图像工程·上册：图像处理（第4版） 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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编辑推荐

　　图像工程由清华大学章毓晋教授编著，是图像领域必读经典，已印刷60多次，20多万册。全套书分为图像处理、分析、理解三个层次（三册），全面涵盖基本概念、基本原理、典型方法、实用技术以及国际上有关研究的新成果。第1版获全国普通高等学校优秀教材一等奖；第2版评为全国普通高等教育“十一五”精品教材；第3版评为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，2013年北京高等教育精品教材。

内容简介

　　本书为《图像工程》第4版的上册，主要介绍图像工程的第1层次——图像处理的基本概念、基本原理、典型方法、实用技术以及国际上有关研究的新成果。
　　本书主要分为4个单元。第1单元（包含第2~4章）介绍图像增强技术，其中第2章介绍基于像素点操作的空域增强技术，第3章介绍基于模板操作的空域增强技术，第4章介绍频域增强技术。第2单元（包含第5~8章）介绍图像恢复技术，其中第5章介绍图像消噪和恢复技术，第6章介绍图像校正和修补技术，第7章介绍图像去雾及评价技术，第8章介绍图像投影重建技术。第3单元（包含第9~11章）介绍图像编码技术，其中第9章介绍图像编码基础，第10章介绍变换编码技术，第11章介绍其他编码技术。第4单元（包含第12~15章）介绍拓展图像技术，其中第12章介绍图像信息安全技术，第13章介绍彩色图像处理技术，第14章介绍视频图像处理技术，第15章介绍多尺度图像处理技术。书中的附录介绍了图像方面的一些国际标准，主要与第3单元相关。书中还提供了大量例题、思考题和练习题，并对部分练习题提供了解答。书末还给出了主题索引。
　　本书可作为信号与信息处理、通信与信息系统、电子与通信工程、模式识别与智能系统、计算机视觉等学科的大学本科和研究生专业基础课教材，也可供信息与通信工程、电子科学与技术、计算机科学与技术、测控技术与仪器、机器人自动化、生物医学工程、光学、电子医疗设备研制、遥感、测绘和军事侦察等领域的科技工作者参考。

