图像处理技术及其应用

第1章 图像处理基础 1

1.1图像概念 1

1.1.1图像及其分类 1

1.1.2采样与量化 1

1.2图像软件 2

1.3图像表示 3

1.3.1像素坐标 4

1.3.2空间坐标 4

1.4图像输入与输出 5

1.4.1图像读入 5

1.4.2图像写出 5

1.4.3图像显示 6

1.5数据类型及其转换 6

1.5.1数据类型 6

1.5.2数据类型转换 6

1.6图像类型及其转换 7

1.6.1图像类型 7

1.6.2图像类型转换 8

1.7颜色模型及其转换 10

1.7.1 RGB模型 10

1.7.2 HSV模型及其转换 11

1.7.3 YIQ/NTSC模型及其转换 12

1.7.4 YCbCr模型及其转换 13

1.8图像格式及其转换 14

第2章 图像运算 15

2.1几何运算 15

2.1.1图像插值 15

2.1.2图像平移 17

2.1.3图像缩放 18

2.1.4图像旋转 19

2.1.5图像剪切 19

2.2算术运算 20

2.2.1图像相加 20

2.2.2图像相减 22

2.2.3绝对差值 23

2.2.4图像相乘 24

2.2.5图像相除 25

2.2.6图像线性组合 25

2.3卷积与相关运算 26

2.3.1图像卷积 26

2.3.2图像相关 26

2.3.3卷积和相关应用 26

第3章 图像变换 29

3.1傅里叶变换 29

3.1.1连续傅里叶变换 29

3.1.2傅里叶变换性质 30

3.1.3离散傅里叶变换 32

3.1.4快速傅里叶变换 33

3.1.5离散傅里叶变换算法 35

3.1.6离散傅里叶变换应用 39

3.2余弦变换 40

3.2.1离散余弦变换 40

3.2.2离散余弦变换算法 41

3.2.3离散余弦变换应用 43

3.3小波变换 43

3.3.1连续小波变换 44

3.3.2离散小波变换 45

3.3.3离散小波变换算法 47

3.3.4离散小波变换应用 50

第4章 图像降噪 51

4.1空域平滑滤波 51

4.1.1均值滤波 51

4.1.2中值滤波 53

4.1.3自适应滤波 55

4.2频域低通滤波 56

4.2.1理想低通滤波 56

4.2.2巴特沃斯低通滤波 59

4.2.3指数低通滤波 60

4.3同态低通滤波 62

4.3.1同态低通滤波原理 62

4.3.2同态低通滤波应用 63

4.4小波低通滤波 64

4.4.1小波低通滤波原理 64

4.4.2小波低通滤波算法 64

4.4.3小波低通滤波应用 65

第5章 图像增强 66

5.1直方图变换 66

5.1.1直方图 66

5.1.2直方图均衡化 68

5.1.3直方图自适应均衡化 69

5.2灰度变换 70

5.2.1线性变换 70

5.2.2非线性变换 71

5.2.3灰度变换算法 72

5.3空域滤波 73

5.3.1空域平滑滤波 73

5.3.2空域锐化滤波 74

5.4频域滤波 76

5.4.1频域低通滤波 76

5.42频域高通滤波 76

第6章 图像分割 80

6.1阈值分割 80

6.1.1阈值分割原理 80

6.1.2阈值确定方法 81

6.1.3阈值分割应用 83

6.2边缘检测与边界跟踪 83

6.2.1边缘检测 84

6.2.2边界跟踪 87

第7章 图像恢复与再现 89

7.1图像恢复 89

7.1.1图像恢复原理 89

7.1.2图像恢复算法 91

7.1.3图像恢复应用 95

7.2图像再现 96

7.2.1数字全息再现原理 96

7.2.2数字全息再现应用 97

第8章 图像配准与相关 99

8.1图像配准 99

8.1.1图像配准原理 99

8.1.2图像配准算法 99

8.1.3图像配准应用 100

8.2图像相关 101

8.2.1数字散斑相关原理 101

8.2.2数字散斑相关应用 103

第9章 图像形态运算 105

9.1集合概念 105

9.2结构元素 105

9.2.1结构元素形成 105

9.2.2结构元素分解 107

9.3膨胀和腐蚀 108

9.3.1膨胀和腐蚀原理 108

9.3.2图像边界处理 109

9.3.3膨胀和腐蚀算法 109

9.3.4膨胀和腐蚀应用 110

9.4开启和闭合 111

9.4.1开启和闭合原理 111

9.4.2开启和闭合算法 112

9.4.3开启和闭合应用 113

附录Ⅰ 常用基本函数 114

Ⅰ.1 Language Fundamentals 114

Ⅰ.1.1 Entering Commands 114

Ⅰ.1.2 Matrices and Arrays 114

Ⅰ.1.3 Operators and Elementa Operations 116

Ⅰ.1.4 Special Characters 117

Ⅰ.1.5 Data Types 117

Ⅰ.1.6 Dates and Time 125

