本书融合了计算机图形学与数字图像处理两门学科的知识，系统阐述了图形图像处理的基本理论、方法和技术，力图将图形与图像结合起来，从一个新的视角介绍可视信息处理中这两个最重要的领域。 全书共分10章，主要内容包括：图形与图像处理的基本概念，图形图像处理的硬件与软件基础，基本图形的生成算法，图形显示技术，交互技术与图形软件标准，图像数字化与数学描述，图像正交变换，图像增强，图像恢复，图像分割。 本书注重内容的基础性和知识的系统性，对前导知识要求不高，适合电子信息工程、计算机科学与技术、自动控制、仪器科学与技术等专业的高年级本科生作为教材使用，也可供相关专业的研究生和科研人员学习参考。

图形与图像在可视信息处理领域是两个既相互联系又相互区别的概念，由此形成了计算机图形学和数字图像处理两个学科。这两个学科的发展都非常迅速，并且与国民经济和人们的日常生活密切相关，于是众多高校均开设了“计算机图形学”和“图像处理”这两门课程，尤其对于电子信息工程、计算机、自动控制等相关专业，这两门课程更是重要的专业课，两者各自都有自身的前导与后续课程，自成体系。 然而，随着学科的发展，图形和图像已经出现了相互融合的发展趋势，图形学中的真实感显示、纹理贴图，图像处理中的矢量化、图像绘制等都体现出两门学科交叉的新特点。将两个学科的知识融会贯通并传授给学生，已经成为学科发展的必然。 另外一方面，在长期的教学实践中，根据社会对人才培养的反馈，常常有这样的教学需求：由于专业课程体系的不同和学时数的限制，无法开设两门课程所需要的前导课程，但是又需要同时掌握图形学和图像处理的知识，这就对广大的教育工作者提出了新的挑战。 迎接挑战的方法就是将图形学和图像处理的知识综合教学，同时降低两门课程的前导知识壁垒，在课堂上实现图形与图像的融合。本书正是基于上述目的而编著的，它不仅体现了学科发展的要求，也反映了人才培养的导向。 全书以介绍计算机图形学和图像处理的基本理论、基本方法和基本技能为主，不涉及具体图形图像处理商用软件的操作。在内容组织上即注重了两个知识体系的系统性和互补性，同时又刻意淡化相关内容对前导知识的要求，降低门槛，扩大受众面。 本书第1章和第2章主要介绍了图形和图像的基本概念，以及两者的公共基础知识，包括光学基础、视觉基础、硬件基础和软件基础。第3~5章主要讲述计算机图形学的相关知识，按照由浅入深的原则分别介绍基本图元生成、图形显示技术、图形交互技术，以及图形软件标准。第6~10章主要讲述图像处理的相关知识，按照图像处理的流程和难易程度，依次介绍了图像数字化、图像数学描述、图像变换、图像增强、图像恢复和图像分割。 由于本书是面向教学的教材，因此在内容的组织上不仅注重了理论知识的掌握，更强调了实践能力的培养，书中给出了许多算法的程序实现框图，能够帮助读者通过编程体会到应用知识的乐趣。同时，根据长期教学过程中获得的经验，本书在一些教学难点上做出了相应的铺垫和强调，以帮助学生理解，如画线算法的优化、图像统计描述的直观含义、采样点降低后图像的实际显示效果、直方图均化的程序实现等。 通过两年的讲义试用，本书既可以作为图形图像综合讲授的教材；同时，第1~5章的内容也可以独立构成“计算机图形学”课程，第1、第2、第6~10章可以独立构成“图像处理”课程，应用方式十分灵活。 本书的编著是众多人员辛勤劳动的结果，唐波编写了第1、第2、第6~9章的内容，马伯宁编写了第3、第5章和第4章的部分内容，邹焕新编写了第10章的内容，鲁敏编写了第4章的部分内容。