圖像工程(下)：圖像理解(第3版)（簡體書）

《圖像工程（下冊）：圖像理解（第3版）》主要分為4個單元。第1單元（包含第2～4章）介紹圖像採集表達技術，其中第2章介紹攝像機成像模型和標定技術，第3章介紹採集含深度信息圖像的方法，第4章介紹各種表達3-D景物的技術。第2單元（包含第5～8章）介紹景物重建技術，其中第5章介紹雙目立體視覺方法，第6章介紹多目立體視覺方法，第7章介紹從多幅圖像恢復景物的技術，第8章介紹從單幅圖像恢復景物的技術。第3單元（包含第9～11章）介紹場景解釋技術，其中第9章介紹知識表達和推理方法，第10章介紹目標和符號匹配技術，第11章介紹場景分析和語義解釋的內容。第4單元（包含第12～14章）介紹三個研究示例，其中第12章介紹多傳感器圖像信息融合方法，第13章介紹基於內容的圖像和視頻檢索技術，第14章介紹時空行為理解的內容。書中的附錄介紹了有關視覺和視知覺的一些知識，與各章都有一些聯繫。書中還提供大量例題、思考題和練習題，並對部分練習題提供了解答。書末還給出了主題索引。
《圖像工程（下冊）：圖像理解（第3版）》可作為信號與信息處理、通信與信息系統、電子與通信工程、模式識別與智能系統、計算機視覺等學科研究生專業基礎或專業課教材，也可供信息與通信工程、電子科學與技術、計算機科學與技術，測控技術與儀器、機器人自動化、生物醫學工程、光學、電子醫療設備研製、遙感、測繪和軍事偵察等領域的科技工作者參考。

章毓晉，1989年獲比利時列日大學應用科學博士學位。1989年至1993年為荷蘭德爾夫特大學博士後及研究人員。從1993年到中國北京清華大學工作，1997年被聘為教授，1998年被評為博士生導師。2003年學術休假期間同時被聘為新加坡南洋理工大學訪問教授。
在清華大學，先後開出並講授10多門本科生和研究生課程。在南洋理工大學，開出並講授過研究生課程：“現代圖像分析（英語）”。已編寫出版了圖像工程系列教材第1版和第2版，以及《圖像處理和分析基礎》，《圖像處理和分析技術》（第2版），《圖像處理和分析教程》、《計算機視覺教程》和《ImageEngineering：Processing，Analysis，andUnderstanding》，翻譯出版了《彩色數字圖像處理》。已在國內外發表了30多篇教學研究論文。
主要科學研究領域為其積極倡導的圖像工程（圖像處理、圖像分析、圖像理解及其技術應用）和相關學科。從1996年起已連續十六年對中國圖像工程的研究及主要文獻進行了系統的年度分類總結綜述。已在國內外發表400多篇圖像工程研究論文，出版了專著《圖像分割》，《基於內容的視覺信息檢索》，《基於子空間的人臉識別》，編著了《英漢圖像工程辭典》，主持編著了《AdvancesinImageandVideoSegmentation》，《Semantic-BasedVisualInformationRetrieval》，《AdvancesinFaceImageAnalysis：Techniques
andTechnologies》。
現為中國圖像圖形學學會學術委員會主任；國際電氣電子工程師協會（IEEE）高級會員；國際光學工程協會（SPIE）會士（因在圖像工程方面的成就）；《中國圖像圖形學報》副主編，《電子與信息學報》，《計算機輔助設計與圖形學學報》，《信號處理》和《自動化學報》編委；以及國際刊物《PatternRecognitionLetters》的associateeditor。曾任第一屆、第二屆、第四屆、第五屆和第六屆國際圖像圖形學術會議（ICIG'2000，ICIG'2002，ICIG'2007，ICIG'2009，ICIG'2011）程序委員會主席，第十二屆、第十三屆、第十四屆、第十五屆和第十六屆全國圖像圖形學術會議（NCIG2005，NCIG'2006，NCIG'2008，NCIG'2010，NCIG'2012）程序委員會席。

