Книга: Гонсалес Р., Вудс Р. «Цифровая обработка изображений»

Цифровая обработка изображений

Серия: "Мир цифровой обработки"

Настоящее издание является результатом значительной переработки книги "Цифровая обработка изображений" (Гонсалес и Уинтц, 1977 г. и 1978 г.; Гонсалес и Вудс, 1992 г. и 2002 г.). Одна из важнейших причин популярности книги, которая уже более 30 лет является мировым лидером в своей области - высокая степень внимания авторов к изменению образовательных потребностей читателя. Нынешнее издание базируется на самом обширном из когда-либо проводившихся исследований читательского мнения.
Как и прежде, основные цели книги - служить введением в основные понятия и методы цифровой обработки изображений, а также создать основу для последующего изучения и проведения самостоятельных исследований в этой области. Все разделы сопровождаются большим количеством примеров и иллюстраций.
Книга рассчитана на научных работников, профессиональных программистов, специалистов по компьютерному дизайну, студентов и преподавателей. Книга постоянно занимает первое место в рейтинге продаж Amazon. com и широко используется разработчиками и дизайнерами.

Содержание:

Предисловие к английскому изданию...... 11 Благодарности...... 15 Сайт книги в сети Интернет...... 16 Об авторах...... 17 Рафаэл С. Гонсалес...... 17 Ричард Е. Вудс...... 18 Предисловие научного редактора перевода...... 19 Глава 1. Введение...... 22 1. 1. Что такое цифровая обработка изображений...... 22 1. 2. Истоки цифровой обработки изображений...... 24 1. 3. Примеры областей применения цифровой обработки изображений...... 29 1. 3. 1. Формирование изображений с помощью гамма-лучей...... 30 1. 3. 2. Рентгеновские изображения...... 32 1. 3. 3. Изображения в ультрафиолетовом диапазоне...... 34 1. 3. 4. Изображения в видимом и инфракрасном диапазонах...... 36 1. 3. 5. Изображения в микроволновом диапазоне...... 43 1. 3. 6. Изображения в диапазоне радиоволн...... 44 1. 3. 7. Примеры, иллюстрирующие другие способы формирования изображений...... 46 1. 4. Основные стадии цифровой обработки изображений...... 51 1. 5. Компоненты системы обработки изображений...... 54 Заключение...... 58 Ссылки и литература для дальнейшего изучения...... 58 Литература, добавленная при переводе...... 61 Глава 2. Основы цифрового представления изображений...... 65 Введение...... 65 2. 1. Элементы зрительного восприятия...... 65 2. 1. 1. Строение человеческого глаза...... 66 2. 1. 2. Формирование изображения в глазу...... 69 2. 1. 3. Яркостная адаптация и контрастная чувствительность...... 70 2. 2. Свет и электромагнитный спектр...... 74 2. 3. Считывание и регистрация изображения...... 78 2. 3. 1. Регистрация изображения с помощью одиночного сенсора...... 79 2. 3. 2. Регистрация изображения с помощью линейки сенсоров...... 80 2. 3. 3. Регистрация изображения с помощью матрицы сенсоров...... 82 2. 3. 4. Простая модель формирования изображения...... 83 2. 4. Дискретизация и квантование изображения...... 85 2. 4. 1. Основные понятия, используемые при дискретизации и квантовании...... 85 2. 4. 2. Представление цифрового изображения...... 87 2. 4. 3. Пространственное и яркостное разрешения...... 92 2. 4. 4. Интерполяция цифрового изображения...... 99 2. 5. Некоторые фундаментальные отношения между пикселями...... 102 2. 5. 1. Соседи отдельного элемента...... 102 2. 5. 2. Смежность, связность, области и границы...... 102 2. 5. 3. Меры расстояния...... 105 2. 6. Введение в математический аппарат, применяемый в цифровой обработке изображений...... 107 2. 6. 1. Поэлементные и матричные операции...... 107 2. 6. 2. Линейные и нелинейные преобразования...... 108 2. 6. 3. Арифметические операции...... 109 2. 6. 4. Теоретико-множественные и логические операции...... 115 2. 6. 5. Пространственные операции...... 121 2. 6. 6. Векторные и матричные операции...... 129 2. 6. 7. Преобразования изображений...... 