特别需要感谢国防科技大学电子科学与工程学院孙即祥教授，孙教授不仅学术造诣高深，更始持之以恒地关心、提携年轻教师。本书的编著得到了孙教授的悉心指导，在孙教授的同意下，部分章节内容取自他所编著的《图像处理》一书，这反映出老教授高尚的品格和无私的情怀。众多学生在讲义试用阶段提出了许多宝贵的意见和建议，在此一并表示感谢。此外，还要感谢电子工业出版社的陈晓莉编辑，没有她高效而细致的工作，就没有本书的出版。 最后的感谢要送给我的妻子和儿子，妻子在我身后的默默支持是本书得以完成的持续动力，而一看到儿子那天真无邪的笑容，伏案工作的辛苦便烟消云散。 尽管已尽最大努力力图编著一本“完美”的教材，但由于受到学科快速发展和编者学术水平的制约，总会有些许遗憾，书中肯定还存在错误和不妥之处，恳请读者批评指正。 唐波 2010年10月 于湖南长沙

第1章 绪论 1.1 概述 1.2 图形图像处理的基本概念 1.2.1 图形与图像 1.2.2 计算机图形学与数字图像处理 1.2.3 图形图像处理的历史、现状与发展 1.3 图形图像处理的研究内容 1.3.1 图形图像处理的主要研究内容 1.3.2 图形图像处理与相关学科的联系与区别 1.4 图形图像处理系统的组成及其应用 1.4.1 图形图像处理系统的组成 1.4.2 典型图形图像处理应用软件 1.4.3 学科应用领域及其发展动向 习题一 第2章 图形图像处理基础 2.1 光度学基础知识 2.1.1 电磁波和可见光 2.1.2 相对视敏函数 2.1.3 光度学量 2.2 色度学基础知识 2.2.1 色度学基本概念 2.2.2 三色学说 2.2.3 颜色模型 2.3 视觉基础知识 2.3.1 视觉适应性 2.3.2 视觉范围 2.3.3 分辨力 2.3.4 同时对比效应 2.3.5 马赫带效应 2.3.6 视觉错觉现象 2.4 硬件基础知识 2.4.1 输入设备 2.4.2 CRT的工作原理 2.4.3 液晶显示器的工作原理 2.5 软件基础知识 2.5.1 图形图像显示的底层原理 2.5.2 Windows下图形图像的显示 2.5.3 常用的图像文件的格式 习题二 第3章 基本图形生成算法 3.1 图形生成算法的基本概念 3.2 直线生成算法 3.2.1 引言 3.2.2 生成直线的DDA算法 3.2.3 生成直线的Bresenham算法 3.3 圆生成算法 3.3.1 基础知识 3.3.2 圆Bresenham生成算法 3.4 填充算法 3.4.1 产生实面积图形的原理 3.4.2 多边形扫描线填充算法 3.4.3 种子填充算法 3.5 曲线与曲面的表示 3.5.1 引言 3.5.2 三次自然样条曲线 3.5.3 Bézier曲线 3.5.4 Bézier曲面 3.5.5 B样条曲线 3.5.6 B样条曲面 习题三 第4章 图形显示技术 4.1 二维几何变换 4.1.1 基本变换 4.1.2 齐次坐标下的基本变换 4.1.3 复合变换 4.2 二维观察 4.2.1 二维观察流程 4.2.2 用户坐标到屏幕坐标的变换 4.2.3 二维图形裁剪 4.3 三维几何变换 4.3.1 三维图形基本变换矩阵 4.3.2 三维复合几何变换 4.3.3 坐标系变换 4.4 三维观察 4.4.1 三维观察流程 4.4.2 三维图形的投影变换 4.5 三维消隐 4.5.1 线消隐 4.5.2 面消隐 4.6 真实感图形的生成 4.6.1 简单光照明模型 4.6.2 局部光照明模型 4.6.3 整体光照明模型 4.6.4 