《圖像工程(下冊):圖像理解(第3版)》編輯推薦：第1版獲全國普通高等學校優秀教材一等獎，第2版評為全國普通高等教育“十一五”精品教材。

全套書第3版前言
這是《圖像工程》第3版，全套書仍分3冊，分別為《圖像工程（上冊）——圖像處理》、《圖像工程（中冊）——圖像分析》和《圖像工程（下冊）——圖像理解》。該套書全面介紹圖像工程的基礎概念、基本原理、典型方法、實用技術以及國際上相關內容研究的新成果。
《圖像工程》第2版也分3冊，名稱相同。上、中、下冊分別在2006年、2005年和2007年出版。2007年還出版了《圖像工程》第2版的3冊合訂本。至今共計重印20次，總計約合7萬多冊。
《圖像工程》第1版也分3冊，名稱分別為《圖像工程（上冊）——圖像處理和分析》、《圖像工程（下冊）——圖像理解和計算機視覺》和《圖像工程（附冊）——教學參考及習題解答》。這3冊分別在1999年、2000年和2002年出版。第1版共重印近30次，總計約11萬冊。
《圖像工程》的多次重印表明作者一直倡導的，為了對各種圖像技術進行綜合研究、集成應用而建立的整體框架——圖像工程作為一門系統地研究各種圖像理論、技術和應用的新的交叉學科得到了廣泛的認可。同時，隨著研究的深入和技術的發展，編寫新版的工作也逐漸提到議事日程上來。
第3版的編寫開始于2009年，是年暑假靜心構思了整書的新框架。其后，根據框架收集了一些最新的相關書籍和文獻（包括印刷版和電子版），仔細進行了閱讀并做了筆記。這為新版的編寫打下了一個堅實的基礎。第3版在內容的深度和廣度上，仍希望讀者能通過本套書的學習，獨立和全面地了解該領域的基本理論、技術、應用和發展。
第3版仍如前兩版那樣，在編寫的方針上，力求具有理論性、實用性、系統性、實時性；在內容敘述上，力求理論概念嚴謹，論證簡明扼要。考慮到圖像技術的飛速發展，第3版既保留了第2版中有代表性的經典內容，也削減了一部分近年使用不多的陳舊內容，同時還認真選取了近年的一些最新研究成果和得到廣泛使用的典型技術以進行充實。這些新內容既參考了許多有關文獻，也結合了作者的一些研究工作和成果以及這些年來的教學教案。為使內容更加集中和緊湊，壓縮了擴展性的討論。第3版在覆蓋面有所增加的情況下整體篇幅比第2版有一定的減少。
與上一版相比，第3版有如下幾個調整：
第一，各冊書均從第2章就開始介紹正式內容，更快進入主題。先修或預備內容分別安排在需先修部分的同一章前，從教學角度來說，更加實用，也突出了主線內容。
第二，除第1章緒論外，各冊書的正式內容都結合成4個單元，每個單元都有具體說明，全書的系統性和結構性均得到了加強，也有利于復習考核。
第三，各章中的習題均只給出了少部分習題解答，給教師使用習題更靈活的選擇。更多的習題和其余的習題解答將會放在出版社網站上，便于補充、改進。
第四，各冊書后均增加了主題索引（并給出了英文），這樣一來方便在書中查找有關內容，二來也方便在網上查找有關文獻。
從1996年開始編寫《圖像工程》第1版至今已15年。這期間，作者與許多讀者（包括教師、學生、自學者）有過各種形式的討論和交流，除了面談外，許多人打過電話或發過電子郵件。這些討論和交流使作者獲得了許多寶貴的意見和建議，在編寫這3版中都起到了不可或缺的作用，特別是在解釋和描述的詳略方面都結合讀者反饋意見進行了調整，從而更加容易理解和學習。值得指出的是，書中還匯集了幾年來不少聽課學生的貢獻，許多例題和練習題是在歷屆學生作業和課堂討論的基礎上提煉出來的，一些圖片還直接由學生幫助制作，在選材上也從學生的反饋中受到許多啟發。借此機會對他們一并表示衷心的感謝。
書中有相當內容基于作者和他人共同研究的成果，特別是歷年的學生邊輝、蔡偉、陳權崎、陳挺、陳偉、陳正華、程正東、戴聲揚、段菲、馮上平、傅卓、高永英、葛菁華、侯樂天、胡浩基、黃英、黃翔宇、賈波、賈超、賈慧星、姜帆、李娟、李樂、李品一、李勍、李睿、李碩、李小鵬、李雪、劉寶弟、劉鍇、劉青棣、劉惟錦、劉曉旻、劉忠偉、陸海斌、羅惠韜、羅沄、錢宇飛、秦暄、秦垠峰、阮孟貴（Nguyen Manh Quy）、賽義（Saeid Bagheri）、沈斌、譚華春、湯達、王樹徽、王宇雄、王志明、文熙安（Tristan Vincent）、吳高洪、吳瑋、夏爾雷（Charley Paulus）、向振、徐丹、徐楓、徐潔、徐培、徐寅、薛菲、薛景浩、嚴嚴、楊勁波、楊翔英、姚玉榮、魚榮珍（Eo Young Jin）、俞天利、于信男、袁靜、張寧、趙雪梅、鄭胤、朱小青、朱云峰，博士后高立志、王懷穎以及進修教師崔京守（Choi Jeong Swu）、石俊生、楊衛平、曾萍萍、張貴倉等，第1版、第2版和第3版采用的圖片除作者本人制作的外，也包括他們在研究工作中收集和實驗得到的。該書應該說是多人合作成果的體現。
最后，感謝妻子何蕓、女兒章荷銘以及父母在各方面的理解和支持！
章毓晉
2012年元旦于清華大學