130 2. 6. 8. Вероятностные методы...... 133 Заключение...... 135 Ссылки и литература для дальнейшего изучения...... 136 Задачи...... 138 Глава 3. Яркостные преобразования и пространственная фильтрация...... 143 Введение...... 143 3. 1. Предпосылки...... 143 3. 1. 1. Основы яркостных преобразований и пространственной фильтрации...... 143 3. 1. 2. О примерах, приводимых в данной главе...... 146 3. 2. Некоторые основные градационные преобразования...... 147 3. 2. 1. Преобразование изображения в негатив...... 147 3. 2. 2. Логарифмическое преобразование...... 148 3. 2. 3. Степенные преобразования (гамма-коррекция)...... 150 3. 2. 4. Кусочно-линейные функции преобразований...... 155 3. 3. Видоизменение гистограммы...... 160 3. 3. 1. Эквализация гистограммы...... 162 3. 3. 2. Приведение гистограммы (задание гистограммы)...... 170 3. 3. 3. Локальная гистограммная обработка...... 179 3. 3. 4. Использование гистограммных статистик для улучшения изображения...... 181 3. 4. Основы пространственной фильтрации...... 186 3. 4. 1. Механизмы пространственной фильтрации...... 186 3. 4. 2. Пространственная корреляция и свертка...... 188 3. 4. 3. Векторное представление линейной фильтрации...... 193 3. 4. 4. Формирование масок пространственных фильтров...... 193 3. 5. Сглаживающие пространственные фильтры...... 194 3. 5. 1. Линейные сглаживающие фильтры...... 195 3. 5. 2. Фильтры, основанные на порядковых статистиках (нелинейные фильтры)...... 199 3. 6. Пространственные фильтры повышения резкости...... 200 3. 6. 1. Основы...... 201 3. 6. 2. Повышение резкости изображений с использованием вторых производных: лапласиан...... 203 3. 6. 3. Нерезкое маскирование и фильтрация с подъемом высоких частот...... 207 3. 6. 4. Использование производных первого порядка для (нелинейного) повышения резкости изображений: градиент...... 209 3. 7. Комбинирование методов пространственного улучшения...... 212 3. 8. Применение нечетких методов для яркостных преобразований и пространственной фильтрации...... 217 3. 8. 1. Введение...... 217 3. 8. 2. Начала теории нечетких множеств...... 218 3. 8. 3. Использование нечетких множеств...... 222 3. 8. 4. Использование нечетких множеств для яркостных преобразований...... 232 3. 8. 5. Использование нечетких множеств для пространственной фильтрации...... 235 Заключение...... 238 Ссылки и литература для дальнейшего изучения...... 238 Задачи...... 239 Глава 4. Фильтрация в частотной области...... 246 Введение...... 246 4. 1. Основы...... 247 4. 1. 1. Краткая история ряда и преобразования Фурье...... 247 4. 1. 2. О примерах, приводимых в данной главе...... 248 4. 2. Предварительные понятия...... 249 4. 2. 1. Комплексные числа...... 249 4. 2. 2. Ряды Фурье...... 250 4. 2. 3. Импульсы и их свойство отсеивания...... 250 4. 2. 4. Преобразование Фурье функции одной непрерывной переменной...... 252 4. 2. 5. Свертка...... 256 4. 3. Дискретизация и преобразование Фурье дискретных функций...... 257 4. 3. 1. Дискретизация...... 258 4. 3. 2. Преобразование Фурье дискретизованных функций...... 258 4. 3. 3. Теорема отсчетов...... 261 4. 3. 4. Наложение спектров...... 264 4. 3. 5. Реконструкция (восстановление) функции из отсчетов...... 267 4. 4. Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) одной переменной...... 268 4. 4. 1. Получение ДПФ из непрерывного преобразования дискретизованных функций...... 268 4. 4. 2. Взаимосвязь между шагом дискретизации и частотными интервалами...... 271 4. 5. Расширение на функции двух переменных...... 272 4. 5. 1. Двумерный импульс и его свойство отсеивания...... 272 4. 5. 2. Пара двумерных непрерывных преобразований Фурье...... 273 4. 5. 3. Двумерная дискретизация и двумерная теорема отсчетов...... 274 4. 5. 4. Наложение спектров при преобразовании изображений...... 276 4. 5. 5. Двумерное дискретное преобразование Фурье и его обращение...... 284 4. 