表 格 列 表
编号
表 题
页码
表3.1
MATLAB数据类别
26
表3.2
MATLAB数组和矩阵算术操作
29
表3.3
MATLAB特殊的矩阵操作示例
29
表3.4
IPT支持的特殊算术函数
30
表3.5
关系操作符
30
表3.6
逻辑操作符
30
表3.7
逻辑函数
30
表3.8
选出来的内置变量和内置常量
31
表4.1
执行图像数据类转换的IPT函数
48
表4.2
执行图像数据类转换的IPT函数
50
表7.1
对所选仿射变换系数的汇总
90
表8.1
线性点变换示例（图8.4中的图像和曲线）
110
表9.1
一个直方图示例
123
表9.2
均衡化的直方图：数值
127
表9.3
期望的直方图
129
表9.4
直接直方图规定化：汇总
130
表9.5
结果直方图
130
表10.1
卷积模板示例
149
表13.1
bwmorph支持的操作
228
表16.1
用于CIE XYZ和CIELAB彩色空间的IPT函数
283
表16.2
用于ICC配置操作的IPT函数
283
表16.3
对应RGB立方体的8个顶点的代表性彩色的R、G和B值
284
表16.4
MATLAB中的彩色映射
289
表17.1
三幅具有不同质量因子的JPEG图像的客观质量测度
315
表17.2
五幅具有不同质量因子的JPEG图像的压缩率
317
表17.3
五幅具有不同质量因子的JPEG图像的客观质量测度
317
表18.1
RST不变矩
325
表18.2
标记区域的性质
325
表18.3
图18.16中三幅图像的统计纹理描述符
333
表18.4
图18.16中三幅图像的统计纹理描述符（基于共生矩阵）
335
表18.5
特征提取结果表
336
表20.1
模拟彩色电视系统的参数
368
表20.2
代表性的数字视频格式
374
表20.3
ITU-R的BT.601-5建议的参数
375
表20.4
代表性的数字视频格式
目 录
第1部分?图 像 处 理
第1章 引言和概述 3
1.1 动机 3
1.2 基本概念和术语 4
1.3 典型图像处理操作示例 5
1.4 数字图像处理系统的组成 8
1.5 机器视觉系统 9
1.6 资源 10
1.7 练习题 13
第2章 图像处理基础 15
2.1 数字图像表达 15
2.1.1 二值（1比特）图像 16
2.1.2 灰度（8比特）图像 17
2.1.3 彩色图像 17
2.1.4 压缩 18
2.2 图像文件格式 19
2.3 基本术语 20
2.4 图像处理操作概述 21
2.4.1 全局（点）操作 22
2.4.2 面向邻域的操作 22
2.4.3 结合多幅图像的操作 23
2.4.4 变换域操作 23
第3章 MATLAB基础 25
3.1 MATLAB介绍 25
3.2 MATLAB的基本元素 25
3.2.1 工作环境 26
3.2.2 数据种类 26
3.2.3 MATLAB中的数组和矩阵索引 26
3.2.4 标准数组 27
3.2.5 命令行操作 27
3.3 编程工具：脚本和函数 27
3.3.1 M-文件 28
3.3.2 操作符 29
3.3.3 重要变量和常量 30
3.3.4 数字表示 31
3.3.5 流程控制 31
3.3.6 代码优化 31
3.3.7 输入和输出 31
3.4 图形和可视化 31
3.5 教程3.1：MATLAB——导览 32
3.6 教程3.2：MATLAB数据结构 34
3.7 教程3.3：MATLAB编程 39
3.8 练习题 43
第4章 图像处理工具箱一览 45
4.1 图像处理工具箱：概述 45
4.2 基本功能和特性 45
4.2.1 显示有关图像文件的信息 46
4.2.2 读一个图像文件 47
4.2.3 数据类和数据转换 48
4.2.4 显示一幅图像的内容 50
4.2.5 发掘一幅图像的内容 51
4.2.6 将结果图像写入一个文件 52
4.3 教程4.1：MATLAB图像处理工具箱——导游 53
4.4 教程4.2：基本图像操作 54
4.5 练习题 58
第5章 图像传感和采集 60
5.1 介绍 60
5.2 光、彩色和电磁频谱 61
5.2.1 光和电磁频谱 61
5.2.2 图像种类 61
5.2.3 光和彩色感知 62
5.2.4 彩色编码和表达 63
5.3 图像采集 64
5.3.1 图像传感器 64
5.3.2 相机光学器件 66
5.4 图像数字化 67
5.4.1 采样 68
5.4.2 量化 69
5.4.3 空间和灰度分辨率 69
5.5 练习题 72
第6章 算术和逻辑运算 74
6.1 算术运算：基础和应用 74
