数字图像处理技术——基于Python的实现

本书全面介绍数字图像处理的基本理论、基本算法，以及基于python语言的实现，不仅关注理论与实践的结合，还关注基本理论和基本算法的研究发展及延伸。本书共8章。章简要介绍数字图像的基本概念、基本的图像处理系统，以及数字图像处理技术的应用与发展等。第2章针对python语言在图像处理算法开发中的应用，概述python开发环境配置、python基本语法等。在前两章的基础上，第3~8章逐一介绍图像的像素运算与几何变换、图像的空间域处理、图像的频率域处理、图像复原、图像分割及形态学图像处理等理论内容和主要算法的python代码实现。此外，在代码实现部分，本书还附加了相关python图像处理函数的详细使用说明。同时，虑初学者的接受程度，部分章节安排了综合应用案例或经典算法改进的相关内容，旨在帮助读者丰富认知、拓宽视野。本书内容系统，重点突出，工程实现介绍详尽，可以作为高等学校工科电子信息相关专业的本科生和的数字图像处理课程教材，也可以作为从事数字图像处理相关工作的开发人员的参书。

梁义涛，教授，工学博士，美国普渡大学访问学者、电子学会信号处理分会高级会员、中国粮油学会自动化分会会员、河南省教育厅学术技术带头人。先后主持或参与国家及省部级10余项，获河南省科技进步三等奖3项、获授权发明专利4项，发表论文40余篇，出版作品7本。主讲《EDA技术基础》、《现代信号处理》等课程。 李永锋，河北衡水人，现执教于河南工业大学，中国通信学会会员、中国计算机学会会员，主要研究方向为图像处理与模式识别、语音信号处理与分析等，主要讲授“数字图像处理”、“信息论与编码”、“MATLAB及其应用”等课程。主持并参与省级以上课题多项，出版图书4部，发表论文20余篇。 巩立新，黑龙江齐齐哈尔人，现执教于河南工业大学，硕士研究生学历，曾就职于多家互联网公司，擅长大型网站开发与设计，精通Python、PHP、Golang、Java等编程语言，一作授权发明型专利2项，登记软件著作权3项，参与地厅级项目1项，指导学生获得中国计算机设计大赛国奖1项，省奖2项。 张庆辉，河南工业大学信息科学与工程学院院长，博士，教授，博士生导师，河南省科技创新杰出青年，河南省学术技术带头人，河南省高层次人才，河南省创新型科技团队带头人，河南省高校科技创新团队带头人，郑州市创新领军人才，郑州市高层次人才，郑州市公共安全防范协会专家委员会副主任委员，河南省计量器具标准化技术委员会委员。目前主要从事智能信息处理方面的研究工作。近年来在国内外期刊发表论文近40多篇，被SCI、EI收录20多篇，出版著作2部，完成国家自然科学基金、国家科技支撑计划项目等各类科研项目10余项，获河南省科技进步二等奖1项、三等奖3项，获厅级科技成果奖多项，获批国家专利20余项。 傅洪亮，教授，1986年、1989年及2006年毕业于南京邮电大学通信工程学院并分别获得工学学士学位、硕士学位和博士学位，先后主持或参加国家863、国家自然科学基金等省部级以上项目16项，获得河南省信息产业厅、教育厅科技成果一等奖4项、二等奖2项，发表学术论文一百余篇，获得国家发明专利6项；主讲宽带无线通信、数字信号处理课程，主持教研项目4项，河南工业大学“优秀教师”、“十佳师德标兵”和河南省教育厅学术技术带头人。