6. Некоторые свойства двумерного дискретного преобразования Фурье...... 284 4. 6. 1. Взаимосвязи пространственных и частотных интервалов...... 284 4. 6. 2. Сдвиг и поворот...... 285 4. 6. 3. Периодичность...... 285 4. 6. 4. Свойства симметрии...... 287 4. 6. 5. Фурье-спектр и фаза...... 293 4. 6. 6. Двумерная теорема о свертке...... 298 4. 6. 7. Краткое изложение свойств двумерного дискретного преобразования Фурье...... 304 4. 7. Основы фильтрации в частотной области...... 304 4. 7. 1. Дополнительные характеристики частотной области...... 304 4. 7. 2. Основы частотной фильтрации...... 306 4. 7. 3. Последовательность шагов частотной фильтрации...... 313 4. 7. 4. Соответствие между пространственными и частотными фильтрами...... 314 4. 8. Частотные фильтры сглаживания изображения...... 320 4. 8. 1. Идеальные фильтры низких частот...... 320 4. 8. 2. Фильтры низких частот Баттерворта...... 324 4. 8. 3. Гауссовы фильтры низких частот...... 327 4. 8. 4. Дополнительные примеры низкочастотной фильтрации...... 330 4. 9. Повышения резкости изображений частотными фильтрами...... 332 4. 9. 1. Идеальные фильтры высоких частот...... 334 4. 9. 2. Фильтры высоких частот Баттерворта...... 336 4. 9. 3. Гауссовы фильтры высоких частот...... 336 4. 9. 4. Лапласиан в частотной области...... 338 4. 9. 5. Нерезкое маскирование, высокочастотная фильтрация с подъемом частотной характеристики, фильтрация с усилением высоких частот...... 339 4. 9. 6. Гомоморфная фильтрация...... 342 4. 10. Избирательная фильтрация...... 346 4. 10. 1. Режекторные и полосовые пропускающие фильтры...... 346 4. 10. 2. Узкополосные фильтры...... 347 4. 11. Вопросы реализации...... 351 4. 11. 1. Разделимость двумерного ДПФ...... 351 4. 11. 2. Вычисление обратного ДПФ при помощи алгоритма прямого ДПФ...... 352 4. 11. 3. Быстрое преобразование Фурье...... 353 4. 11. 4. Некоторые замечания по поводу построения фильтров...... 356 Заключение...... 357 Ссылки и литература для дальнейшего изучения...... 357 Задачи...... 359 Глава 5. Восстановление и реконструкция изображений...... 366 Введение...... 366 5. 1. Модель процесса искажения/восстановления изображения...... 367 5. 2. Модели шума...... 368 5. 2. 1. Пространственные и частотные свойства шума...... 369 5. 2. 2. Функции плотности распределения вероятностей для некоторых важных типов шума...... 369 5. 2. 3. Периодический шум...... 374 5. 2. 4. Построение оценок для параметров шума...... 375 5. 3. Подавление шумов - пространственная фильтрация...... 378 5. 3. 1. Усредняющие фильтры...... 378 5. 3. 2. Фильтры, основанные на порядковых статистиках...... 382 5. 3. 3. Адаптивные фильтры...... 386 5. 4. Подавление периодического шума - частотная фильтрация...... 393 5. 4. 1. Режекторные фильтры...... 393 5. 4. 2. Полосовые фильтры...... 395 5. 4. 3. Узкополосные фильтры...... 396 5. 4. 4. Оптимальная узкополосная фильтрация...... 398 5. 5. Линейные трансляционно-инвариантные искажения...... 403 5. 6. Оценка искажающей функции...... 406 5. 6. 1. Оценка на основе визуального анализа изображения...... 407 5. 6. 2. Оценка на основе эксперимента...... 407 5. 6. 3. Оценка на основе моделирования...... 408 5. 7. Инверсная фильтрация...... 411 5. 8. Фильтрация методом минимизации среднего квадрата отклонения (винеровская фильтрация)...... 414 5. 9. Фильтрация методом минимизации сглаживающего функционала со связью...... 418 5. 10. Среднегеометрический фильтр...... 424 5. 11. Реконструкция изображения по проекциям...... 424 5. 11. 1. Введение...... 425 5. 11. 2. Принципы компьютерной томографии (КТ)...... 428 5. 11. 3. Проекции и преобразование Радона...... 432 5. 11. 4. Теорема о центральном сечении...... 438 5. 11. 5. Реконструкция по проекциям в параллельных пучках методом фильтрации и обратного проецирования...... 439 5. 11. 6. Реконструкция на основе фильтрованных обратных проекций с веерным пучком...... 445 Заключение...... 452 Ссылки и литература для дальнейшего изучения...... 