本书系统地介绍了数字图像处理的基本概念和理论、基本方法和算法。全书共10章，从内容上分为三部分。第一部分是数字图像处理的基础知识，包括图像的基本概念、图像的数字化获取及相关数学知识，为深入学习和理解数字图像处理技术奠定基础。第二部分是数字图像处理方面的核心内容，系统地讨论了数字图像处理中的各种基本技术，包括数字图像处理的基本运算、图像处理与分析中的各种变换方法、图像增强技术、图像复原和图像编码技术等。第三部分是图像分析方面的重要内容，由浅入深地介绍了图像分割与边缘检测、图像特征与理解方面的内容，为深入应用奠定坚实的基础。本书在内容安排上循序渐进、深入浅出，各章均配有例题和习题，力求突出重点，面向应用，提高能力，解决问题。

本书可作为高等院校计算机、信息工程、电子技术、自动化工程、电气、通信、遥感、遥测、采矿、生物医学工程、电视技术等相关专业的高年级学生和研究生的图像处理教材，也可以作为工程技术人员或其他相关人员的参考书。

数字图像处理技术是20世纪60年代开始发展起来的一门新兴学科。近40年来，由于大规模集成电路和计算机技术的迅速发展，离散数学的创立及理论上的不断突破，以及军事、医学和工业等方面应用需求的不断增长，数字图像处理的理论和方法发展迅速，图像处理技术不断完善，不仅在理论研究上取得了很大的进展，而且其应用领域也日益扩大。随着科技的进步以及人类需求的多样化发展，多学科的交叉、融合已成为现代科学发展的突出特色和重要途径。因此，数字图像处理学科正逐步向其他学科领域渗透，并为其他学科的研究和发展提供基础性支持。

众所周知，人类正在实践的21世纪是一个信息时代。今天的社会，信息技术已经全面服务于社会生产和生活的方方面面，人们所做工作的相当一部分就是对信息的处理和传输，其中图像是人类获取信息、表达信息和传递信息的重要手段，是人类感知和认识世界的基础。有关研究表明，日常生活中人们所接受的各种信息中图像信息占总信息量的80%左右，从这一角度看，“百闻不如一见”正是图像处理重要性的形象表达和经验总结。因此，数字图像处理技术无论是对于21世纪的科学理论研究，还是工程应用都将具有重要的影响。国内外许多有识之士指出，从某种意义上讲，数字图像处理是实现智能计算机、智能机器人或多媒体通信系统的基础，未来计算机及智能机器人的发展与进步将在一定程度上依赖于机器视觉信息处理理论和技术的突破。虽然相对于经典学科，数字图像处理还很年轻，但日趋成熟的数字图像处理技术已经在很多方面得到深入而广泛的应用，一定程度上改变了人类的生活，给人们的日常生活、学习、工作带来极大的方便。例如，Internet上的视频广播、现代卫星或遥感照片的合成和处理、工业产品的自动检测、各种医学影像和图像的处理、远程医疗诊断及手术以及视频会议、视频电话等都采用了图像处理技术实现实时信息交互。

如果说1964年美国喷气推进实验室首次处理了由太空船“徘徊者七号”发回的月球照片，拉开了数字图像处理技术进入普遍应用的序幕，那么CT的发明、应用及诺贝尔奖的获得，则使得数字图像处理技术大放异彩，并迅速进入了广泛应用阶段。目前，数字图像处理技术已在工程科学、计算机科学、信息科学、遥感、遥测、采矿、地质勘探、工业探伤、自动控制、机器人、军事、公安、生物学、医学、视频、多媒体、统计学甚至社会科学等领域得到了广泛应用，并显示出了更加诱人的前景，成为了包括计算机科学与技术、信息科学、航空航天和生物医学工程等在内的多学科的研究重点和热点。这些学科的研究成果又促使了图像处理技术向更高水平发展，数字图像处理技术正是在这种应用的迫切需要和自身的不断发展之中逐步完善的新兴学科。未来，图像处理技术的发展及应用与经济建设联系之紧密、影响之深远是不可估量的。

