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第1章 绪论1

1.1计算机视觉1

1.1.1计算机视觉的概念1

1.1.2计算机视觉的发展2

1.1.3Marr视觉理论简介3

1.1.4计算机视觉的研究内容及面临的问题6

1.1.5计算机视觉的应用8

1.1.6相关学科9

1.2视觉测量技术10

1.2.1视觉测量技术分类10

1.2.2视觉测量系统组成11

1.2.3视觉测量的流程13

1.2.4视觉测量技术的特点14

1.2.5视觉测量技术的应用14

1.2.6视觉测量技术的发展趋势15

思考与练习16

第2章 人类视觉17

2.1感觉与视觉18

2.1.1感觉18

2.1.2感觉的生理机制18

2.1.3感觉阈值18

2.1.4视觉19

2.2人眼构成20

2.3视觉过程21

2.3.1光学过程21

2.3.2化学过程22

2.3.3神经处理过程24

2.4视觉感受野25

2.5视觉的空间特性26

2.5.1空间频率响应特性26

2.5.2视觉在空间上的累积效应27

2.5.3眼睛的空间分辨率28

2.6视觉的时间特性28

2.6.1时间频率响应特性28

2.6.2视觉在时间上的累积效应30

2.6.3眼睛的时间分辨率30

2.6.4视觉适应30

2.7视觉的心理物理学特性31

2.7.1视觉对比31

2.7.2视错觉31

2.7.3马赫带效应33

2.7.4赫尔曼格子错觉34

思考与练习35

第3章 光辐射与光源照明36

3.1电磁波与光辐射36

3.2辐射度量和光度量38

3.2.1辐射度量38

3.2.2光度量40

3.2.3辐射度量与光度量之间的关系41

3.3光源42

3.3.1光源的基本性能参数42

3.3.2常用可见光光源44

3.4光源照明系统49

3.4.1照明光源类型49

3.4.2照明方式50

3.4.3照明颜色52

第4章 光学成像与图像采集53

4.1镜头53

4.1.1镜头结构55

4.1.2视场55

4.1.3光学倍率和数值孔径56

4.1.4景深56

4.1.5曝光量和光圈数58

4.1.6分辨率58

4.1.7镜头选择60

4.2光电成像器件61

4.2.1光电成像器件的发展61

4.2.2光电成像器件分类62

4.3电荷耦合器件63

4.3.1 MOS结构63

4.3.2 CCD工作原理64

4.3.3 CCD分类68

4.3.4 CCD特性参数74

4.3.5 CMOS传感器79

4.4图像采集卡80

4.5计算机81

4.5.1硬件配置81

4.5.2数据通信接口82

思考与练习83

第5章 图像基础84

5.1图像的产生84

5.2数字图像85

5.2.1数字化85

5.2.2数字图像的表示88

5.2.3图像文件格式89

5.3图像分类90

5.4彩色图像92

5.4.1彩色基础92

5.4.2彩色模型93

5.4.3彩色图像的灰度化处理97

5.5图像性质98

5.5.1图像分辨率98

5.5.2直方图与联合直方图98

5.5.3熵和联合熵101

5.5.4其他统计特征101

5.5.5图像品质评价102

5.6图像处理运算的形式104

5.6.1点处理105

5.6.2邻域处理105

5.6.3全局处理106

5.7图像的傅里叶变换106

5.7.1傅里叶级数106

5.7.2傅里叶变换108

5.7.3幅度谱、相位谱和功率谱109

5.7.4二维DFT的性质110

5.7.5图像傅里叶变换的MATLAB实现114

思考与练习114

第6章 图像质量的改善116

6.1对比度增强117

6.1.1灰度级变换117

6.1.2直方图变换120

6.1.3彩色增强125

6.2平滑与噪声滤除129

6.2.1图像中的噪声129

6.2.2均值滤波130

6.2.3中值滤波132

6.2.4边缘保持滤波器134

6.3频域滤波135

6.3.1频域滤波基础135

6.3.2低通滤波器137

6.3.3高通滤波器139

6.3.4带阻滤波器141

6.3.5同态滤波器142

6.4锐化143

6.5图像的代数运算144

6.5.1图像相加144

6.5.2图像相减146

6.5.3图像相乘146

