圖像工程(上)：圖像處理(第3版)（簡體書）

《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。
《圖像工程(上冊):圖像處理(第3版)》主要分為4個單元。第1單元（包含第2～4章）介紹圖像增強技術，其中第2章介紹基于點操作的空域增強技術，第3章介紹基于模板操作的空域增強技術，第4章介紹頻域增強技術。第2單元（包含第5～7章）介紹圖像恢復技術，其中第5章介紹圖像消噪和恢復技術，第6章介紹圖像校正和修補技術，第7章介紹圖像投影重建技術。第3單元（包含第8～10章）介紹圖像編碼技術，其中第8章介紹圖像編碼基礎，第9章介紹圖像變換編碼技術，第10章介紹其他編碼技術。第4單元（包含第11～14章）介紹圖像拓展技術，其中第11章介紹圖像水印技術，第12章介紹彩色圖像處理技術，第13章介紹視頻圖像處理技術，第14章介紹多尺度圖像處理技術。書中的附錄A介紹了圖像方面的一些國際標準，主要與第3單元相關。書中提供了大量例題、思考題和練習題，并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(上冊):圖像處理(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、計算機視覺等學科大學本科和研究生專業基礎課教材，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、電子醫療設備研制、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1 993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，先後開出并講授l0多門本科生和研究生課程。在南洋理工大學，開出并講授過研究生課程：“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《Image Engineering: Processing，Analysis，and Understanding》，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《圖象分割》，《基于內容的視覺信息檢索》，《基于子空間的人臉識別》，編著了《英漢圖像工程辭典》，主持編著了《Advances in Image and Video Segmentation》,《Semantic-Based Visual Information Retrieval》,《Advances in Face Image Analysis: Techniques and Technologies》。
現為中國圖象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)；《中國圖象圖形學報》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“Pattern Recognition Letters”的associate editor。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(NCIG'2005，NCIG'2006，NCIG'2008，NCIG'2010，NCIG'2012)程序委員會主席。

《圖像工程(上冊):圖像處理(第3版)》第2第評為全國普通高等教育“十一五”精品教材，第1版獲全國普通高等學校優秀教材一等獎。

第1章 緒論
1.1 圖像
1.1.1 圖像表示和顯示
1.1.2 空間分辨率和幅度分辨率
1.2 圖像工程簡介
1.2.1 圖像技術和圖像工程
1.2.2 圖像工程的3個層次
1.2.3 圖像工程相關學科和領域
1.2.4 圖像工程的技術應用
1.2.5 圖像工程文獻統計分類
1.3 圖像處理系統
1.3.1 系統構成框圖
1.3.2 圖像采集
1.3.3 圖像顯示打印
1.3.4 圖像存儲
1.3.5 圖像處理
1.4 內容框架和特點
總結和復習

第1單元 圖像增強
第2章 空域增強：點操作
2.1 圖像坐標變換
2.1.1 基本坐標變換
2.1.2 坐標變換擴展
2.2 圖像間運算
2.2.1 算術和邏輯運算
2.2.2 圖像間算術運算的應用
2.3 圖像灰度映射
2.3.1 灰度映射原理
2.3.2 典型灰度映射
2.4 直方圖變換
2.4.1 直方圖均衡化
2.4.2 直方圖規定化
總結和復習


第3章 空域增強：模板操作
3.1 像素間聯系
3.1.1 像素的鄰域和鄰接
3.1.2 像素間的連接和連通
3.1.3 像素間的距離
3.2 模板運算
3.3 線性濾波
3.3.1 線性平滑濾波
3.3.2 線性銳化濾波
3.4 非線性濾波
3.4.1 非線性平滑濾波
3.4.2 非線性銳化濾波
3.4.3 線性和非線性混合濾波
3.5 局部增強
總結和復習


第4章 頻域圖像增強
4.1 頻域技術原理
4.2 傅里葉變換
4.2.1 2D傅里葉變換
4.2.2 傅里葉變換定理
4.2.3 快速傅里葉變換
4.3 低通和高通濾波器
4.3.1 低通濾波器
4.3.2 高通濾波器
4.4 帶通和帶阻濾波器
4.5 同態濾波器
4.5.1 亮度成像模型
4.5.2 同態濾波增強
總結和復習