本书共10章，从内容上可以分为三大部分。第一部分（第1~3章）是数字图像处理的基础知识，包括图像的基本概念、图像的数字化获取及相关数学知识，为深入学习和理解数字图像处理技术奠定基础。第二部分（第4~8章）是数字图像处理方面的核心内容，系统地讨论了数字图像处理中的各种基本技术，包括数字图像处理的基本运算、图像处理和分析中的各种变换方法、图像增强技术、图像复原和图像编码技术等。第三部分（第9~10章）是图像分析方面的重要内容，由浅入深地介绍了图像分割与边缘检测、图像特征与理解方面的内容，为深入应用奠定坚实的基础。

本书结合了作者多年来的教学和研究实践经验，并力图体现以下三个特点： 首先，将图像处理理论和图像处理工程技术两者紧密结合起来，系统介绍了数字图像处理技术的知识和内容，使读者对数字图像处理学科有一个全面的了解； 其次，根据新世纪国内有关专业本科生和研究生的培养规划，介绍了图像处理技术方面的新理论、新技术、新标准和新应用，使读者充分了解图像处理技术的新发展和新应用； 最后注重理论和实际的结合，各有关章节内容既具有一定的理论深度，也对典型的应用作了较广泛的介绍，为读者将来的进一步深入研究打下一个扎实的基础。本书附录提供有数字图像处理方面的实验程序供读者参考。同时，为教师配有该实验程序及其他数字图像处理程序的电子文档，需要的读者可发Email（zhengyk@tup.tsinghua.edu.cn）联系索取。

本书可供从事计算机科学与技术、信息工程、电子技术、自动化工程、电气、通信、遥感、遥测、采矿、生物医学工程、电视技术等方面的工程技术人员、高等院校的相关专业高年级学生或研究生使用。

在本书的撰写过程中西安电子科技大学姜建国教授对本书提出了宝贵意见，此外，陈全、周玉英、陈茜、丁灿飞、文静、陈鸣红、吴玑中、周海英、宋义召、樊星、谢娇颖、杨成、王蜀毅、林欣欣、王娟、许飞、倪国英等同志在文稿录入和校对方面承担了许多工作，在此表示衷心的感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在缺点和疏漏之处，恳请读者批评指正。欢迎读者对本书提出意见和建议。作者的联系方式是： cth188@sina.com，cth188@hotmail.com。