本冊書概況和使用建議
本冊書為《圖像工程》第3版的下冊，主要介紹圖像工程的第三層次——圖像理解的基本概念、基本原理、典型方法、實用技術以及國際上有關研究的新成果。
本冊書第1章是緒論，介紹圖像理解基礎并概述全書。本冊書主要內容分別在4個單元中介紹。第1單元（包含第2、3、4章）介紹圖像采集表達技術，其中第2章介紹攝像機成像模型和標定技術，第3章介紹采集含深度信息圖像的方法，第4章介紹各種表達3D景物的技術。第2單元（包含第5、6、7、8章）介紹景物重建技術，其中第5章介紹雙目立體視覺方法，第6章介紹多目立體視覺方法，第7章介紹從多幅圖像恢復景物的技術，第8章介紹從單幅圖像恢復景物的技術。第3單元（包含第9、10、11章）介紹場景解釋技術，其中第9章介紹知識表達和推理方法，第10章介紹目標和符號匹配技術，第11章介紹場景分析和語義解釋的內容。第4單元（包含第12、13、14章）介紹三個研究示例，其中第12章介紹多傳感器圖像信息融合方法，第13章介紹基于內容的圖像和視頻檢索技術，第14章介紹時空行為理解的內容。書中的附錄為有關視覺和視知覺的一些知識，與各章都有一些聯系。
本冊書包括14章正文，1個附錄，以及“部分習題解答”、“參考文獻”和“索引”。在這18個一級標題下共有68個二級標題（節），再下還有124個三級標題（小節）。全冊書共有文字（也包括圖片、繪圖、表格、公式等）約50多萬字。本冊書共有編了號的圖295個（包括257幅圖片）、表格36個、公式623個。為便于教學和理解，本冊書共給出各類例題74個。為便于檢查教學和學習效果，各章后均有12個思考題和練習題，全書共有168個，對其中的28個（每章2個）練習題提供了參考答案（更多習題的解答將考慮另行提供）。另外，參考文獻中統一列出了直接引用和提供參考的近300篇文獻的目錄。最后，書末還給出了500多個主題索引（及英譯）。
本冊書各章內容和長度基本平衡，根據學生的基礎和背景，每章可用3～4個課堂學時講授，另外還需2～3個課外學時練習和復習。
本冊書主要介紹圖像理解的內容，需要有一定的圖像處理和圖像分析基礎，最好作為學習圖像技術的第三本書來學習（如果自學的話，最好在學習完上冊的前兩個單元和中冊的前兩個單元后進行）。當學時比較緊張時，可先學習前兩個單元，再從后兩個單元中選取部分內容。