br/>第 1章  绪论 1
1.1 数字图像的基本概念 2
1.1.1  数字图像的概念 2
1.1.2  图像的特点 2
1.2 基本的图像处理系统 3
1.2.1  图像处理硬件系统 4
1.2.2  图像处理软件系统 5
1.3 数字图像处理技术的应用与发展 5
1.3.1  数字图像处理研究内容 5
1.3.2  数字图像处理技术分层 7
1.3.3  数字图像处理技术的发展 8
1.3.4  数字图像处理技术的应用 9
1.4 数字图像离散化及分类 12
1.4.1  数字图像离散化 12
1.4.2  数字图像分类 15
1.5 图像文件格式 16
1.6 图像质量的评价方法 20
1.6.1  图像质量评价方法概述 20
1.6.2  主观质量评价方法 21
1.6.3  客观质量评价方法 21
第 2章 Python图像处理编程基础
2.1 引言 28
2.2 Python开发环境配置 29
2.2.1 Anaconda安装和使用 29
2.2.2 PyCharm安装和使用 30
2.2.3 Python图像处理库安装 33
2.3 Python基础 35
2.3.1  基础语法 35
2.3.2  数据类型 37
2.3.3  运算符 48
2.3.4  程序流程控制 51
2.3.5  函数 54
第3章 图像的像素运算与几何变换
3.1 引言 59
3.2 图像点运算 59
3.2.1  图像点运算算法 59
3.2.2  图像点运算实现 60
3.3 图像代数运算 62
3.3.1  图像代数运算算法 62
3.3.2  图像代数运算实现 65
3.4 图像逻辑运算 68
3.4.1  图像逻辑运算算法 68
3.4.2  图像逻辑运算实现 69
3.5 图像的缩放 70
3.5.1  图像缩放变换算法 70
3.5.2  图像缩放实现 73
3.6 图像的旋转 74
3.6.1  图像旋转变换算法 74
3.6.2  图像旋转实现 76
3.7 图像的平移 77
3.7.1  图像平移变换算法 77
3.7.2  图像平移实现 78
3.8 图像的裁剪 79
3.8.1  图像裁剪算法 79
3.8.2  图像裁剪实现 79
3.9 图像的转置 80
3.9.1  图像转置算法 80
3.9.2  图像转置实现 80
3.10 图像的镜像变换 81
3.10.1  图像镜像变换算法 81
3.10.2  图像镜像变换实现 82
第4章  图像的空间域处理
4.1 引言 85
4.2 灰度增强 85
4.2.1  直方图修正法 86
4.2.2  灰度的线性变换 92
4.2.3  灰度的分段线性变换 94
4.2.4  灰度的非线性变换 94
4.3 图像平滑 97
4.3.1  图像噪声 98
4.3.2  邻域平均法 100
4.3.3  多幅图像平均法 103
4.3.4  中值滤波法 105
4.3.5  模板操作 108
4.4 图像锐化 110
4.4.1  一阶微分法 110
4.4.2  梯度算子 111
4.4.3  拉普拉斯算子 112
4.5 图像的伪彩色处理 114
4.5.1  色彩模型 114
4.5.2  密度分割法 118
4.5.3  灰度变换法 119
4.5.4  频率域滤波法 121
4.5.5  彩色图像灰度化 121
知识拓展（一）  CLAHE算法及其Python实现 123
知识拓展（二）  自适应中值滤波及其Python实现 126
第5章  图像的频率域处理
5.1 引言 132
5.2 傅里叶变换基础知识 132
5.2.1  连续傅里叶变换 132
5.2.2  离散傅里叶变换 133
5.2.3  幅度谱、相位谱、功率谱 135
5.2.4  二维离散傅里叶变换的性质 136
5.2.5  离散图像傅里叶变换的实现 137
5.3 频率域滤波基础 138
5.3.1  频率域滤波和空间域滤波的关系 138
5.3.2  数字图像的频谱图 138
5.3.3  频率域滤波的基本步骤 139
5.4 频率域低通滤波器 140
5.4.1  理想低通滤波器及其Python实现 140
5.4.2  高斯低通滤波器及其Python实现 143
5.4.3  巴特沃思低通滤波器及其Python实现 145