6.1.1 加法 74
6.1.2 减法 76
6.1.3 乘法和除法 78
6.1.4 结合若干个算术操作 78
6.2 逻辑运算：基础和应用 79
6.3 教程6.1：算术运算 81
6.4 教程6.2：逻辑运算和感兴趣区域处理 85
6.5 练习题 87
第7章 几何操作 89
7.1 介绍 89
7.2 映射和仿射变换 90
7.3 插值方法 92
7.3.1 对插值的需求 92
7.3.2 简单的插值方法 93
7.3.3 零阶（最近邻）插值 93
7.3.4 一阶（双线性）插值 93
7.3.5 高阶插值 93
7.4 使用MATLAB进行几何操作 94
7.4.1 放大、缩小和调整大小 94
7.4.2 平移 95
7.4.3 旋转 95
7.4.4 裁剪 95
7.4.5 翻转 95
7.5 其他几何操作和应用 95
7.5.1 扭曲 95
7.5.2 非线性图像变换 96
7.5.3 变形 97
7.5.4 接缝焊接 97
7.5.5 图像配准 98
7.6 教程7.1：图像裁剪、大小调整、翻转和旋转 98
7.7 教程7.2：空间变换和图像配准 101
7.8 练习题 106
第8章 灰度变换 108
8.1 介绍 108
8.2 灰度（点）变换综述 109
8.3 点变换示例 111
8.3.1 对比度操纵 111
8.3.2 求反 112
8.3.3 幂律（伽玛）变换 112
8.3.4 对数变换 113
8.3.5 分段线性变换 114
8.4 指定变换函数 115
8.5 教程8.1：灰度变换 117
8.6 练习题 121
第9章 直方图处理 122
9.1 图像直方图：定义和示例 122
9.2 计算图像的直方图 123
9.3 解释图像的直方图 123
9.4 直方图均衡化 125
9.5 直接直方图规定化 129
9.6 其他直方图修改技术 131
9.6.1 直方图滑动 131
9.6.2 直方图伸展 131
9.6.3 直方图收缩 133
9.7 教程9.1：图像直方图 133
9.8 教程9.2：直方图均衡化和规定化 136
9.9 教程9.3：其他直方图修改技术 138
9.10 练习题 142
第10章 邻域处理 145
10.1 介绍 145
10.2 卷积和相关 145
10.2.1 一维域中的卷积 146
10.2.2 二维域中的卷积 147
10.2.3 相关 149
10.2.4 处理图像边界 150
10.3 图像平滑（低通滤波器） 151
10.3.1 均值滤波器 152
10.3.2 变型 153
10.3.3 高斯模糊滤波器 154
10.3.4 中值和其他非线性滤波器 155
10.4 图像锐化（高通滤波器） 156
10.4.1 拉普拉斯算子 156
10.4.2 复合拉普拉斯算子模板 157
10.4.3 方向差分滤波器 158
10.4.4 非锐化掩膜 158
10.4.5 高频提升滤波 158
10.5 感兴趣区域处理 158
10.6 结合空间增强方法 159
10.7 教程10.1：卷积和相关 159
10.8 教程10.2：空间平滑滤波器 161
10.9 教程10.3：空间锐化滤波器 163
10.10 练习题 167
第11章 频域滤波 169
11.1 介绍 169
11.2 傅里叶变换：数学基础 170
11.2.1 基本概念 170
11.2.2 2-D离散傅里叶变换：数学公式 171
11.2.3 傅里叶变换性质汇总 172
11.2.4 其他数学变换 174
11.3 低通滤波 174
11.3.1 理想LPF 174
11.3.2 高斯LPF 175
11.3.3 巴特沃斯LPF 177
11.4 高通滤波 179
11.4.1 理想HPF 179
11.4.2 高斯HPF 179
11.4.3 巴特沃斯HPF 180
11.4.4 高频增强 180
11.5 教程11.1：2-D傅里叶变换 180
11.6 教程11.2：频域里的低通滤波器 182
11.7 教程11.3：频域高通滤波器 185
11.8 练习题 190
第12章 图像恢复 191
12.1 对图像退化和恢复问题建模 191
12.2 噪声和噪声模型 192
12.2.1 噪声概率密度函数示例 192
12.2.2 噪声估计 196
12.3 使用空域技术的噪声消除 197
12.3.1 均值滤波器 197
12.3.2 序统计滤波器 199
12.3.3 自适应滤波器 201
12.4 使用频域技术的噪声消除 202
12.4.1 周期性噪声 202
12.4.2 带阻滤波器 202