、辭典正文、漢英索引21世紀高等學校計算機規劃教材：計算機視覺教程21世紀高等學校計算機規劃教材：計算機視覺教程￥28．80(8．0折) 《21世紀高等學校計算機規劃教材：計算機視覺教程》系統地介紹計算機視覺的一些基本原理、典型方法和實用技術，內容包括視覺和視知覺、圖像採集、圖像預處理、基元檢測、目標分割、目標表達和描述普通高等教育“十二五”規劃教材．電子信息類精品教材：圖像處理基礎教程普通高等教育“十二五”規劃教材．電子信息類精品教材：圖像處理基礎教程￥32．50(8．2折) 《普通高等教育“十二五”規劃教材．電子信息類精品教材：圖像處理基礎教程》主要介紹對圖像進行加工以改善其質量，並從中獲取更多信息的一些基礎概念、基本原理、典型方法、實用技術和應用成果。 基於子空間的人臉識別基於子空間的人臉識別￥23．20(8．0折) 《基於子空間的人臉識別》結合作者自身的相關研究工作，回顧該領域的發展過程，介紹基本的原理和關鍵技術，總結已有的豐富成果，探索深入研究的方向。全面系統地介紹人臉識別的主要概念、基本原理圖像工程（下冊）：圖像理解（第3版）圖像工程（下冊）：圖像理解（第3版）￥42．20(8．6折) 《圖像工程（下冊）：圖像理解（第3版）》主要分為4個單元。第1單元（包含第2～4章）介紹圖像採集表達技術，其中第2章介紹攝像機成像模型和標定技術，第3章介紹採集含深度信息圖像的方法，第4章介圖像工程（上冊）：圖像處理（第3版）圖像工程（上冊）：圖像處理（第3版）￥31．60(8．0折)《圖像工程（上冊）：圖像處理（第3版）》為《圖像工程》第3版的上冊，主要介紹圖像工程的第一層次：圖像處理的基本概念、基本原理、典型方法、實用技術以及國際上有關研究的新成果。 本冊書主要分為4圖像工程（中冊）：圖像分析（第3版）圖像工程（中冊）：圖像分析（第3版）￥31．60(8．0折)《圖像工程（中冊）：圖像分析（第3版）》為《圖像工程》第3版的中冊，主要介紹圖像工程的第二層次：圖像分析的基本概念、基本原理、典型方法、實用技術以及國際上有關研究的新成果。 本冊書主要分為圖像分析．清華大學信息科學技術學院教材．信息與通信工程系列：圖像工程（中）圖像分析．清華大學信息科學技術學院教材．信息與通信工程系列：圖像工程（中）￥31．90(8．0折) 本冊書為《圖像工程》的中冊，主要介紹圖像工程的第二層次：圖像分析的基本概念、基本原理、典型方法、實用技術以及國際上有關研究的新成果。 本冊書主要內容歸納在五大部分中。第一大部分（第1章緒論
1．1圖像工程的發展
1．2圖像理解及相關學科
1．2．1圖像理解
1．2．2計算機視覺
1．2．3其他相關學科
1．2．4圖像理解的應用領域
1．3圖像理解理論框架
1．3．1馬爾視覺計算理論
1．3．2對馬爾理論框架的改進
1．3．3關於馬爾重建理論的討論
1．3．4新理論框架的研究
1．4內容框架和特點
總結和複習