5.4.4  指数低通滤波器及其Python实现 147
5.5 频率域高通滤波器 147
5.5.1  常用的高通滤波器 148
5.5.2  同态滤波 152
知识拓展（一）  Retinex理论及其Python实现 155
知识拓展（二）  双边滤波器及其Python实现 164
第6章  图像复原
6.1 引言 168
6.2 图像退化原因与复原技术基础 169
6.2.1  图像降质的数学模型 169
6.2.2  离散图像退化的数学模型 171
6.3 逆滤波复原 173
6.3.1  逆滤波复原原理 173
6.3.2  病态性及其改进 175
6.4 维纳滤波复原 176
6.4.1  有约束的复原方法 176
6.4.2  维纳滤波 177
第7章  图像分割
7.1 引言 182
7.1.1  图像分割的定义 182
7.1.2  图像分割的分类 183
7.2 基于阈值的图像分割方法 184
7.2.1  阈值分割概述 184
7.2.2  峰-谷阈值选取法 185
7.2.3  微分阈值选取法 186
7.2.4  迭代阈值选取法 187
7.2.5  最优阈值法 189
7.2.6  最大类间方差法 190
7.3 基于区域的图像分割方法 194
7.3.1  区域生长算法 194
7.3.2  区域分裂与合并 197
7.3.3  四叉树数据结构 198
7.4 基于边缘的图像分割方法 200
7.4.1 Roberts算子 201
7.4.2 Sobel算子 203
7.4.3 Prewitt算子 205
7.4.4 LoG算子 206
7.4.5 Canny算子 207
7.4.6  分水岭算法 211
知识拓展（一）  DoG算法及其Python实现 215
知识拓展（二）  基于边缘/区域的图像分割及其
    Python实现 218
知识拓展（三）  图像分割的无监督学习及其
    Python实现 223
第8章  形态学图像处理
8.1 引言 228
8.1.1  数学形态学简介 228
8.1.2  图像位置关系 229
8.1.3  结构元素 229
8.1.4  形态学运算过程 230
8.2 集合论基础知识 231
8.2.1  元素和集合 231
8.2.2  集合的基本运算 231
8.3 基本形态学运算 232
8.3.1  腐蚀 233
8.3.2  膨胀 236
8.3.3  开运算和闭运算 239
8.3.4  击中/击不中 243
8.4 数学形态学应用 246
8.4.1  细化 246
8.4.2  厚化 247
8.4.3  形态滤波 248
8.4.4  平滑 248
8.4.5  边缘提取 249
8.4.6  区域填充 251
知识拓展  高级形态学处理及其Python实现 252

内容摘要
本书全面介绍数字图像处理的基本理论、基本算法，以及基于 Python 语言的实现，不仅关注理论与实践的结合，还关注基本理论和基本算法的研究发展及延伸。
本书共 8 章。第 1 章简要介绍数字图像的基本概念、基本的图像处理系统，以及数字图像处理技术的应用与发展等。第 2 章针对 Python 语言在图像处理算法开发中的应用，概述 Python 开发环境配置、Python基本语法等。在前两章的基础上，第 3～8 章逐一介绍图像的像素运算与几何变换、图像的空间域处理、图像的频率域处理、图像复原、图像分割及形态学图像处理等理论内容和主要算法的 Python 代码实现。此外，在代码实现部分，本书还附加了相关 Python 图像处理函数的详细使用说明。同时，考虑初学者的接受程度，部分章节安排了综合应用案例或经典算法改进的相关内容，旨在帮助读者丰富认知、拓宽视野。
本书内容系统，重点突出，工程实现介绍详尽，可以作为高等学校工科电子信息相关专业的本科生和研究生的数字图像处理课程教材，也可以作为从事数字图像处理相关工作的开发人员的参考书。

主编推荐
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2.结合当下热点，讲解新应用，详细介绍人工智能方面的图像处理技术。
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