12.4.3 带通滤波器 203
12.4.4 陷波滤波器 204
12.5 图像去模糊技术 205
12.6 教程12.1：使用空域技术的噪声消除 208
12.7 练习题 214
第13章 形态图像处理 216
13.1 介绍 216
13.2 基本概念和操作 216
13.3 膨胀和腐蚀 219
13.3.1 膨胀 220
13.3.2 腐蚀 221
13.4 复合操作 223
13.4.1 开启 223
13.4.2 闭合 224
13.4.3 击中-击不中变换 225
13.5 形态滤波器 226
13.6 基本形态算法 227
13.6.1 边界提取 229
13.6.2 区域填充 230
13.6.3 连通组元提取和标记 231
13.7 灰度形态学 232
13.7.1 膨胀和腐蚀 232
13.7.2 开启和闭合 233
13.7.3 高帽和低帽变换 233
13.8 教程13.1：二值形态图像处理 234
13.9 教程13.2：基本形态算法 237
13.10 练习题 240
第14章 边缘检测 241
14.1 问题的提出 241
14.2 基本概念 241
14.3 一阶导数边缘检测 243
14.4 二阶导数边缘检测 247
14.5 坎尼边缘检测器 249
14.6 边缘连接和边界检测 250
14.7 教程14.1：边缘检测 253
14.8 练习题 260
第15章 图像分割 261
15.1 介绍 261
15.2 基于强度的分割 262
15.2.1 图像阈值化 262
15.2.2 全局阈值化 263
15.2.3 照明和噪声对阈值化的影响 264
15.2.4 局部阈值化 266
15.3 基于区域的分割 266
15.3.1 区域生长 267
15.3.2 区域分裂合并 269
15.4 分水岭分割 270
15.5 教程15.1：图像阈值化 271
15.6 练习题 276
第16章 彩色图像处理 277
16.1 彩色心理物理学 277
16.1.1 基本概念 277
16.1.2 CIE的XYZ色度图 279
16.1.3 感知均匀彩色空间 282
16.1.4 ICC配置 283
16.2 彩色模型 283
16.2.1 RGB彩色模型 284
16.2.2 CMY和CMYK彩色模型 285
16.2.3 HSV彩色模型 285
16.2.4 YIQ（NTSC）彩色模型 286
16.2.5 YCbCr彩色模型 287
16.3 彩色图像在MATLAB中的表示 287
16.3.1 RGB图像 287
16.3.2 索引图像 288
16.4 伪彩色图像处理 290
16.4.1 强度切割 291
16.4.2 灰度到彩色变换 292
16.4.3 频域伪彩色化 292
16.5 全彩色图像处理 293
16.5.1 彩色变换 294
16.5.2 直方图处理 295
16.5.3 彩色图像平滑和锐化 296
16.5.4 彩色噪声消除 296
16.5.5 基于彩色的图像分割 297
16.5.6 彩色边缘检测 299
16.6 教程16.1：伪彩色图像处理 300
16.7 教程16.2：全彩色图像处理 301
16.8 练习题 304
第17章 图像压缩和编码 306
17.1 介绍 306
17.2 基本概念 306
17.2.1 冗余 307
17.2.2 图像编码和解码模型 308
17.3 无损和有损压缩技术 309
17.3.1 无损压缩技术 309
17.3.2 有损压缩技术 310
17.4 图像压缩标准 311
17.4.1 二值图像压缩标准 311
17.4.2 连续色调静止图像压缩标准 311
17.4.3 JPEG 312
17.4.4 JPEG2000 312
17.4.5 JPEG-LS 313
17.5 图像质量测度 313
17.5.1 主观质量测量 313
17.5.2 客观质量测量 314
17.6 教程17.1：图像压缩 315
第18章 特征提取和表达 319
18.1 介绍 319
18.2 特征矢量和矢量空间 319
18.3 二值目标特征 321
18.3.1 面积 321
18.3.2 重心 321
18.3.3 最小二阶矩的轴 321
18.3.4 投影 322
18.3.5 欧拉数 323
18.3.6 周长 323
18.3.7 细度比例 323
18.3.8 偏心率 324
18.3.9 宽高比 324
18.3.10 矩 324
18.4 边界描述符 326
18.4.1 链码、弗里曼码和形状数 327
18.4.2 边界标志 329
18.4.3 傅里叶描述符 330
