢復的方法則還考慮到恢復後的圖像應該受到一定的物理約束，如在空間上比較平滑、其灰度值為正等，相對來說使用瞭更多的先驗知識。另一方麵，圖像恢復技術根據是否需要外來乾預還可分為自動和交互的兩大類。
　　根據上述的討論，本章各節將如下安排。
　　5.1節介紹一些圖像退化的原因和示例，討論一種基本的和通用的圖像退化模型以及其基本性質，還給齣一種非綫性退化模型。
　　5.2節先分析一些典型噪聲的來源和特點並給齣它們的概率密度函數，然後介紹用於消除噪聲的各類濾波器。
　　5.3節介紹無約束恢復的基本原理，並著重討論一種逆濾波技術及其快速計算。
　　5.4節介紹有約束恢復的基本原理和兩種技術： 維納濾波恢復和有約束最小平方恢復。
　　5.5節介紹如何使用人機交互的方法來提高圖像恢復工作的靈活性和效率。
　　5.1圖像退化及模型
　　圖像退化是指由場景得到的圖像沒能完全地反映場景的真實內容，産生瞭失真等問題。有許多方式可以采集和獲得圖像，也有很多原因可以導緻圖像退化［J�|hne 1997］。為消除失真，就需要根據原因建立退化模型從而進行對應的圖像恢復。
　　5.1.1圖像退化示例
　　最常見的圖像退化是噪聲和模糊。在圖像采集過程中産生的退化常被稱為模糊，它對目標的頻譜寬度有限製作用。在圖像記錄過程中産生的退化常被稱為噪聲，它可來源於測量誤差、記數誤差等。模糊，用頻率分析的語言來說是高頻分量受到抑製或被消除的結果或過程。一般模糊是一個確定的(deterministic)過程，在多數情況下，人們有一個足夠準確的數學模型來描述它。另一方麵，噪聲是一個隨機的統計過程，所以噪聲對一個特定圖像的影響常是不確定的。在很多情況下，人們最多僅對這個過程的統計特性有一定的先驗知識［Bertero 1998］。
　　錶5.1.1給齣一些常見典型圖像退化類型及其簡要介紹和描述。
　　錶5.1.1不同種類圖像退化的概況(按拼音順序排列)
　　名稱/原因
　　描述/特性
　　成像模糊
　　由於鏡頭的孔徑衍射導緻原本比較清晰的圖案尺寸變大，且邊緣變得不清晰
　　傳輸誤差
　　在圖像傳輸中齣現的單個比特翻轉，導緻在圖像中隨機分布的虛假灰度
　　沿視頻綫的傳輸誤差也可導緻圖像由於反射而産生乾擾模式
　　非綫性響應
　　由於傳感器的響應不是輸入光強的綫性函數，從而導緻兩者不能總成比例。例如攝影膠片的光敏特性是根據膠片上留下的銀密度為曝光量的對數函數來錶示的，光敏特性除中段基本綫性外，兩端都是麯綫。這樣，原本景物上綫性變化的亮度在膠片上變得不綫性瞭
　　固定/運動模式
　　由於電磁乾擾或傳感器單元響應的不一緻性而導緻的有規律的模式。例如，幀緩存的同步電路沒有調節好或鎖相環錯誤導緻的行抖動，它引起在每行開始處的隨機波動從而産生位置誤差。圖像中固定模式變化的另一個來源是傳感器中的暗電流或敏感度的變化
　　迴聲
　　在損壞的或未正確設計的視頻綫上所産生的反射
　　鏡頭像差/色差
　　對給定光學係統的清晰程度的固有限製，常在圖像中邊緣處有明顯的增加。鏡頭像差/色差能使成像産生模糊或成像形狀扭麯，或齣現與原物不同的顔色。這是光學係統的一種固有缺陷，它限製瞭由攝像機所拍攝得到的圖像的分辨銳度(sharpness)。
　　多數像差隨著與景物及光學軸的距離的增加而很快增加，並不具有移不變性質，所以不能使用位置獨立的點擴散函數(PSF)或光學轉移函數(OTF)來描述。不過，像差隨圖像空間中位置的變化緩慢且連續。所以，隻要所導緻的模糊限製在像差可認為是常數的區域，則仍可以用綫性移不變係統的理論來處理。這裏的唯一區彆就是PSF和OTF都是隨著位置變化的
　　失焦
