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第1章 概述1

1.1 图像检测与处理的目的、方法和应用领域1

1.2 图像检测与处理的物理基础5

1.2.1 光的电磁理论和光度学简介5

1.2.2 色度学简介9

1.2.3 人眼视觉模型与视觉心理物理学性质11

1.3 图像的基本概念13

1.3.1 图像与数字图像13

1.3.2 图像的采样与量化15

1.3.3 数字图像的数学描述18

1.3.4 直方图25

1.4 被测信息的成像方式26

1.4.1 可用于成像的参量27

1.4.2 信息载体与成像27

1.4.3 光的性质与成像28

1.4.4 扫描成像29

1.4.5 被测物体的速度与成像30

1.4.6 被测物体的大小与成像32

1.5 图像检测与处理的主要内容33

本章习题34

第2章 图像检测系统硬件组成35

2.1 成像器件35

2.1.1 CCD的工作原理和种类35

2.1.2 CMOS的工作原理和像素结构40

2.1.3 PSD半导体位置敏感检出器41

2.1.4 摄像管42

2.1.5 自扫描光电二极管阵列44

2.2 图像采集系统44

2.2.1 系统的基本组成45

2.2.2 光源及照明系统45

2.2.3 光学系统46

2.2.4 A/D转换、存储和显示47

2.2.5 机械扫描装置47

2.2.6 实际的图像输入设备48

2.2.7 计算机图像采集系统51

2.3 实时图像处理系统52

2.3.1 传统图像处理系统存在的问题52

2.3.2 图像并行处理的原理和实现方法52

2.3.3 基于DSP的图像处理系统52

2.3.4 基于计算机的图像并行处理系统54

2.4 序列图像的获取57

2.4.1 多路视频的采集与监控57

2.4.2 运动物体跟踪拍摄58

2.4.3 立体成像59

2.4.4 单摄像机扫描拍摄60

2.5 特殊成像方式60

2.5.1 红外或热成像60

2.5.2 微波成像61

2.5.3 工业X射线、γ射线、CT等成像62

2.5.4 多光谱图像64

2.5.5 数据可视化技术64

本章习题65

第3章 图像检测与处理的数学基础66

3.1 卷积和相关66

3.2 傅里叶变换67

3.2.1 一维傅里叶变换67

3.2.2 二维傅里叶变换67

3.2.3 离散傅里叶变换68

3.2.4 快速傅里叶变换68

3.3 小波变换69

3.3.1 连续小波变换69

3.3.2 离散小波变换70

3.3.3 小波多尺度分解与重构71

3.4 灰度级插值与曲线拟合74

3.4.1 最近邻插值74

3.4.2 均值插值75

3.4.3 双线性插值75

3.4.4 最小二乘法拟合77

3.4.5 B样条函数77

3.5 图像间运算79

3.6 图像的空间变换81

3.6.1 位置变换81

3.6.2 形状变换86

3.6.3 三维图像的投影变换91

本章习题99

第4章 图像的预处理100

4.1 图像噪声的抑制100

4.1.1 图像平滑100

4.1.2 中值滤波103

4.1.3 边界保持类平滑滤波105

4.1.4 频域滤波去噪111

4.1.5 小波滤波去噪113

4.2 图像增强114

4.2.1 直方图均衡化114

4.2.2 对比度线性展宽118

4.2.3 动态范围调整120

4.2.4 一阶微分算子122

4.2.5 二阶微分算子127

4.2.6 同态滤波图像增强129

4.2.7 局部增强130

4.2.8 彩色增强131

4.2.9 小波变换的增强和边缘检测134

4.3 校正技术136

4.3.1 γ校正136

4.3.2 灰度级校正137

4.3.3 几何畸变校正140

4.3.4 彩色校正142

本章习题143

第5章 图像分割145

5.1 基于阈值的分割146

5.1.1 极小值法148

5.1.2 p－参数法149

5.1.3 最大类间／类内方差比法149

5.1.4 类间最大距离法150

5.1.5 聚类法151

5.1.6 局部阈值法151

5.1.7 最大熵法152

5.1.8 最佳阈值法152

5.1.9 迭代法154

5.1.10 动态阈值法154

5.2 基于区域的分割155

5.2.1 区域生长155

5.2.2 分裂与合并159

5.3 彩色图像的分割162

5.3.1 彩色空间参数的选择163

5.3.2 多参数直方图法166

本章习题169

第6章 图像特征与分析170

6.1 目标区域的进一步处理170

6.1.1 腐蚀与膨胀170

6.1.2 开、闭运算172

6.1.3 贴标签175

6.1.4 边界线的提取与链码175

6.1.5 细线化和骨骼化177

6.1.6 Hough变换180

6.2 特征量182

6.2.1 计数182

6.2.2 周长184

6.2.3 面积184

6.2.4 质心184

6.2.5 圆形度185

6.2.6 矩形度185

6.2.7 扁度185

6.2.8 距离186

6.2.9 凹凸性187

6.2.10 斜率、曲率187

6.2.11 傅里叶描述子188

6.3 纹理统计特征189

6.3.1 纹理分析的概念和方法189

6.3.2 灰度共生矩阵法的特征参数190

6.3.3 灰度－梯度共生矩阵法的特征参数192

本章习题195

第7章 图像检测系统的标定和误差分析196

7.1 标定196

7.1.1 基本概念196

7.1.2 坐标系和数学描述197

7.1.3 Tsai’s万能摄像机标定法200

7.1.4 Weng’s摄像机标定法201

7.1.5 坐标测量中的尺寸标定202

7.1.6 摄像机的标定202

7.2 影响图像检测精度的主要因素203

7.2.1 成像系统的几何畸变203

7.2.2 成像系统的噪声204

7.2.3 视频图像采集的像素抖动206

7.2.4 图像处理算法的影响206

7.2.5 标定误差的影响207

7.2.6 拼接误差的影响208

7.2.7 特征量测量的误差209

7.3 图像检测的评价210

本章习题211

第8章 工程应用212

8.1 几何量测量212

8.1.1 几何尺寸测量213

8.1.2 粗糙度测量214

8.1.3 螺纹参数测量215

8.1.4 齿轮部分参数测量217

8.1.5 样板尺寸确定218

8.2 工业质量检测219

8.3 三维曲面检测221

8.4 PIV技术222

8.5 坐标测量与图像检测的结合223

8.6 颗粒度参数检测和计算225

8.7 气象中的应用226

参考文献229