目录

第1章绪论
1.1图像
1.1.1图像表示和显示
1.1.2空间分辨率和幅度分辨率
1.1.3图像质量
1.2图像工程简介
1.2.1图像技术和图像工程
1.2.2图像工程的3个层次
1.2.3图像工程相关学科和领域
1.2.4图像工程的技术应用
1.2.5图像工程文献统计分类
1.3图像处理系统
1.3.1系统构成框图
1.3.2图像采集
1.3.3图像显示和打印
1.3.4图像存储
1.3.5图像处理
1.4内容框架和特点
总结和复习
第1单元图 像 增 强
第2章空域增强： 点操作
2.1图像坐标变换
2.1.1基本坐标变换
2.1.2坐标变换扩展
2.2图像间运算
2.2.1算术和逻辑运算
2.2.2图像间算术运算的应用
2.3图像灰度映射
2.3.1灰度映射原理
2.3.2典型灰度映射
2.4直方图变换
2.4.1直方图均衡化
2.4.2直方图规定化
总结和复习
第3章空域增强： 模板操作
3.1像素间联系
3.1.1像素的邻域和邻接
3.1.2像素间的连接和连通
3.1.3像素间的距离
3.2模板运算
3.3线性滤波
3.3.1线性平滑滤波
3.3.2线性锐化滤波
3.4非线性滤波
3.4.1非线性平滑滤波
3.4.2非线性锐化滤波
3.4.3线性和非线性混合滤波
3.5局部增强
总结和复习
第4章频域图像增强
4.1频域技术原理
4.2傅里叶变换
4.2.12�睤傅里叶变换
4.2.2傅里叶变换定理
4.2.3快速傅里叶变换
4.3低通和高通滤波
4.3.1低通滤波
4.3.2高通滤波
4.4带通和带阻滤波
4.5同态滤波
4.5.1亮度成像模型
4.5.2同态滤波增强
总结和复习
第2单元图 像 恢 复
第5章图像消噪和恢复
5.1图像退化及模型
5.1.1图像退化示例
5.1.2图像退化模型
5.2噪声滤除
5.2.1噪声描述
5.2.2噪声概率密度函数
5.2.3均值类滤波器
5.2.4排序类统计滤波器
5.2.5选择性滤波器
5.3无约束恢复
5.3.1无约束恢复公式
5.3.2逆滤波
5.4有约束恢复
5.4.1有约束恢复公式
5.4.2维纳滤波器
5.4.3有约束最小平方恢复
5.5交互式恢复
总结和复习
第6章图像校正和修补
6.1图像仿射变换
6.1.1一般仿射变换
6.1.2特殊仿射变换
6.1.3变换间的联系
6.2几何失真校正
6.2.1空间变换
6.2.2灰度插值
6.3图像修复
6.3.1图像修补原理
6.3.2全变分模型
6.3.3混合模型
6.4区域填充
6.4.1基于样本的方法
6.4.2结合稀疏表达的方法
总结和复习
第7章图像去雾
7.1暗通道先验去雾算法及改进
7.1.1基本方法
7.1.2尺度自适应
7.1.3透射率估计
7.1.4大气光区域确定
7.1.5大气光值校正
7.1.6浓雾图像去雾
7.2改善失真的综合算法
7.2.1改进算法流程
7.2.2T空间转换
7.2.3透射率空间的大气散射图
7.2.4天空区域检测
7.2.5对比度增强
7.3去雾效果评价
7.3.1可见边缘梯度法
7.3.2基于视觉感知的评价
7.3.3主客观结合的评价实例
总结和复习
第8章图像投影重建
8.1投影重建方式
8.1.1透射断层成像
8.1.2发射断层成像
8.1.3反射断层成像
8.1.4电阻抗断层成像
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拉东变换
8.3傅里叶反变换重建
8.4逆投影重建
8.4.1逆投影重建原理
8.4.2卷积逆投影重建
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代数重建技术
8.5.3最大似然�沧畲笃谕�重建算法
8.6综合重建方法
总结和复习
第3单元图 像 编 码
第9章图像编码基础
9.1图像压缩原理
9.1.1数据冗余
9.1.2图像编解码
9.1.3图像保真度和质量
9.2编码定理
9.2.1信息单位和信源描述
9.2.2无失真编码定理
9.2.3率失真编码定理
9.3位平面编码
9.3.1位平面的分解
9.3.2位平面的编码
9.4变长编码
9.4.1哥伦布编码
9.4.2哈夫曼编码
9.4.3香农�卜ㄅ当嗦�
9.4.4算术编码