第2單元 圖像恢復
第5章 圖像消噪和恢復
5.1 圖像退化及模型
5.1.1 圖像退化示例
5.1.2 圖像退化模型
5.2 噪聲濾除
5.2.1 噪聲描述
5.2.2 噪聲概率密度函數
5.2.3 均值類濾波器
5.2.4 排序類統計濾波器
5.2.5 選擇性濾波器
5.3 無約束恢復
5.3.1 無約束恢復公式
5.3.2 逆濾波
5.4 有約束恢復
5.4.1 有約束恢復公式
5.4.2 維納濾波器
5.4.3 有約束最小平方恢復
5.5 交互式恢復
總結和復習

第6章 圖像校正和修補
6.1 圖像仿射變換
6.1.1 一般仿射變換
6.1.2 特殊仿射變換
6.1.3 變換間的聯系
6.2 幾何失真校正
6.2.1 空間變換
6.2.2 灰度插值
6.3 圖像修復
6.3.1 圖像修補原理
6.3.2 全變分模型
6.3.3 混合模型
6.4 區域填充
6.4.1 基于樣本的方法
6.4.2 結合稀疏表達的方法
總結和復習

第7章 圖像投影重建
7.1 投影重建方式
7.1.1 透射斷層成像
7.1.2 發射斷層成像
7.1.3 反射斷層成像
7.1.4 電阻抗斷層成像
7.1.5 磁共振成像
7.2 投影重建原理
7.2.1 基本模型
7.2.2 拉東變換
7.3 傅里葉反變換重建
7.4 逆投影重建
7.4.1 逆投影重建原理
7.4.2 卷積逆投影重建
7.4.3 其他逆投影重建方法
7.5 代數重建技術
7.6 綜合重建方法
總結和復習

第3單元 圖像編碼
第8章 圖像編碼基礎
8.1 圖像壓縮原理
8.1.1 數據冗余
8.1.2 圖像編解碼
8.1.3 圖像保真度和質量
8.2 編碼定理
8.2.1 信息單位和信源描述
8.2.2 無失真編碼定理
8.2.3 率失真編碼定理
8.3 變長編碼
8.3.1 哥倫布編碼
8.3.2 哈夫曼編碼
8.3.3 香農法諾編碼
8.3.4 算術編碼
8.4 位平面編碼
8.4.1 位平面的分解
8.4.2 位平面的編碼
總結和復習

第9章 圖像變換編碼
9.1 可分離和正交圖像變換
9.2 離散余弦變換
9.3 正交變換編碼
9.3.1 正交變換編碼系統
9.3.2 子圖像尺寸選擇
9.3.3 變換選擇
9.3.4 比特分配
9.4 小波變換
9.4.1 小波變換基礎
9.4.2 1D小波變換
9.4.3 快速小波變換
9.4.4 2D小波變換
9.5 小波變換編碼
9.5.1 小波變換編解碼系統
9.5.2 基于提升小波的編碼
總結和復習

第10章 其他圖像編碼方法
10.1 基于符號的編碼
10.2 LZW編碼
10.3 預測編碼
10.3.1 無損預測編碼
10.3.2 有損預測編碼
10.4 矢量量化
10.5 準無損編碼
10.6 比較和評述
10.6.1 不同方法特性的比較
10.6.2 其他編碼方法
總結和復習

第4單元 拓展技術
第11章 圖像水印
11.1 水印原理和特性
11.1.1 水印的嵌入和檢測
11.1.2 水印特性
11.1.3 水印分類
11.2 DCT域圖像水印
11.2.1 無意義水印算法
11.2.2 有意義水印算法
11.3 DWT域圖像水印
11.3.1 人眼視覺特性
11.3.2 小波水印算法
11.4 水印性能評判
11.4.1 失真測度
11.4.2 基準測量和攻擊
11.4.3 水印性能測試示例
11.5 信息隱藏
11.5.1 水印與信息隱藏
11.5.2 基于迭代混合的圖像隱藏
總結和復習