编者〖〗2007年4月

第1章数字图像处理概论

1.1数字图像处理的产生

1.2数字图像处理的基本概念

1.2.1图像及其类型

1.2.2图像与数字图像

1.2.3其他相关概念

1.2.4数字图像的获取方法

1.2.5数字图像的矩阵表示

1.3数字图像的类型

1.3.1图像的基本类型

1.3.2计算机的彩色表示

1.4数字图像处理系统

1.4.1图像处理硬件系统

1.4.2图像处理软件系统

1.5数字图像处理软件开发

1.5.1需求分析

1.5.2软件设计

1.5.3源代码编写

1.5.4软件测试

1.5.5运行和维护

1.6数字图像处理的应用

1.7数字图像处理技术的发展方向

1.8图像的统计特征

1.8.1图像的基本统计分析量

1.8.2数字图像的直方图

1.8.3多维图像的统计特性

习题

第2章图像数字化

2.1图像数字化器

2.1.1图像数字化器的功能组件

2.1.2图像数字化器的性能

2.1.3图像数字化器的类型

2.2图像数字化器的组成

2.3图像的采样和量化

2.3.1采样

2.3.2量化

2.3.3采样与量化参数的选择

2.4常用图像数字化设备

2.4.1数字相机

2.4.2扫描仪

2.5电视摄像机

2.5.1摄像机技术发展概况

2.5.2摄像机的组成

2.5.3摄像机工作原理

2.5.4摄像机分辨率指标

2.6CCD摄像机

2.6.1CCD摄像器件的工作原理

2.6.2CCD摄像机类型

2.7胶片扫描

2.7.1胶片扫描的概念

2.7.2常用胶片扫描设备

2.7.3胶片扫描的性能指标

习题

第3章数字图像处理的数学基础

3.1线性系统

3.1.1线性系统

3.1.2移不变系统

3.2调谐信号分析

3.2.1调谐信号

3.2.2对调谐信号的响应

3.2.3系统传递函数

3.3卷积和滤波

3.3.1连续卷积

3.3.2离散卷积

3.3.3滤波

3.4相关函数

3.4.1相关函数的定义

3.4.2相关与卷积的关系

3.5二维系统及矩阵运算

3.5.1二维线性系统

3.5.2二维位置不变线性系统

3.5.3二维系统的梯度算子

3.5.4常用矩阵运算

3.6数字图像的显示特性

3.6.1图像的屏幕显示

3.6.2显示特性

3.6.3数字图像的暂时显示

3.6.4数字图像的永久显示

3.7灰度直方图

3.7.1直方图的定义与性质

3.7.2直方图的作用

3.7.3直方图与图像的关系

习题

第4章数字图像处理中的基本运算

4.1基本运算的类型

4.2点运算

4.2.1点运算的种类

4.2.2点运算与直方图

4.2.3点运算的应用

4.3代数运算

4.3.1代数运算的意义

4.3.2加法运算

4.3.3减法运算

4.3.4乘法运算

4.3.5除法运算

4.4几何运算

4.4.1齐次坐标

4.4.2图像平移变换

4.4.3图像的比例缩放

4.4.4图像镜像变换

4.4.5图像旋转变换

4.4.6图像复合变换

4.4.7控制点变换

4.4.8透视变换

4.4.9其他变换

4.5灰度级插值

4.5.1最近邻法

4.5.2双线性插值法

4.5.3三次内插法

习题

第5章图像变换

5.1连续傅里叶变换

5.1.1连续函数的傅里叶变换

5.1.2傅里叶变换的条件

5.1.3典型函数的傅里叶变换

5.1.4二维连续傅里叶变换

5.2离散傅里叶变换

5.2.1一维离散傅里叶变换

5.2.2二维离散傅里叶变换

5.2.3离散傅里叶变换的性质

5.3快速傅里叶变换

5.3.1DFT的运算量

5.3.2FFT算法原理

5.3.3FFT的运算量

5.4离散KL变换

5.4.1KL变换的基本原理

5.4.2KL变换的性质

5.4.3KL变换的逆变换

5.5离散余弦变换

5.5.1一维DCT变换

5.5.2二维DCT变换

5.5.3DCT变换的快速算法

5.5.4二维DCT的频谱分布

5.6离散沃尔什变换

5.6.1一维离散沃尔什变换

5.6.2二维离散沃尔什变换

5.6.3沃尔什变换的频谱分布

5.7离散哈达玛变换

5.7.1一维离散哈达玛变换

5.7.2二维离散哈达玛变换

5.8小波变换

5.8.1小波变换概述

5.8.2连续小波变换

5.8.3离散小波变换

习题

第6章图像增强

6.1图像噪声

6.1.1图像噪声的产生

6.1.2图像噪声分类

6.1.3图像噪声特点

6.2图像增强处理分类

6.2.1空域增强法

6.2.2频域增强法

6.2.3图像增强效果评价