纹理映射 习题四 第5章 交互技术与图形软件标准 5.1 交互技术 5.1.1 人机交互的概念 5.1.2 交互式软件设计的建议 5.1.3 典型的交互技术 5.1.4 图形数据输入 5.2 图形软件标准 5.3 OpenGL及应用 5.3.1 OpenGL介绍 5.3.2 OpenGL应用 习题五 第6章 图像数字化及其数学描述 6.1 概述 6.2 采样定理 6.2.1 二维采样定理 6.2.2 由采样图像恢复原始图像 6.2.3 混叠现象产生的原因及克服方法 6.3 量化 6.3.1 量化的概念与量化误差 6.3.2 最佳量化公式 6.3.3 均匀分布下的最佳量化 6.4 数字图像的存储量与视觉效果 6.4.1 数字图像的存储量 6.4.2 采样量化参数与图像视觉质量的关系 6.5 图像的数学描述 6.5.1 图像的矩阵描述形式 6.5.2 图像的矢量描述形式 6.5.3 图像的统计描述 习题六 第7章 图像正交变换 7.1 概述 7.2 离散傅氏变换 7.2.1 背景知识 7.2.2 离散傅氏变换的定义 7.2.3 离散傅氏变换的主要性质 7.3 图像变换的一般形式 7.3.1 图像变换的标量表示式 7.3.2 图像变换的矢量表示式 7.3.3 图像变换的矩阵表示式 7.3.4 图像变换的实质 7.4 哈达玛变换 7.4.1 列率 7.4.2 沃尔什函数 7.4.3 沃尔什级数 7.4.4 沃尔什变换 7.4.5 哈达玛变换 习题七 第8章 图像增强 8.1 概述 8.1.1 图像增强的内涵和特点 8.1.2 图像质量的主观评价 8.2 对比度增强 8.2.1 线性变换增强对比度 8.2.2 非线性变换 8.2.3 其他变换 8.3 修正直方图增强对比度 8.3.1 直方图(histogram) 8.3.2 直方图均化 8.4 图像平滑 8.4.1 噪声 8.4.2 邻域平均法 8.4.3 多图平均法 8.4.4 中值滤波法 8.4.5 频域中图像平滑的方法 8.5 图像锐化 8.5.1 模糊机理及基本解决方法 8.5.2 梯度模算子 8.5.3 拉氏算子 8.5.4 频域中图像锐化的方法 8.6 同态滤波 8.7 伪彩色和假彩色 8.7.1 伪彩色(pseudocolor)技术 8.7.2 假彩色(falsecolor)技术 习题八 第9章 图像恢复 9.1 概述 9.1.1 图像恢复的基本概念 9.1.2 图像质量的客观评价 9.2 图像的降质模型 9.2.1 降质模型的表示式 9.2.2 降质模型参数的估计 9.3 逆滤波恢复 9.3.1 逆滤波恢复的实现 9.3.2 关于噪声的讨论 9.3.3 改进的逆滤波恢复 9.4 等功率谱恢复 9.4.1 等功率谱恢复滤波器的传递函数 9.4.2 针对等功率谱恢复的讨论 9.5 维纳滤波恢复 9.5.1 维纳滤波器的传递函数 9.5.2 针对维纳滤波恢复的讨论 习题九 第10章 图像分割 10.1 概述 10.1.1 图像分割的基本概念 10.1.2 图像分割的目的与基本原则 10.1.3 图像分割的应用 10.2 基于区域的图像分割 10.2.1 利用灰度门限分割图像 10.2.2 根据直方图的灰度门限的选取 10.3 基于边界的图像分割 10.3.1 梯度模算子 10.3.2 罗伯茨（Roberts）梯度模算子 10.3.3 具有平滑作用的一阶偏导算子 10.3.4 拉氏（Laplace）算子 10.3.5 拉普拉斯—高斯算子 习题十 参考文献