第12章 彩色圖像處理
12.1 彩色視覺和色度圖
12.1.1 彩色視覺基礎
12.1.2 三基色與色匹配
12.1.3 色度圖
12.2 彩色模型
12.2.1 面向硬設備的彩色模型
12.2.2 面向視覺感知的彩色模型
12.3 偽彩色增強
12.4 真彩色處理
12.4.1 處理策略
12.4.2 單分量變換增強
12.4.3 全彩色增強
12.4.4 全彩色濾波和消噪
總結和復習

第13章 視頻圖像處理
13.1 視頻表達和格式
13.1.1 視頻基礎
13.1.2 彩色電視制式
13.2 運動分類和表達
13.3 運動檢測
13.3.1 利用圖像差的運動檢測
13.3.2 基于模型的運動檢測
13.3.3 頻率域運動檢測
13.4 視頻濾波
13.4.1 基于運動檢測的濾波
13.4.2 基于運動補償的濾波
13.4.3 消除勻速直線運動模糊
13.5 視頻預測編碼
總結和復習

第14章 多尺度圖像處理
14.1 多尺度表達
14.2 高斯和拉普拉斯金字塔
14.2.1 高斯金字塔
14.2.2 拉普拉斯金字塔
14.2.3 原始圖像的重建
14.3 多尺度變換技術
14.3.1 3類多尺度變換技術
14.3.2 多尺度變換技術比較
14.4 基于多尺度小波的處理
14.5 超分辨率技術
14.5.1 基本模型和技術分類
14.5.2 基于單幅圖像的超分辨率復原
14.5.3 基于多幅圖像的超分辨率重建
14.5.4 基于示例的學習方法
總結和復習
附錄A 圖像國際標準
A.1 國際標準
A.2 二值圖像壓縮國際標準
A.3 靜止圖像壓縮國際標準
A.4 運動圖像壓縮國際標準
A.5 多媒體國際標準
部分習題解答

本書為《圖像工程》的上冊，是開篇或入門的一冊。
本章對全書內容要點和布局結構進行概括介紹，安排如下：
1.1 節介紹圖像的基本概念，以及對圖像的表達（包括圖像的表示方法和顯示形式）。
1.2 節全面介紹對整個圖像領域進行綜合集成的新學科——圖像工程。圖像工程目前包括3個層次（本書介紹的圖像處理是其第1個層次），與多個學科有密切關系，也有廣泛的應用。為對圖像工程研究應用的發展和現狀有一個全面的了解，還介紹了對圖像工程文獻統計分類的一些結果。
1.3 節結合對圖像處理系統框架的介紹，討論完成其中各個模塊功能的典型設備情況。本書主要涉及圖像處理的原理和算法，但硬設備是構成系統和實現各種算法的基礎。該節概括了圖像處理的外圍知識，為後面各章集中介紹圖像處理技術打下了基礎。
1.4 節概括介紹本書主要內容、框架結構、編寫特點以及先修知識要求。
1.1 圖像
人們一般將圖像看作對場景或景物的一種可視表現形式。例如，字典里對圖像的一個定義是“對物體的表達、表象、模仿，一個生動的視覺描述，為了表達其他事物而引入的事物”[Bow2002]。嚴格一點說，圖像是用各種觀測系統以不同形式和手段觀測客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼并進而產生視知覺的實體[章1996a]。人的視覺系統就是一個觀測系統，通過它得到的圖像就是客觀景物在人心目中形成的影像。
圖像含有豐富的信息。我們生活在一個信息時代，科學研究和統計表明，人類從外界獲得的信息約有75%來自視覺系統，也就是從圖像中獲得的。這里圖像的概念是比較廣義的，包括照片、繪圖、動畫、視像，甚至文檔等。中國有句古話，“百聞不如一見”。人們常說，“一圖值千字”。這些都說明圖像中所含的信息內容非常豐富，是我們最主要的信息源。