精彩书摘

　　第5章图像消噪和恢复
　　从本章开始介绍图像恢复，也称图像复原。图像恢复作为图像处理中的一大类技术，与第2~4章介绍的图像增强有密切的联系。图像恢复与图像增强有相似的处理目标，都是要改善输入图像的视觉质量。它们的主要不同之处在于所采取的技术路线和手段。图像增强技术一般从获得较好的视觉结果出发，借助一些人类视觉系统的特性以取得较主观的视觉质量改善； 而图像恢复技术则认为输入图像本来应有较好的质量，但在采集或加工的过程中受到某些影响而品质退化或失真了，现在需要根据相应的退化模型和先验知识来重建或恢复原始的图像。换句话说，图像恢复技术是要将图像退化的过程模型化，并根据图像退化模型来进行复原。例如，噪声是一种常见的图像退化因素，若能对噪声建模，就可设计相应的滤波器来进行滤除。
　　在模型给定的条件下，图像恢复技术可以分为无约束恢复和有约束恢复两大类。无约束恢复的方法仅将图像看作一个数字矩阵，没有考虑恢复后图像应受到的物理约束，只从数学角度进行处理。有约束恢复的方法则还考虑到恢复后的图像应该受到一定的物理约束，如在空间上比较平滑、其灰度值为正等，相对来说使用了更多的先验知识。另一方面，图像恢复技术根据是否需要外来干预还可分为自动和交互的两大类。
　　根据上述的讨论，本章各节将如下安排。
　　5.1节介绍一些图像退化的原因和示例，讨论一种基本的和通用的图像退化模型以及其基本性质，还给出一种非线性退化模型。
　　5.2节先分析一些典型噪声的来源和特点并给出它们的概率密度函数，然后介绍用于消除噪声的各类滤波器。
　　5.3节介绍无约束恢复的基本原理，并着重讨论一种逆滤波技术及其快速计算。
　　5.4节介绍有约束恢复的基本原理和两种技术： 维纳滤波恢复和有约束最小平方恢复。
　　5.5节介绍如何使用人机交互的方法来提高图像恢复工作的灵活性和效率。
　　5.1图像退化及模型
　　图像退化是指由场景得到的图像没能完全地反映场景的真实内容，产生了失真等问题。有许多方式可以采集和获得图像，也有很多原因可以导致图像退化［J�|hne 1997］。为消除失真，就需要根据原因建立退化模型从而进行对应的图像恢复。
　　5.1.1图像退化示例
　　最常见的图像退化是噪声和模糊。在图像采集过程中产生的退化常被称为模糊，它对目标的频谱宽度有限制作用。在图像记录过程中产生的退化常被称为噪声，它可来源于测量误差、记数误差等。模糊，用频率分析的语言来说是高频分量受到抑制或被消除的结果或过程。一般模糊是一个确定的(deterministic)过程，在多数情况下，人们有一个足够准确的数学模型来描述它。另一方面，噪声是一个随机的统计过程，所以噪声对一个特定图像的影响常是不确定的。在很多情况下，人们最多仅对这个过程的统计特性有一定的先验知识［Bertero 1998］。
　　表5.1.1给出一些常见典型图像退化类型及其简要介绍和描述。
　　表5.1.1不同种类图像退化的概况(按拼音顺序排列)
　　名称/原因
　　描述/特性
　　成像模糊
　　由于镜头的孔径衍射导致原本比较清晰的图案尺寸变大，且边缘变得不清晰
　　传输误差
　　在图像传输中出现的单个比特翻转，导致在图像中随机分布的虚假灰度
　　沿视频线的传输误差也可导致图像由于反射而产生干扰模式
　　非线性响应
　　由于传感器的响应不是输入光强的线性函数，从而导致两者不能总成比例。例如摄影胶片的光敏特性是根据胶片上留下的银密度为曝光量的对数函数来表示的，光敏特性除中段基本线性外，两端都是曲线。这样，原本景物上线性变化的亮度在胶片上变得不线性了
　　固定/运动模式
　　由于电磁干扰或传感器单元响应的不一致性而导致的有规律的模式。例如，帧缓存的同步电路没有调节好或锁相环错误导致的行抖动，它引起在每行开始处的随机波动从而产生位置误差。图像中固定模式变化的另一个来源是传感器中的暗电流或敏感度的变化
　　回声
　　在损坏的或未正确设计的视频线上所产生的反射
　　镜头像差/色差
　　对给定光学系统的清晰程度的固有限制，常在图像中边缘处有明显的增加。镜头像差/色差能使成像产生模糊或成像形状扭曲，或出现与原物不同的颜色。这是光学系统的一种固有缺陷，它限制了由摄像机所拍摄得到的图像的分辨锐度(sharpness)。
　　多数像差随着与景物及光学轴的距离的增加而很快增加，并不具有移不变性质，所以不能使用位置独立的点扩散函数(PSF)或光学转移函数(OTF)来描述。不过，像差随图像空间中位置的变化缓慢且连续。所以，只要所导致的模糊限制在像差可认为是常数的区域，则仍可以用线性移不变系统的理论来处理。这里的唯一区别就是PSF和OTF都是随着位置变化的
　　失焦
　　由于光学系统没有调整好或调整错误(mis�瞐djustment)而导致的各向同性的图像模糊，它也会限制图像的分辨锐度
　　跳动
　　由于视频信号的电子不稳定性，导致图像线的起点产生随机或周期的波动，从而产生对应的位置偏差
　　污迹/图像浮散
　　CCD传感器由于曝光时间太短或对明亮物体曝光时间过长而产生的伪像
　　运动拖尾
　　由于在曝光时段相机或目标相对发生运动所导致的方向性模糊。目标的图案沿运动方向拖长，并产生叠影。在图像拍摄过程中如果目标运动超过图像平面中一个以上像素的距离就会造成运动模糊。使用望远镜头的系统(视场较窄)对这类图像退化非常敏感
　　噪声
　　随机噪声的叠加导致随机性退化。原本只有目标的图像叠加了许多随机的亮点和暗点，使目标和背景都受到影响
　　振动/抖动
　　相机系统在曝光时发生周期或随机的运动，从而导致所采集图像的失真。例如，手的抖动或拍摄图像/视频时摄像机机械上的不稳定都是常见原因
　　5.1.2图像退化模型
　　对一些具体的退化过程可以建立一定的模型。下面给出几个示例，参见图5.1.1，其中每列图的上图指示没有退化时的情况，下图指示有退化时的情况。
　　……

