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本書系統(tǒng)介紹了數(shù)字圖像處理理論和技術的基本概念、原理、方法和Python實現(xiàn),內(nèi)容全面,重視實踐,便于學習。
全書共分為12章,內(nèi)容包括緒論、數(shù)字圖像處理基礎、圖像基礎性運算、圖像的正交變換、圖像增強、圖像
復原、圖像的數(shù)學形態(tài)學處理、彩色圖像處理、圖像分割、圖像描述與分析、特征檢測與匹配,以及圖像編碼,
涵蓋了數(shù)字圖像處理的核心內(nèi)容。本書配以教學課件、Python程序代碼、微課視頻、實驗指導、思維導圖及教
學建議等數(shù)字資源,便于讀者學習和掌握數(shù)字圖像處理的算法理論、程序實現(xiàn)。本書可以作為高等學校信息與通信工程、信號與信息處理、電子、計算機、遙感等專業(yè)本科生或研究生的教材或參考書,也可以作為工程技術人員和從事相關研究與應用的人員的參考用書。

數(shù)字圖像處理是利用計算機對圖像進行變換、增強、復原、分割、壓縮、分析、理解的理論、方法和技術，是現(xiàn)代信息處理的研究熱點。數(shù)字圖像處理技術發(fā)展迅速，應用領域越來越廣泛，對國民經(jīng)濟、社會生活和科學技術等方面產(chǎn)生了巨大的影響。

數(shù)字圖像處理技術的學習和應用，離不開計算機仿真和實驗。目前的教材多是采用MATLAB仿真，隨著Python語言的應用越來越廣泛，利用Python對數(shù)字圖像進行處理的需求逐漸增大。因此，本書在講解數(shù)字圖像處理算法原理后，利用Python語言和OpenCV、NumPy、SciPy、Matplotlib等擴展庫進行程序設計，便于移植以及和后續(xù)處理銜接。

本書共分為12章，內(nèi)容包括緒論、數(shù)字圖像處理基礎、圖像基礎性運算、圖像的正交變換、圖像增強、圖像復原、圖像的數(shù)學形態(tài)學處理、彩色圖像處理、圖像分割、圖像描述與分析、特征檢測與匹配，以及圖像編碼，這些內(nèi)容涵蓋了數(shù)字圖像處理的重點。

本書配以教學課件、Python程序代碼、微課視頻、實驗指導、思維導圖及教學建議等數(shù)字資源，便于讀者學習和掌握數(shù)字圖像處理的算法理論、程序實現(xiàn)。除算法配套程序外，本書還在第3章、第5章、第7章和第8章設計了綜合實例，以加深讀者對處理算法的綜合理解，提高讀者的實踐能力。每章安排有具體的習題以及實踐題目，讀者可以根據(jù)需要選做。

本書由蔡利梅編寫，在編寫過程中參考了大量圖像處理的文獻、仿真工具的文檔資料，再次對這些文獻資料的作者表示真誠的感謝。由于編者學識水平有限，書中不足之處敬請讀者不吝指正。

