基於Matlab的數字圖像處理

圖像信息是人類獲得外界信息的主要來源，據統計，大約有70%的信息是通過人眼獲得的，而人眼獲得的信息大部分是圖像信息。在近代科學研究、軍事技術、工業生產、醫學、生物、天文、地理、氣象等領域，人們越來越多地利用圖像信息來認識和判斷事物，解決問題。人們的目的不僅僅是獲得圖像信息，更重要的是對信息進行處理，在大量復雜的圖像信息中提取人們所需要的信息。因此，從這個意義上講，圖像信息的處理往往比圖像信息的獲取更為重要。隨著電腦技術的發展，數字圖像處理正成為新興的學科蓬勃發展。

2003年哈爾濱工業大學畢業後，一直從事教學及科研工作。黑龍江省自然科學基金協會。哈爾濱市青年科技創新人員專項資金項目，“基於二維視頻序列特徵分析及融合的深度信息獲取策略研究”， 課題負責人。黑龍江省自然科學基金項目，“提高多視角視頻編碼效率關鍵技術研究”，主要參與者（第二名）。

目 錄
第1章 數字圖像處理概述 1
1．1 數字圖像處理的主要研究內容 1
1．2 圖像的數字化和數字圖像的實質 3
1．2．1 圖像的數字化 3
1．2．2 數字圖像的實質 4
1．3 數字圖像的類型 4
1．4 數字圖像的顯示 6
1．4．1 數字圖像的顯示特性 6
1．4．2 數字圖像的打印 7
1．5 彩色模型 8
1．5．1 RGB彩色模型 9
1．5．2 CMY和CMYK彩色模型 10
1．5．3 HSI彩色模型 10
1．6 圖像的統計特徵 12
1．6．1 灰度圖像的統計特徵 12
1．6．2 灰度圖像的直方圖 12
1．6．3 多波段圖像的統計特徵 13
1．7 Matlab圖像處理基礎 13
1．7．1 圖像文件的讀/寫與顯示 14
1．7．2 圖像類型的轉換 18
1．7．3 圖像統計特徵的計算 24
1．8 本章小結 27

第2章 數字圖像處理基本運算 28
2．1 點運算 28
2．1．1 線性點運算 28
2．1．2 非線性點運算 30
2．2 代數運算與邏輯運算 31
2．2．1 加運算 32
2．2．2 減運算 33
2．2．3 乘運算 34
2．2．4 除運算 35
2．2．5 圖像邏輯運算 35
2．3 圖像幾何運算 36
2．3．1 齊次坐標 36
2．3．2 圖像平移 37
2．3．3 圖像縮放 37
2．3．4 圖像鏡像 38
2．3．5 圖像旋轉 39
2．3．6 圖像複合變換 40
2．3．7 控制點法 40
2．4 圖像插值運算 41
2．4．1 最近鄰插值法 42
2．4．2 雙線性插值法 42
2．4．3 雙三次插值法 43
2．5 圖像運算的Matlab實現 43
2．5．1 代數運算的Matlab實現 44
2．5．2 幾何運算的Matlab實現 48
2．6 本章小結 50

第3章 圖像變換 51
3．1 傅里葉變換 51
3．1．1 一維傅里葉變換 51
3．1．2 二維傅里葉變換 53
3．1．3 離散傅里葉變換的快速算法 58
3．2 離散餘弦變換 59
3．2．1 一維離散餘弦變換 59
3．2．2 二維離散餘弦變換 60
3．2．3 離散餘弦變換的快速算法 60
3．3 離散沃爾什-哈達瑪變換 61
3．3．1 離散沃爾什變換 62
3．3．2 離散哈達瑪變換 63
3．3．3 快速沃爾什-哈達瑪變換 64
3．4 離散K-L變換 66
3．5 小波變換 68
3．5．1 連續小波變換 68
3．5．2 離散小波變換 70
3．5．3 小波基函數 71
3．5．4 圖像的小波分解與重構 72
3．6 小波閾值去噪分析 74
3．6．1 基本思路 74
3．6．2 小波閾值去噪 74
3．6．3 閾值設置 75
3．6．4 閾值函數 76
3．7 圖像變換的Matlab實現 76
3．7．1 傅里葉變換的Matlab實現 77
3．7．2 離散餘弦變換的Matlab實現 79
3．7．3 哈達瑪變換的Matlab實現 82
3．7．4 小波變換的Matlab實現 84
3．8 本章小結 87