前言/序言

　　全套书第4版前言
　　这是《图像工程》第4版，全套书仍分3册，分别为《图像工程（上册）——图像处理》《图像工程（中册）——图像分析》和《图像工程（下册）——图像理解》。它们全面介绍图像工程的基础概念、基本原理、典型方法、实用技术以及国际上相关内容研究的新成果。
　　《图像工程》第3版也分3册，名称相同。上、中、下册均在2012年出版，而2013年出版了《图像工程》第3版的3册合订本。第3版至今已重印13次，总计约3万多册。
　　《图像工程》第2版也分3册，名称相同。上、中、下册分别在2006年、2005年和2007年出版，2007年还出版了《图像工程》第2版的3册合订本。第2版共重印18次，总计近7万册。
　　《图像工程》第1版也分3册，名称分别为《图像工程（上册）——图像处理和分析》《图像工程（下册）——图像理解和计算机视觉》和《图像工程（附册）——教学参考及习题解答》。这三册分别在1999年、2000年和2002年出版。第1版共重印27次，总计约11万册。
　　《图像工程》的多次重印表明作者一直倡导的，为了对各种图像技术进行综合研究、集成应用而建立的整体框架——图像工程——作为一门系统地研究各种图像理论、技术和应用的新的交叉学科得到了广泛的认可，也在教学中得到大量使用。同时，随着研究的深入和技术的发展，编写新版的工作也逐渐提到议事日程上来。
　　第4版的编写开始于2016年，是年暑假静心构思了全套书的整体框架。其后，根据框架陆续收集了一些最新的相关书籍和文献（包括印刷版和电子版），并仔细进行了阅读和做了笔记。这为新版的编写打下了一个坚实的基础。期间，还结合以往课堂教学和学生反馈，对一些具体内容（包括习题）进行了整理和调整。第4版内容具有一定的深度和广度，希望读者通过本套书的学习，能够独立地和全面地了解该领域的基本理论、技术、应用和发展。
　　第4版在编写的方针上，仍如前3版那样力求具有理论性、实用性、系统性、实时性； 在内容叙述上，力求理论概念严谨，论证简明扼要。在内容方面，第4版基本保留了第3版中有代表性的经典内容，同时考虑到图像技术的飞速发展，还认真选取了近年的一些最新研究成果和得到广泛使用的典型技术进行充实。这些新内容既参考了许多有关文献，也结合了作者的一些研究工作和成果以及这些年来的教学教案。除每册书均增加了一章全新内容外，还各增加了多个节和小节，特别还增加了许多例题，其中有些是介绍一些新的选学内容，有些则从其他的角度来补充解释已有的概念和方法。这些例题可根据课时安排、学生基础等选择使用，比较灵活。总体来说，第4版的内容覆盖面更广，介绍更全面细致，整体篇幅比第3版有约20%的增加。
　　第4版在具体结构和章节安排方面仍然保留了上一版的特点：
　　第一，各册书均从第2章就开始介绍正式内容，更快进入主题。先修或预备内容分别安排在需要先修部分的同一章前部，从教学角度来说，更加实用，也突出了主线内容。
　　第二，除第1章绪论外，各册书的正式内容仍都结合成4个主题相关的单元（并画在封面上），每个单元都有具体说明，帮助选择学习。全书有较强的系统性和结构性，也有利于复习考核。