6.3直接灰度变换增强法

6.3.1线性灰度拉伸

6.3.2非线性拉伸

6.3.3光学增强

6.4基于灰度直方图的图像增强

6.4.1基本原理

6.4.2直方图均衡化

6.4.3直方图规定化

6.5代数运算图像增强

6.5.1代数运算增强的应用

6.5.2图像的比值处理与应用

6.6空间域滤波增强

6.6.1空域滤波模板

6.6.2平滑滤波

6.6.3锐化滤波器

6.7频域滤波增强

6.7.1低通滤波

6.7.2高通滤波

6.7.3带通和带阻滤波器

6.8伪彩色图像处理

6.8.1伪彩色增强概述

6.8.2密度分割

6.8.3灰度级伪彩色变换

6.8.4频域滤波

6.8.5彩色图像处理

习题

第7章图像复原

7.1图像退化机理

7.1.1退化原因

7.1.2复原机理

7.2图像退化的数学模型

7.2.1退化模型的一般特性

7.2.2连续函数退化模型

7.2.3离散退化模型

7.3无约束复原

7.3.1无约束复原基本原理

7.3.2无约束复原的奇异性

7.4有约束复原法

7.4.1最小二乘类约束复原

7.4.2维纳滤波

7.4.3功率谱均衡

7.4.4几何均值滤波器

7.5逆滤波

7.5.1逆滤波基本原理

7.5.2恢复均匀直线运动引起的模糊

7.6其他纠正技术

7.6.1几何畸变校正

7.6.2盲目图像复原

7.7中值滤波

7.7.1基本原理

7.7.2中值滤波特性

7.7.3加权中值滤波

习题

第8章图像编码

8.1图像编码的基本原理

8.1.1图像中的信息冗余

8.1.2图像编码分类

8.1.3图像编码新方法

8.2图像编码评价

8.2.1编码图像的质量

8.2.2效率指标

8.2.3复杂度与适用范围

8.3图像统计编码

8.3.1变长最佳编码定理

8.3.2霍夫曼编码

8.3.3香农范诺编码

8.3.4行程长度编码

8.3.5算术编码

8.4预测编码

8.4.1DPCM的工作原理

8.4.2线性预测编码

8.4.3非线性预测

8.5图像的变换编码

8.5.1变换编码的基本原理

8.5.2正交变换的物理意义

8.5.3变换类型与子块大小的选择

8.5.4变换编码的步骤

8.6JPEG标准

8.6.1JPEG基本系统

8.6.2JPEG编码方法

8.6.3渐进式DCT方式编码

8.6.4JPEG 2000

8.6.5JPEG编码实例

8.7MPEG标准简介

8.7.1MPEG1

8.7.2MPEG2

8.7.3MPEG4

习题

第9章图像分割与边缘检测

9.1图像分割

9.1.1图像分割基本原理

9.1.2灰度阈值法分割

9.1.3区域生长

9.1.4区域分离与合并

9.2常用边缘检测算子

9.2.1边缘的类型

9.2.2典型边缘信号

9.3边缘检测算子

9.3.1罗伯特边缘算子

9.3.2索贝尔边缘算子

9.3.3普瑞维特边缘算子

9.3.4拉普拉斯边缘算子

9.3.5凯西边缘算子

9.4Marr边缘检测方法

9.4.1基本原理

9.4.2Marr边缘检测算法

9.5轮廓提取

9.5.1轮廓跟踪

9.5.2二值图像轮廓

9.6图像匹配

9.6.1模板匹配

9.6.2直方图匹配

9.6.3形状匹配

习题

第10章图像特征与理解

10.1图像的几何特征

10.1.1位置与方向

10.1.2长轴和短轴

10.1.3周长

10.1.4面积

10.1.5距离

10.2形状特征

10.2.1矩形度

10.2.2宽长比

10.2.3圆形度

10.2.4球状度

10.2.5不变矩

10.2.6偏心率

10.3形状描述子

10.3.1傅里叶描述子

10.3.2拓扑描述

10.3.3边界链码

10.3.4一阶差分链码

10.3.5霍夫变换

10.4纹理分析

10.4.1纹理特征

10.4.2统计法

10.4.3频谱法

10.4.4空间自相关函数法

10.4.5联合概率矩阵法

10.4.6纹理的句法结构分析法

10.5曲线与曲面拟合

10.5.1曲线拟合

10.5.2曲面拟合

10.5.3其他拟合法

10.6收缩、变细和骨架化

10.6.1连通

10.6.2中轴变换

10.7网络图像检索技术

10.7.1图像检索的概念

10.7.2基于文本的图像检索

10.7.3基于内容的图像检索

10.7.4网络图像检索

10.7.5典型的图像检索引擎

10.7.6图像检索的研究方向

习题附录A空域平滑滤波消噪处理程序附录B基于DCT变换的二维图像压缩程序参考文献