453 Задачи...... 454 Глава 6. Обработка цветных изображений...... 460 Введение...... 460 6. 1. Основы теории цвета...... 461 6. 2. Цветовые модели...... 468 6. 2. 1. Цветовая модель RGB...... 469 6. 2. 2. Цветовые модели CMY и CMYK...... 474 6. 2. 3. Цветовая модель HSI...... 475 6. 3. Обработка изображений в псевдоцветах...... 483 6. 3. 1. Квантование по яркости...... 484 6. 3. 2. Преобразование яркости в цвет...... 489 6. 4. Основы обработки цветных изображений...... 495 6. 5. Цветовые преобразования...... 496 6. 5. 1. Постановка задачи...... 496 6. 5. 2. Цветовое дополнение...... 501 6. 5. 3. Вырезание цветового диапазона...... 502 6. 5. 4. Яркостная и цветовая коррекция...... 504 6. 5. 5. Обработка гистограмм...... 509 6. 6. Сглаживание и повышение резкости...... 511 6. 6. 1. Сглаживание цветных изображений...... 511 6. 6. 2. Повышение резкости цветных изображений...... 514 6. 7. Сегментация изображения, основанная на цвете...... 515 6. 7. 1. Сегментация в цветовом пространстве HSI...... 515 6. 7. 2. Сегментация в цветовом пространстве RGB...... 517 6. 7. 3. Обнаружение контуров на цветных изображениях...... 520 6. 8. Шум на цветных изображениях...... 524 6. 9. Сжатие цветных изображений...... 527 Заключение...... 529 Ссылки и литература для дальнейшего изучения...... 529 Задачи...... 530 Глава 7. Вейвлеты и кратномасштабная обработка...... 536 Введение...... 536 7. 1. Предпосылки...... 537 7. 1. 1. Пирамиды изображений...... 538 7. 1. 2. Субполосное кодирование...... 543 7. 1. 3. Преобразование Хаара...... 550 7. 2. Кратномасштабное разложение...... 554 7. 2. 1. Разложения в ряды...... 554 7. 2. 2. Масштабирующие функции...... 557 7. 2. 3. Вейвлет-функции...... 562 7. 3. Одномерные вейвлет-преобразования...... 566 7. 3. 1. Разложение в вейвлет-ряды...... 566 7. 3. 2. Дискретное вейвлет-преобразование...... 569 7. 3. 3. Интегральное вейвлет-преобразование...... 571 7. 4. Быстрое вейвлет-преобразование...... 574 7. 5. Двумерные вейвлет-преобразования...... 583 7. 6. Вейвлет-пакеты...... 593 Заключение...... 604 Ссылки и литература для дальнейшего изучения...... 604 Задачи...... 606 Глава 8. Сжатие изображений...... 611 Введение...... 611 8. 1. Основы...... 612 8. 1. 1. Кодовая избыточность...... 614 8. 1. 2. Пространственная и временнaя избыточность...... 616 8. 1. 3. Лишняя информация...... 617 8. 1. 4. Измерение содержащейся в изображении информации...... 618 8. 1. 5. Критерии верности воспроизведения...... 621 8. 1. 6. Модели сжатия изображений...... 624 8. 1. 7. Форматы изображений, контейнеры и стандарты сжатия...... 626 8. 2. Некоторые основные методы сжатия...... 630 8. 2. 1. Кодирование Хаффмана...... 630 8. 2. 2. Кодирование Голомба...... 633 8. 2. 3. Арифметическое кодирование...... 637 8. 2. 4. LZW-кодирование...... 640 8. 2. 5. Кодирование длин серий...... 644 8. 2. 6. Кодирование на базе шаблонов...... 651 8. 2. 7. Кодирование битовых плоскостей...... 655 8. 2. 8. Блочное трансформационное кодирование...... 659 8. 2. 9. Кодирование с предсказанием...... 679 8. 2. 10. Вейвлет-кодирование...... 700 8. 3. Нанесение цифровых водяных знаков на изображение...... 713 Заключение...... 722 Ссылки и литература для дальнейшего изучения...... 722 Задачи...... 724 Глава 9. Морфологическая обработка изображений...... 728 Введение...... 728 9. 1. Начальные сведения...... 728 9. 2. Эрозия и дилатация...... 732 9. 2. 1. Эрозия...... 732 9. 2. 2. Дилатация...... 734 9. 2. 3. Двойственность...... 737 9. 3. Размыкание и замыкание...... 737 9. 4. Преобразование "попадание/пропуск" ...... 742 9. 5. Некоторые основные морфологические алгоритмы...... 745 9. 5. 1. Выделение границ...... 745 9. 5. 2. Заполнение дырок...... 746 9. 5. 3. Выделение связных компонент...... 748 9. 5. 4. Выпуклая оболочка...... 751 9. 5. 5. Утончение...... 753 9. 5. 6. Утолщение...... 754 9. 5. 7. Построение остова...... 