　　第三，各章中的习题均只有少部分给出了解答，使教师可以更灵活地选择布置。更多的习题和其余的习题解答将会放在出版社网站上，便于补充、改进，网址为www.tup.com.cn。
　　第四，各册书后均仍有主题索引（并给出了英文），这样既方便在书中查找有关内容，又方便在网上查找有关文献和解释。
　　第4版还增加了一项新的举措。书中的彩色图片印刷后均为黑白的，但可以通过手机扫描图片旁的二维码，调出存放在出版社网站上的对应彩色图片，获得更多的信息和更好的观察效果。
　　从1996年开始编写《图像工程》第1版以来至今已20多年。期间，作者与许多读者（包括教师、学生、自学者等）有过各种形式的讨论和交流，除了与一些同行面谈外，许多人打来电话或发来电子邮件。这些讨论和交流使作者获得了许多宝贵的意见和建议，在编写这4版中都起到了不可或缺的作用，特别是在解释和描述的详略方面都结合读者反馈意见进行了调整，从而更加容易理解和学习。值得指出的是，书中还汇集了多年来不少听课学生的贡献，许多例题和练习题是在历届学生作业和课堂讨论的基础上提炼出来的，一些图片还直接由学生帮助制作，在选材上也从学生的反馈中受到许多启发。借此机会对他们一并表示衷心的感谢。
　　书中有相当内容基于作者和他人共同研究的成果，特别是历年研究室的学生（按姓名拼音排）： 卜莎莎、边辉、蔡伟、陈权崎、陈挺、陈伟、陈正华、崔崟、程正东、戴声扬、段菲、方慕园、冯上平、傅卓、高永英、葛菁华、侯乐天、胡浩基、黄英、黄翔宇、黄小明、贾波、贾超、贾慧星、姜帆、李佳童、李娟、李乐、李品一、李勍、李睿、李硕、李闻天、李相贤（LEE Sang Hyun）、李小鹏、李雪、梁含悦、刘宝弟、刘晨阳、刘峰、刘锴、刘青棣、刘惟锦、刘晓旻、刘忠伟、陆海斌、陆志云、罗惠韬、罗沄、朴寅奎（PARK In Kyu）、钱宇飞、秦暄、秦垠峰、阮孟贵（NGUYEN Manh Quy）、赛义（Saeid BAGHERI）、沈斌、谭华春、汤达、王树徽、王宇雄、王志国、王志明、王钟绪、温宇豪、文熙安（Tristan VINCENT）、吴高洪、吴纬、夏尔雷（Charley PAULUS）、向振、徐丹、徐枫、徐洁、徐培、徐寅、许翔宇、薛菲、薛景浩、严严、杨劲波、杨翔英、杨忠良、姚玉荣、游钱皓喆、鱼荣珍（EO Young Jin）、俞天利、于信男、袁静、贠亮、张宁、赵雪梅、郑胤、周丹、朱施展、朱小青、朱云峰，博士后高立志、王怀颖以及进修教师崔京守（CHOI Jeong Swu）、郭红伟、石俊生、杨卫平、曾萍萍、张贵仓等。第1版、第2版、第3版和第4版采用的图表除作者本人制作的外，也包括他们在研究工作中收集和实验得到的。该书应该说是多人合作成果的体现。
　　最后，感谢妻子何芸、女儿章荷铭在各方面的理解和支持！
　　章毓晋
　　2018年元旦于书房

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