第1單元採集表達
第2章攝像機成像
2．1視覺過程
2．2攝像機成像模型
2．2．1基本攝像機模型
2．2．2近似投影模式
2．2．3一般攝像機模型
2．2．4通用成像模型
2．3攝像機標定
2．3．1標定程序和參數
2．3．2兩級標定法
2．4光度學和亮度成像
2．4．1光度學
2．4．2亮度成像模型
總結和複習
第3章深度信息採集
3．1高維圖像和成像方式
3．1．1高維圖像種類
3．1．2本征圖像和非本征圖像
3．1．3深度成像方式
3．2雙目成像模式
3．2．1雙目橫向模式
3．2．2雙目會聚橫向模式
3．2．3雙目軸向模式
3．3深度圖像直接採集
3．3．1飛行時間法
3．3．2結構光法
3．3．3莫爾等高條紋法
3．3深度和亮度圖像同時採集
3．4顯微鏡3-D分層成像
3．4．1景深和焦距
3．4．2顯微鏡3-D成像
3．4．3共聚焦顯微鏡3-D成像
總結和複習
第4章3-D景物表達
4．1曲線和曲面的局部特徵
4．1．1曲線局部特徵
4．1．2曲面局部特徵
4．23-D表面表達
4．2．1參數表達
4．2．2表面朝向表達
4．3等值面的構造和表達
4．3．1行進立方體算法
4．3．2覆蓋算法
……

第2單元景物重建
第3單元場景解釋
第4單元研究示例
附錄A視覺和視知覺
部分習題解答
參考文獻
索引

（2）將各子目標進一步分解成對應一組基本方法的步驟，這些步驟對應軟件包的子程序；
（3）對相似的問題采取相近的解決方法以提高效率；
（4）允許迭代進行控制；
（5）當工作結果不成功時允許逐級返回。
2.一般圖像處理知識模塊
它的主要功能有以下幾方面：
（1）規劃各種層次的處理操作；
（2）控制處理流程，包括自下而上或自上而下、并行或串行、中心控制或分布控制等；
（3）將數學分析結果映射為符號量；
（4）表達和使用與領域無關的圖像知識，如基于識別的分割；
（5）實現對圖像處理質量的評價機制；
（6）通過與模型匹配以識別目標。
3.用戶界面知識模塊
用戶界面包含如何與用戶打交道的知識，所以可把它也看作一個模塊。用戶界面的兩個主要功能是：①允許用戶指定系統通過加工圖像要達到的目的；②允許用戶輸入特定領域的知識。
大多數圖像理解系統都是根據特定目標而構造的，但這些目標在程序結構中多數是隱含表示的。對一個涉及許多目標的系統來說，尚無通用的方法來指定系統去尋找哪類目標和從中抽取哪類信息。在這些情況下，一個交互的用戶界面是必要的，因為對系統的指令總會包含一些容易混淆的問題，需要通過反復試驗來確定。另外，需要先驗證系統的能力以對實際圖像應用進行特定的處理。
用戶界面可有多種層次，例如對新用戶，專家系統通過詢問，幫助他們確定應用；較有能力的用戶可使用菜單；而專業用戶可直接通過翻譯器輸入命令。用戶界面在獲取與解決問題相關的知識方面也非常重要，但現在可以提供這種功能的系統還不多。
4.自動學習模塊
讓系統自己學習比手工輸入知識更容易，自動學習模塊還允許獲取知識并將其用于其他模塊。這方面的研究大部分集中在自動獲取目標模型或其他參數模型上[Bhanfi l994]，此外，研究用于目標描述的自動學習和識別分析策略也很重要。這里可用于學習的知識源主要有以下幾方面：
（1）用某些形式語言對軟件系統的詳細描述；
（2）有關它的自然語言文字；
（3）使用軟件系統的實驗；
（4）對系統使用后的觀察結果。