755 9. 5. 8. Усечение...... 758 9. 5. 9. Морфологическая реконструкция...... 761 9. 5. 10. Сводная таблица морфологических операций...... 768 9. 6. Морфология полутоновых изображений...... 771 9. 6. 1. Эрозия и дилатация...... 772 9. 6. 2. Размыкание и замыкание...... 774 9. 6. 3. Некоторые основные алгоритмы полутоновой морфологии...... 777 9. 6. 4. Полутоновая морфологическая реконструкция...... 784 Заключение...... 787 Ссылки и литература для дальнейшего изучения...... 788 Задачи...... 788 Глава 10. Сегментация изображений...... 797 Введение...... 797 10. 1. Основы...... 798 10. 2. Обнаружение точек, линий и перепадов...... 800 10. 2. 1. Основы...... 801 10. 2. 2. Обнаружение изолированных точек...... 805 10. 2. 3. Обнаружение линий...... 806 10. 2. 4. Модели перепадов...... 811 10. 2. 5. Простые методы обнаружения контурных перепадов...... 817 10. 2. 6. Более совершенные методы обнаружения контуров...... 826 10. 2. 7. Связывание контуров и нахождение границ...... 840 10. 3. Пороговая обработка...... 854 10. 3. 1. Обоснование...... 854 10. 3. 2. Обработка с глобальным порогом...... 858 10. 3. 3. Метод Оцу оптимального глобального порогового преобразования...... 860 10. 3. 4. Применение сглаживания изображения для улучшения обработки с глобальным порогом...... 865 10. 3. 5. Использование контуров для улучшения обработки с глобальным порогом...... 867 10. 3. 6. Обработка с несколькими порогами...... 870 10. 3. 7. Обработка с переменным порогом...... 874 10. 3. 8. Пороги, основанные на нескольких переменных...... 880 10. 4. Сегментация на отдельные области...... 881 10. 4. 1. Выращивание областей...... 882 10. 4. 2. Разделение и слияние областей...... 886 10. 5. Сегментация по морфологическим водоразделам...... 889 10. 5. 1. Исходные предпосылки...... 889 10. 5. 2. Построение перегородок...... 892 10. 5. 3. Алгоритм сегментации по водоразделам...... 894 10. 5. 4. Использование маркеров...... 896 10. 6. Использование движения при сегментации...... 899 10. 6. 1. Пространственные методы...... 899 10. 6. 2. Частотные методы...... 903 Заключение...... 907 Ссылки и литература для дальнейшего изучения...... 907 Задачи...... 909 Глава 11. Представление и описание...... 919 Введение...... 919 11. 1. Представление...... 919 11. 1. 1. Прослеживание границы...... 920 11. 1. 2. Цепные коды...... 922 11. 1. 3. Аппроксимация ломаной линией минимальной длины...... 925 11. 1. 4. Другие методы аппроксимации ломаной линией...... 932 11. 1. 5. Сигнатуры...... 934 11. 1. 6. Сегменты границы...... 936 11. 1. 7. Остовы областей...... 938 11. 2. Дескрипторы границ...... 941 11. 2. 1. Некоторые простые дескрипторы...... 941 11. 2. 2. Нумерация фигур...... 942 11. 2. 3. Фурье-дескрипторы...... 944 11. 2. 4. Статистические характеристики...... 947 11. 3. Дескрипторы областей...... 948 11. 3. 1. Некоторые простые дескрипторы...... 949 11. 3. 2. Топологические дескрипторы...... 950 11. 3. 3. Текстурные дескрипторы...... 954 11. 3. 4. Инварианты моментов двумерных функций...... 966 11. 4. Использование главных компонент для описания...... 969 11. 5. Реляционные дескрипторы...... 980 Заключение...... 983 Ссылки и литература для дальнейшего изучения...... 984 Задачи...... 985 Глава 12. Распознавание объектов...... 990 Введение...... 990 12. 1. Образы и классы образов...... 990 12. 2. Распознавание на основе методов теории принятия решений...... 995 12. 2. 1. Сопоставление...... 996 12. 2. 2. Статистически оптимальные классификаторы...... 1003 12. 2. 3. Нейронные сети...... 1013 12. 3. Структурные методы распознавания...... 1036 12. 3. 1. Сопоставление номеров фигур...... 1036 12. 3. 2. Сопоставление строк символов...... 1037 Заключение...... 1039 Ссылки и литература для дальнейшего изучения...... 1040 Задачи...... 1041 Приложения...... 1045 Кодовые таблицы для сжатия изображений...... 1045 Литература...... 1050 Предметный указатель...... 1081