Ⅰ.2 Mathematics 125

Ⅰ.2.1 Elementary Math 125

Ⅰ.2.2 Linear Algebra 130

Ⅰ.2.3 Statistics and Random Numbers 132

Ⅰ.2.4 Interpolation 133

Ⅰ.2.5 Fourier Analysis and Filtering 134

Ⅰ.3Graphics 134

Ⅰ.3.1 2-D and 3-D Plots 134

Ⅰ.3.2 Formatting and Annotation 138

Ⅰ.3.3 Images 140

Ⅰ.3.4 Printing and Exporting 140

Ⅰ.3.5 Graphics Objects 141

Ⅰ.4Programming Scripts and Functions 143

Ⅰ.4.1 Control Flow 143

Ⅰ.4.2 Scripts 143

Ⅰ.4.3 Functions 143

Ⅰ.4.4 Debugging 144

Ⅰ.4.5 Coding and Productivity Tips 145

Ⅰ.4.6 Programming Utilities 145

Ⅰ.5Data and File Management 145

Ⅰ.5.1 Workspace Variables 145

Ⅰ.5.2 Data Import and Export 146

附录Ⅱ 图像处理函数 148

Ⅱ.1 Import，Export，and Conversion 148

Ⅱ.1.1 Basic Import and Export 148

Ⅱ.1.2 Scientific File Formats 148

Ⅱ.1.3 High Dynamic Range Images 148

Ⅱ.1.4 Large Image Files 148

Ⅱ.1.5 Image Type Conversion 149

Ⅱ.1.6 Synthetic Images 149

Ⅱ.2 Display and Exploration 149

Ⅱ.2.1 Basic Display 149

Ⅱ.2.2 Interactive Exploration with the Image Viewer App 150

Ⅱ.2.3 Build Interactive Tools 150

Ⅱ.3 Geometric Transformation， Spatial Referencing， and Image Registration 151

Ⅱ.3.1 Geometric Transformations 151

Ⅱ.3.2 Spatial Referencing 152

Ⅱ.3.3 Automatic Registration 152

Ⅱ.3.4 Control Point Registration 153

Ⅱ.4 Image Enhancement 153

Ⅱ.4.1 Contrast Adjustment 153

Ⅱ.4.2 Image Filtering 154

Ⅱ.4.3 Morphological Operations 154

Ⅱ.4.4 Deblurring 155

Ⅱ.4.5 ROI-Based Processing 155

Ⅱ.4.6 Neighborhood and Block Processing 156

Ⅱ.4.7 Image Arithmetic 156

Ⅱ.5 Image Analysis 156

Ⅱ.5.1 Object Analysis 156

Ⅱ.5.2 Region and Image Properties 157

Ⅱ.5.3 Texture Analysis 157

Ⅱ.5.4 Image Quality 158

Ⅱ.5.5 Image Segmentation 158

Ⅱ.5.6 Image Transforms 158

Ⅱ.6 Color 158

Ⅱ.7 Code Generation 159

附录Ⅲ 小波分析函数 161

Ⅲ.1 Wavelets and Filter Banks 161

Ⅲ.1.1 Real and Complex-Valued Wavelets 161

Ⅲ.1.2 Orthogonal and Biorthogonal Filter Banks 161

Ⅲ.1.3 Lifting 162

Ⅲ.1.4 Wavelet Design 162

Ⅲ.2 Continuous Wavelet Analysis 163

Ⅲ.3 Discrete Wavelet Analysis 163

Ⅲ.3.1 Signal Analysis 163

Ⅲ.3.2 Image Analysis 164

Ⅲ.3.3 3-D Analysis 165

Ⅲ.3.4 Multisignal Analysis 166

Ⅲ.4 Wavelet Packet Analysis 166

Ⅲ.5 Denoising 168

参考文献 169