18.5 基于直方图（统计的）特征 331
18.6 纹理特征 332
18.7 教程18.1：特征提取和表达 335
18.8 练习题 338
第19章 视觉模式识别 339
19.1 介绍 339
19.2 基础 339
19.2.1 一个视觉模式分类器的设计和实现 339
19.2.2 模式和模式类 341
19.2.3 数据预处理 342
19.2.4 训练和测试集 342
19.2.5 混淆矩阵 343
19.2.6 系统误差 343
19.2.7 命中率，虚警率，ROC曲线 343
19.2.8 查准率和查全率 344
19.2.9 距离和相似性测度 346
19.3 统计模式分类技术 347
19.3.1 最小距离分类器 348
19.3.2 k-最近邻分类器 349
19.3.3 贝叶斯分类器 349
19.4 教程19.1：模式分类 350
19.5 练习题 355
第2部分?视 频 处 理
第20章 视频基础 359
20.1 基本概念和术语 359
20.2 单色模拟视频 363
20.2.1 模拟视频光栅 363
20.2.2 消隐区间 364
20.2.3 同步信号 364
20.2.4 复合单色模拟视频的频谱内容 365
20.3 视频中的彩色 365
20.4 模拟视频标准 367
20.4.1 NTSC 367
20.4.2 PAL 368
20.4.3 SECAM 368
20.4.4 HDTV 368
20.5 数字视频基础 369
20.5.1 数字视频的优点 369
20.5.2 一个数字视频序列的参数 370
20.5.3 音频分量 370
20.6 模-数转换 371
20.7 彩色表达和色度亚采样 373
20.8 数字视频格式和标准 374
20.8.1 Rec.601数字视频格式 374
20.8.2 常用中间格式 376
20.8.3 源中间格式 376
20.9 视频压缩技术和标准 376
20.10 在MATLAB中的视频处理 378
20.10.1 读取视频文件 378
20.10.2 处理视频文件 378
20.10.3 播放视频文件 379
20.10.4 编写视频文件 379
20.11 教程20.1：MATLAB中的基本数字视频操作 379
20.12 教程20.2：使用YUV视频数据 383
20.13 练习题 387
第21章 视频采样率和标准转换 389
21.1 视频采样 389
21.2 采样率转换 389
21.3 标准转换 390
21.3.1 去隔行 390
21.3.2 PAL和NTSC信号间的转换 391
21.3.3 彩色空间转换 392
21.3.4 宽高比转换 393
21.3.5 3﹕2下拉 393
21.4 教程21.1：行下转换 394
21.5 教程21.2：去隔行 395
21.6 教程21.3：从NTSC到PAL的转换 400
21.7 教程21.4：3﹕2下拉 401
21.8 练习题 402
第22章 数字视频处理技术和应用 403
22.1 运动估计和运动补偿基础 403
22.2 运动估计的一般方法 405
22.2.1 运动表达 406
22.2.2 运动估计准则 406
22.2.3 优化方法 407
22.3 运动估计算法 407
22.3.1 穷举搜索块匹配算法 407
22.3.2 快速算法 409
22.3.3 分层块匹配算法 410
22.3.4 相位关联方法 411
22.4 视频增强和降噪 411
22.4.1 视频降噪 411
22.4.2 帧间滤波技术 412
22.5 案例研究：复杂背景中的目标分割和跟踪 413
22.6 教程22.1：基于块的运动估计 415
22.7 教程22.2：帧内和帧间滤波技术 419
22.8 练习题 422
附录A 人类视觉感知 423
A.1 介绍 423
A.2 人眼 423
A.3 人类视觉的特性 426
A.3.1 分辨率、观察距离和观察角 426
A.3.2 细节和锐度感知 429
A.3.3 光学转移函数和调制转移函数 429
A.3.4 亮度感知 429
A.3.5 对比度和对比敏感度函数 431
A.3.6 运动感知 432
A.3.7 时空分辨率和频率响应 433
A.3.8 掩膜 434
A.4 关于人类视觉系统知识的意义和应用 435
附录B 图形用户界面开发 437
B.1 介绍 437
B.2 GUI文件结构 437
B.3 传递系统控制 438
B.4 UserData目标 440
B.5 一个工作的GUI演示 441
B.6 结束语 442
参考文献 443
索引 450