　　由於光學係統沒有調整好或調整錯誤(mis�瞐djustment)而導緻的各嚮同性的圖像模糊，它也會限製圖像的分辨銳度
　　跳動
　　由於視頻信號的電子不穩定性，導緻圖像綫的起點産生隨機或周期的波動，從而産生對應的位置偏差
　　汙跡/圖像浮散
　　CCD傳感器由於曝光時間太短或對明亮物體曝光時間過長而産生的僞像
　　運動拖尾
　　由於在曝光時段相機或目標相對發生運動所導緻的方嚮性模糊。目標的圖案沿運動方嚮拖長，並産生疊影。在圖像拍攝過程中如果目標運動超過圖像平麵中一個以上像素的距離就會造成運動模糊。使用望遠鏡頭的係統(視場較窄)對這類圖像退化非常敏感
　　噪聲
　　隨機噪聲的疊加導緻隨機性退化。原本隻有目標的圖像疊加瞭許多隨機的亮點和暗點，使目標和背景都受到影響
　　振動/抖動
　　相機係統在曝光時發生周期或隨機的運動，從而導緻所采集圖像的失真。例如，手的抖動或拍攝圖像/視頻時攝像機機械上的不穩定都是常見原因
　　5.1.2圖像退化模型
　　對一些具體的退化過程可以建立一定的模型。下麵給齣幾個示例，參見圖5.1.1，其中每列圖的上圖指示沒有退化時的情況，下圖指示有退化時的情況。
　　……

前言/序言

　　全套書第4版前言
　　這是《圖像工程》第4版，全套書仍分3冊，分彆為《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》。它們全麵介紹圖像工程的基礎概念、基本原理、典型方法、實用技術以及國際上相關內容研究的新成果。
　　《圖像工程》第3版也分3冊，名稱相同。上、中、下冊均在2012年齣版，而2013年齣版瞭《圖像工程》第3版的3冊閤訂本。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、下冊分彆在2006年、2005年和2007年齣版，2007年還齣版瞭《圖像工程》第2版的3冊閤訂本。第2版共重印18次，總計近7萬冊。
　　《圖像工程》第1版也分3冊，名稱分彆為《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）——教學參考及習題解答》。這三冊分彆在1999年、2000年和2002年齣版。第1版共重印27次，總計約11萬冊。
　　《圖像工程》的多次重印錶明作者一直倡導的，為瞭對各種圖像技術進行綜閤研究、集成應用而建立的整體框架——圖像工程——作為一門係統地研究各種圖像理論、技術和應用的新的交叉學科得到瞭廣泛的認可，也在教學中得到大量使用。同時，隨著研究的深入和技術的發展，編寫新版的工作也逐漸提到議事日程上來。
　　第4版的編寫開始於2016年，是年暑假靜心構思瞭全套書的整體框架。其後，根據框架陸續收集瞭一些最新的相關書籍和文獻（包括印刷版和電子版），並仔細進行瞭閱讀和做瞭筆記。這為新版的編寫打下瞭一個堅實的基礎。期間，還結閤以往課堂教學和學生反饋，對一些具體內容（包括習題）進行瞭整理和調整。第4版內容具有一定的深度和廣度，希望讀者通過本套書的學習，能夠獨立地和全麵地瞭解該領域的基本理論、技術、應用和發展。
　　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、係統性、實時性； 在內容敘述上，力求理論概念嚴謹，論證簡明扼要。在內容方麵，第4版基本保留瞭第3版中有代錶性的經典內容，同時考慮到圖像技術的飛速發展，還認真選取瞭近年的一些最新研究成果和得到廣泛使用的典型技術進行充實。這些新內容既參考瞭許多有關文獻，也結閤瞭作者的一些研究工作和成果以及這些年來的教學教案。除每冊書均增加瞭一章全新內容外，還各增加瞭多個節和小節，特彆還增加瞭許多例題，其中有些是介紹一些新的選學內容，有些則從其他的角度來補充解釋已有的概念和方法。這些例題可根據課時安排、學生基礎等選擇使用，比較靈活。總體來說，第4版的內容覆蓋麵更廣，介紹更全麵細緻，整體篇幅比第3版有約20%的增加。