6.5.4图像相除147

思考与练习148

第7章 二值图像分析150

7.1图像分割与阈值分割151

7.1.1图像分割151

7.1.2阈值分割151

7.2全局阈值法153

7.2.1双峰法153

7.2.2p参数法154

7.2.3判别分析法154

7.2.4最大熵法155

7.2.5自动迭代法155

7.3自适应阈值法156

7.3.1阈值插值法156

7.3.2移动平均法156

7.4二值图像的几何学性质156

7.4.1连通性156

7.4.2距离158

7.5二值图像的操作159

7.5.1连通成分标记159

7.5.2膨胀与腐蚀160

7.5.3细线化161

7.5.4形状特征的测量方法163

思考与练习166

第8章 图像的特征提取167

8.1点检测167

8.1.1 Moravec角点检测算子168

8.1.2 SUSAN角点检测算子168

8.1.3 Harris角点检测算子170

8.2边缘检测171

8.2.1边缘的模型、边缘检测的基本步骤171

8.2.2基于梯度的边缘检测173

8.2.3基于拉普拉斯算子的边缘检测176

8.2.4 Canny算子178

8.3边缘跟踪181

8.3.1局部处理方法181

8.3.2边缘跟踪方法181

8.4 Hough变换182

8.4.1 Hough变换及直线检测183

8.4.2 Hough变换圆检测185

8.4.3广义Hough变换187

8.5形状特征188

8.5.1形状特征须满足的条件188

8.5.2形状特征的应用188

8.5.3形状的描述和表示189

8.6变换系数特征191

8.7纹理特征192

8.7.1灰度共生矩阵193

8.7.2自相关函数195

8.7.3灰度差值统计195

8.7.4傅里叶描述子196

思考与练习196

第9章 图像配准198

9.1图像配准概述199

9.1.1图像配准概念199

9.1.2常用的图像配准技术200

9.1.3图像配准技术的应用201

9.2空间几何变换202

9.2.1简单变换202

9.2.2刚体变换与相似性变换204

9.2.3仿射变换204

9.2.4投影变换205

9.2.5非线性变换205

9.3基于灰度的图像配准206

9.3.1空域模板匹配及相似性度量206

9.3.2相位相关法208

9.4基于特征的图像配准210

9.4.1基于特征的配准步骤210

9.4.2形状匹配及Hausdor距离211

9.5快速配准算法212

9.5.1变灰度级相关算法212

9.5.2 FFT相关算法212

9.5.3序惯相似性检测算法213

9.5.4变分辨率相关算法213

9.5.5基于投影特征的匹配算法213

9.6亚像素级配准技术214

9.6.1拟合法214

9.6.2插值法215

9.6.3细分像素法216

思考与练习216

第10章 摄像机标定218

10.1视觉测量坐标系218

10.1.1四个基本坐标系218

10.1.2四个坐标系间的变换关系219

10.2摄像机成像模型221

10.2.1针孔模型222

10.2.2透视投影222

10.2.3摄像机镜头畸变223

10.3摄像机标定方法225

10.3.1线性标定方法226

10.3.2 Tsai两步标定法228

第11章 双目立体成像232

11.1双目成像模式与视差233

11.1.1双目横向模式233

11.1.2双目横向会聚模式234

11.1.3双目纵向模式236

11.2双目视觉测量数学模型237

11.3立体匹配方法概述与极线约束238

11.3.1立体匹配技术238

11.3.2极线约束238

11.4双目视觉测量系统标定239

第12章 光学三角法三维测量技术241

12.1三维测量技术及应用241

12.1.1接触式与非接触式测量242

12.1.2光学三维测量技术的应用244

12.2光学三角法测量原理245

12.3结构光视觉测量法246

12.3.1结构光视觉测量系统246

12.3.2结构照明光源与照明方式247

12.3.3单线结构光测量原理248

12.3.4多线结构光测量原理249

12.4光栅投射法250

12.4.1光栅投射法基本原理250

12.4.2相位测量技术251

参考文献254