第4章 圖像空間域增強 88
4．1 直接灰度變換 88
4．1．1 線性變換 89
4．1．2 分段線性變換 89
4．1．3 非線性變換 89
4．2 直方圖修正法 90
4．2．1 直方圖均衡化 90
4．2．2 直方圖規定化 93
4．3 平滑濾波 95
4．3．1 鄰域平均濾波 96
4．3．2 中值濾波 97
4．4 銳化濾波 100
4．4．1 一階差分算子 100
4．4．2 拉普拉斯算子 102
4．4．3 Canny算子 103
4．5 偽彩色增強 104
4．5．1 密度分割法 104
4．5．2 灰度級彩色變換 105
4．6 圖像空間域增強的Matlab實現 105
4．6．1 直方圖修正法的Matlab實現 105
4．6．2 平滑濾波的Matlab實現 109
4．6．3 銳化濾波的Matlab實現 112
4．6．4 偽彩色增強的Matlab實現 114
4．7 本章小結 116

第5章 圖像頻域增強 118
5．1 頻域濾波基礎 118
5．2 低通濾波器 119
5．2．1 理想低通濾波器 119
5．2．2 巴特沃斯低通濾波器 119
5．2．3 指數低通濾波器 120
5．2．4 梯形低通濾波器 120
5．3 高通濾波器 121
5．3．1 理想高通濾波器 121
5．3．2 巴特沃斯高通濾波器 122
5．3．3 指數高通濾波器 122
5．3．4 梯形高通濾波器 122
5．4 帶通或帶阻濾波器 123
5．4．1 帶通濾波器 123
5．4．2 帶阻濾波器 123
5．5 其他頻域的增強方式 124
5．5．1 同態濾波 124
5．5．2 頻域偽彩色增強 125
5．6 圖像頻域增強的Matlab實現 126
5．6．1 低通濾波處理的Matlab實現 126
5．6．2 高通濾波處理的Matlab實現 133
5．6．3 帶通或帶阻濾波處理的Matlab實現 138
5．6．4 同態濾波處理和頻域偽彩色增強的Matlab實現 140
5．7 本章小結 142

第6章 圖像編碼 144
6．1 圖像冗餘信息及圖像質量評價 144
6．1．1 圖像冗餘信息 144
6．1．2 圖像編碼效率的定義 144
6．1．3 圖像質量評價 145
6．2 統計編碼 146
6．2．1 霍夫曼編碼 147
6．2．2 算術編碼 148
6．2．3 行程長度編碼 149
6．3 預測編碼 150
6．3．1 線性預測編碼 151
6．3．2 非線性預測編碼 152
6．4 變換編碼 152
6．5 圖像編碼的主要國際標準 154
6．5．1 靜止圖像編碼國際標準（JPEG） 154
6．5．2 運動圖像編碼國際標準（MPEG） 156
6．6 圖像編碼的Matlab實現 157
6．6．1 霍夫曼編碼的Matlab實現 157
6．6．2 算術編碼的Matlab實現 159
6．6．3 行程長度編碼的Matlab實現 160
6．7 本章小結 162

第7章 圖像恢復 163
7．1 退化模型 164
7．1．1 連續退化模型 164
7．1．2 離散退化模型 165
7．2 代數恢復方法 167
7．2．1 非約束方法 167
7．2．2 約束方法 168
7．3 逆濾波恢復法 169
7．4 維納濾波恢復法 170
7．5 圖像恢復的Matlab實現 171
7．6 本章小結 176

第8章 數學形態學運算 177
8．1 預備知識 177
8．2 形態學基本運算 179
8．2．1 膨脹與腐蝕 179
8．2．2 開運算和閉運算 182
8．3 形態學其他處理 184
8．3．1 擊中或擊不中變換 184
8．3．2 邊界提取 185
8．3．3 區域填充 186
8．3．4 連通分量的提取 187
8．3．5 細化 188
8．3．6 粗化 189
8．4 灰度圖像中的形態學運算 190
8．4．1 膨脹 190
8．4．2 腐蝕 192
8．4．3 開運算和閉運算 193
8．4．4 Top-hat變換和Bottom-hat變換 194
8．5 數學形態學的Matlab實現 195
8．5．1 膨脹與腐蝕的Matlab實現 195
8．5．2 開運算與閉運算的Matlab實現 198
8．5．3 形態學其他處理的部分Matlab實現 201
8．6 本章小結 205

第9章 基於深度學習的圖像處理 206
9．1 機器學習基礎 206
9．1．1 BP神經網絡 206
9．1．2 支持向量機SVM 209
9．2 卷積神經網絡原理 211
9．2．1 卷積神經網絡的發展歷史 211
9．2．2 卷積神經網絡的結構 212
9．2．3 卷積神經網絡的訓練 221
9．3 圖像處理中常用的捲積神經網絡 222
9．3．1 AlexNet 222
9．3．2 GoogleNet 223
9．3．3 ResNet 224
9．4 卷積神經網絡的遷移學習 224
9．5 基於卷積神經網絡的圖像分類示例 226
9．5．1 創建用於圖像分類的簡單卷積神經網絡 227
9．5．2 基於遷移學習的捲積神經網絡訓練與圖像分類結果展示 232
9．6 本章小結 241

參考文獻 243