編者
2025年8月

第1章緒論
1.1圖像的基本概念
1.1.1視覺與圖像
1.1.2圖像的表示
1.2數(shù)字圖像處理
1.2.1數(shù)字圖像處理的主要內(nèi)容
1.2.2數(shù)字圖像處理技術的分類
1.2.3數(shù)字圖像處理的應用
1.3數(shù)字圖像處理面臨的問題
1.4相關術語
1.5圖像處理仿真
習題
第2章數(shù)字圖像處理基礎
微課視頻6分鐘
2.1人眼視覺系統(tǒng)
2.1.1人眼基本構造
2.1.2視覺過程
2.1.3明暗視覺
2.1.4顏色視覺
2.1.5立體視覺
2.1.6視覺暫留
2.2色度學基礎與顏色模型
2.2.1顏色匹配
2.2.2CIE 1931RGB系統(tǒng)
2.2.3CIE 1931標準色度系統(tǒng)
2.2.4CIE 1976 L*a*b*均勻顏色空間
2.2.5孟塞爾表色系統(tǒng)
2.2.6常用顏色模型
2.3數(shù)字圖像的生成與表示
2.3.1圖像信號的數(shù)字化
2.3.2數(shù)字圖像類型
2.3.3數(shù)字圖像的數(shù)值描述
2.4圖像類型轉換
2.4.1多值圖像轉換為二值圖像
2.4.2彩色圖像轉換為灰度圖像
2.4.3灰度圖像轉換為彩色圖像
習題
第3章圖像基礎性運算
微課視頻18分鐘
3.1點運算
3.2鄰域運算
3.3插值運算
3.4幾何變換
3.4.1圖像幾何變換原理
3.4.2圖像平移
3.4.3圖像鏡像
3.4.4圖像旋轉
3.4.5圖像縮放
3.4.6圖像錯切
3.4.7圖像轉置
3.5代數(shù)運算
3.5.1加法運算
3.5.2減法運算
3.5.3乘法運算
3.5.4除法運算
3.5.5邏輯運算
3.6上采樣和下采樣
3.7綜合實例
習題
第4章圖像的正交變換
微課視頻16分鐘
4.1離散傅里葉變換
4.1.1離散傅里葉變換的定義
4.1.2離散傅里葉變換的實現(xiàn)
4.1.3離散傅里葉變換的性質
4.1.4離散傅里葉變換在圖像處理中的應用
4.2離散余弦變換
4.2.1離散余弦變換的定義
4.2.2離散余弦變換的實現(xiàn)
4.2.3離散余弦變換在圖像處理中的應用
4.3KL變換
4.3.1KL變換原理
4.3.2圖像KL變換
4.3.3KL變換在圖像處理中的應用
4.4Radon變換
4.4.1Radon變換的原理
4.4.2Radon變換的實現(xiàn)
4.4.3Radon變換的應用
4.5Hadamard變換
4.6小波變換
4.6.1概述
4.6.2小波
4.6.3連續(xù)小波變換
4.6.4離散小波變換
4.6.5正交小波與多分辨分析
4.6.6二維小波變換
4.6.7小波變換在圖像處理中的應用
習題
第5章圖像增強
微課視頻25分鐘
5.1灰度級變換
5.1.1線性灰度級變換
5.1.2非線性灰度級變換
5.2直方圖修正法
5.2.1灰度直方圖
5.2.2直方圖均衡化
5.2.3限制對比度自適應直方圖均衡化
5.3空間域平滑濾波
5.3.1圖像中的噪聲
5.3.2均值濾波
5.3.3高斯濾波
5.3.4雙邊濾波
5.3.5中值濾波
5.4空間域銳化濾波
5.4.1邊緣分析
5.4.2一階微分算子
5.4.3二階微分算子
5.4.4高斯濾波與微分運算
5.5頻域濾波
5.5.1低通濾波
5.5.2高通濾波
5.5.3同態(tài)濾波
5.6綜合實例
習題
第6章圖像復原
6.1圖像退化模型
6.1.1連續(xù)退化模型
6.1.2離散退化模型
6.1.3圖像復原
6.2圖像退化函數(shù)的估計
6.2.1基于模型的估計法
6.2.2基于退化圖像本身特性的估計法
6.3圖像復原的代數(shù)方法
6.3.1無約束最小二乘方復原
6.3.2約束復原
6.4典型圖像復原方法
6.4.1逆濾波復原
6.4.2維納濾波復原
6.4.3等功率譜濾波
6.4.4幾何均值濾波
6.4.5約束最小二乘方濾波
6.4.6RichardsonLucy算法
6.5盲去卷積復原
6.6幾何失真校正
習題
第7章圖像的數(shù)學形態(tài)學處理
7.1數(shù)學形態(tài)學的基本概念
7.2二值圖像數(shù)學形態(tài)學處理
7.2.1基本形態(tài)變換
7.2.2復合形態(tài)變換
7.2.3圖像平滑
7.2.4邊緣提取
7.2.5區(qū)域填充
7.2.6擊中擊不中變換
7.3灰度圖像數(shù)學形態(tài)學處理
7.3.1灰度圖像的膨脹運算和腐蝕運算
7.3.2灰度圖像的開運算和閉運算
7.3.3形態(tài)學梯度
7.3.4Tophat和Bottomhat變換
7.4綜合實例
習題
第8章彩色圖像處理
微課視頻7分鐘
8.1色彩空間變換
8.2彩色圖像增強
8.2.1色彩通道獨立處理法
8.2.2彩色空間變換法
8.2.3Retinex方法
8.3彩色邊緣檢測
8.4色彩平衡
8.4.1簡單白平衡算法
8.4.2灰度世界白平衡算法
8.4.3完美反射白平衡算法
8.4.4最大顏色值平衡算法
8.5色彩變換
8.5.1色彩濾鏡
8.5.2色彩遷移
8.6綜合實例
習題
第9章圖像分割
微課視頻20分鐘
9.1閾值分割
9.1.1全局閾值法
9.1.2自適應閾值法
9.2邊界分割
9.2.1邊界改良
9.2.2邊界跟蹤
9.3區(qū)域分割
9.3.1區(qū)域生長
9.3.2區(qū)域合并
9.3.3區(qū)域分裂
9.3.4區(qū)域分裂合并
9.3.5聚類分割
9.4分水嶺分割
9.5形變模型分割
9.5.1經(jīng)典Snake模型
9.5.2幾何形變模型
9.6圖割分割
9.6.1原理
9.6.2優(yōu)化求解
習題
第10章圖像描述與分析
微課視頻14分鐘
10.1邊界描述
10.1.1形狀矩陣
10.1.2邊界鏈碼
10.1.3傅里葉描述子
10.1.4邊界幾何特征
10.1.5片段序列
10.2區(qū)域形狀描述
10.2.1矩
10.2.2中軸變換
10.2.3區(qū)域的幾何特征
10.2.4梯度方向直方圖
10.2.5Haarlike特征
10.3紋理描述
10.3.1灰度共生矩陣法
10.3.2Laws紋理能量度量
10.3.3LBP特征
10.3.4分形紋理描述
習題
第11章特征檢測與匹配
微課視頻12分鐘
11.1角點檢測
11.1.1方法概述
11.1.2Harris角點檢測
11.1.3最小特征值角點檢測
11.1.4SUSAN角點檢測
11.1.5FAST角點檢測
11.2線條檢測
11.2.1Hough變換
11.2.2LSD算法
11.3局部不變特征檢測與描述
11.3.1SIFT描述子
11.3.2SURF描述子
11.3.3BRISK描述子
11.3.4MSER描述子
11.4特征匹配
11.4.1相似性度量
11.4.2匹配策略與算法
習題
第12章圖像編碼
12.1圖像編碼的基本理論
12.1.1圖像壓縮的可能性
12.1.2圖像編碼方法的分類
12.1.3圖像編碼壓縮術語簡介
12.2圖像的無損壓縮編碼
12.2.1Huffman編碼
12.2.2算術編碼
12.2.3行程長度編碼
12.2.4LZW編碼
12.3圖像的有損壓縮編碼
12.3.1預測編碼
12.3.2變換編碼
12.4JPEG標準和JPEG 2000
12.4.1JPEG標準
12.4.2JPEG 2000
習題
參考文獻

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