Издательство: "Техносфера" (2012)

ISBN: 9785948363318

Другие книги автора:

КнигаОписаниеГодЦенаТип книги
Цифровая обработка изображенийНастоящее издание является результатом значительной переработки книги "Цифровая обработка изображений"… — (формат: Твердая глянцевая, 1104 стр.) Подробнее...20121073бумажная книга

См. также в других словарях:

  • Цифровая обработка изображений — Обработка изображений любая форма обработки информации, для которой входные данные представлены изображением, например, фотографиями или видеокадрами. Обработка изображений может осуществляться как для получения изображения на выходе (например,… …   Википедия

  • Цифровая обработка сигналов — (ЦОС, DSP  англ. digital signal processing)  преобразование сигналов, представленных в цифровой форме. Любой непрерывный (аналоговый) сигнал может быть подвергнут дискретизации по времени и квантованию по уровню (оцифровке), то… …   Википедия

  • Обработка изображений — Монохромное черно белое изображение. Обработка изображений  любая форма обработки информации, для которой входные данные представлены изображением, например, фотографиями или видеокадрами. Обработка изображений может осуществлятьс …   Википедия

  • Цифровая фильтрация — Цифровая обработка сигналов (англ. digital signal processing, DSP), ЦОС преобразование сигналов, представленных в цифровой форме. Любой непрерывный (аналоговый) сигнал s(t) может быть подвергнут дискретизации по времени и квантованию по уровню… …   Википедия

  • Обработка сигналов — У этого термина существуют и другие значения, см. Сигнал (значения). Обработка сигналов область радиотехники, в которой осуществляется восстановление, разделение информационных потоков, подавление шумов, сжатие данных, фильтрация, усиление… …   Википедия

  • Сжатие изображений — Сжатие изображений  применение алгоритмов сжатия данных к изображениям, хранящимся в цифровом виде. В результате сжатия уменьшается размер изображения, из за чего уменьшается время передачи изображения по сети и экономится пространство для… …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»