　　第4版在具體結構和章節安排方麵仍然保留瞭上一版的特點：
　　第一，各冊書均從第2章就開始介紹正式內容，更快進入主題。先修或預備內容分彆安排在需要先修部分的同一章前部，從教學角度來說，更加實用，也突齣瞭主綫內容。
　　第二，除第1章緒論外，各冊書的正式內容仍都結閤成4個主題相關的單元（並畫在封麵上），每個單元都有具體說明，幫助選擇學習。全書有較強的係統性和結構性，也有利於復習考核。
　　第三，各章中的習題均隻有少部分給齣瞭解答，使教師可以更靈活地選擇布置。更多的習題和其餘的習題解答將會放在齣版社網站上，便於補充、改進，網址為www.tup.com.cn。
　　第四，各冊書後均仍有主題索引（並給齣瞭英文），這樣既方便在書中查找有關內容，又方便在網上查找有關文獻和解釋。
　　第4版還增加瞭一項新的舉措。書中的彩色圖片印刷後均為黑白的，但可以通過手機掃描圖片旁的二維碼，調齣存放在齣版社網站上的對應彩色圖片，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、學生、自學者等）有過各種形式的討論和交流，除瞭與一些同行麵談外，許多人打來電話或發來電子郵件。這些討論和交流使作者獲得瞭許多寶貴的意見和建議，在編寫這4版中都起到瞭不可或缺的作用，特彆是在解釋和描述的詳略方麵都結閤讀者反饋意見進行瞭調整，從而更加容易理解和學習。值得指齣的是，書中還匯集瞭多年來不少聽課學生的貢獻，許多例題和練習題是在曆屆學生作業和課堂討論的基礎上提煉齣來的，一些圖片還直接由學生幫助製作，在選材上也從學生的反饋中受到許多啓發。藉此機會對他們一並錶示衷心的感謝。
　　書中有相當內容基於作者和他人共同研究的成果，特彆是曆年研究室的學生（按姓名拼音排）： 蔔莎莎、邊輝、蔡偉、陳權崎、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、鬍浩基、黃英、黃翔宇、黃小明、賈波、賈超、賈慧星、薑帆、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、陸誌雲、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）、瀋斌、譚華春、湯達、王樹徽、王宇雄、王誌國、王誌明、王鍾緒、溫宇豪、文熙安（Tristan VINCENT）、吳高洪、吳緯、夏爾雷（Charley PAULUS）、嚮振、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、遊錢皓喆、魚榮珍（EO Young Jin）、俞天利、於信男、袁靜、貟亮、張寜、趙雪梅、鄭胤、周丹、硃施展、硃小青、硃雲峰，博士後高立誌、王懷穎以及進修教師崔京守（CHOI Jeong Swu）、郭紅偉、石俊生、楊衛平、曾萍萍、張貴倉等。第1版、第2版、第3版和第4版采用的圖錶除作者本人製作的外，也包括他們在研究工作中收集和實驗得到的。該書應該說是多人閤作成果的體現。
　　最後，感謝妻子何蕓、女兒章荷銘在各方麵的理解和支持！
　　章毓晉
　　2018年元旦於書房

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