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目录1

出版者的话1

专家指导委员会1

译者序1

前言1

第1章 绪论1

1.1 机器视觉1

1.2 应用问题2

1.2.1 数字图像2

1.2.2 查询图像数据库3

1.2.3 检查交叉支撑杆上的螺孔3

1.2.4 诊断人脑内部5

1.2.5 处理扫描的文本页面6

1.2.6 解释积雪覆盖6

1.2.7 理解零件场景7

1.3 图像运算8

1.3.1 邻域运算8

1.3.2 整幅图像增强9

1.3.3 多幅图像运算9

1.3.4 图像特征计算10

1.3.5 抽取非图像表示10

1.4 面临的问题11

1.5 计算机和应用软件11

1.8 参考文献12

1.6 相关领域12

1.7 内容安排12

1.9 附加习题14

第2章 图像生成与图像表示17

2.1 光线感测17

2.2 成像设备18

2.2.1 CCD摄像机18

2.2.2 图像形成19

2.2.3 视频摄像机20

2.3.3 光晕21

2.3.2 散射21

2.3.1 几何畸变21

2.3 数字图像中的问题＊21

2.2.4 人眼21

2.3.4 CCD差异22

2.3.5 削波与逆变22

2.3.6 彩色畸变22

2.3.7 量化效应22

2.4 图像函数与数字图像22

2.4.1 图像类型22

2.4.2 图像量化与空间度量24

2.5 数字图像格式＊27

2.5.5 游程编码二值图像28

2.5.4 常用图像格式28

2.5.6 PGM格式28

2.5.1 图像文件头28

2.5.3 数据压缩28

2.5.2 图像数据28

2.5.7 GIF格式29

2.5.8 TIFF格式30

2.5.9 JPEG格式30

2.5.10 PostScript格式30

2.5.11 MPEG格式30

2.5.12 图像格式比较31

2.6 成像影响因素31

2.7 从二维图像到三维结构32

2.8 5种参考坐标系33

2.8.1 像素坐标系I33

2.8.2 物体坐标系O34

2.8.3摄像机坐标系C34

2.8.4 实际图像坐标系F34

2.8.5 界坐标系W34

2.9 其他类型的传感器＊34

2.9.1 测微密度计34

2.9.2v彩色图像和多谱图像35

2.9.3 X射线35

2.9.5 离扫描仪和深度图像36

2.9.4 磁共振成像36

2.10 参考文献38

第3章 二值图像分析39

3.1 像素与邻域39

3.2 图像模板运算40

3.3 目标计数41

3.4 连通成分标记42

3.4.1 递归标记算法43

3.4.2 逐行标记算法45

3.5.1 结构元49

3.5.2 基本运算49

3.5 二值图像形态学49

3.5.3 二值形态学的应用51

3.5.4 条件膨胀54

3.6 区域特征54

3.7 区域邻接图61

3.8 灰度级图像阈值化62

3.8.1 直方图阈值选择62

3.8.2 自动阈值处理：Otsu方法＊63

3.9 参考文献66

第4章 模式识别69

4.1 模式识别问题69

4.2.4 分类器70

4.2.3 特征抽取算子70

4.2.5 分类系统的建立70

4.2.1 类别70

4.2.2 传感器／变换器70

4.2 分类模型70

4.2.6 系统错误估计71

4.2.7 误报和漏报72

4.3 查准率与查全率72

4.4 特征表示73

4.5 特征向量表示74

4.6 分类器的实现75

4.6.1 最近均值分类75

4.6.2 最近邻分类76

4.7 结构方法77

4.8 混淆矩阵79

4.9 决策树79

4.10 贝叶斯决策83

4.11 多维数据决策87

4.12 机器学习88

4.13 人工神经网络＊88

4.13.1 感知器模型88

4.13.2 多层前向网络91

4.14 参考文献94

5.1.2 检测低层特征95

5.1.1 改善图像质量95

5.1 图像处理95

第5章 图像滤波与增强95

5.2 灰度级映射96

5.3 去除小图像区域99

5.3.1 去除盐椒噪声99

5.3.2 去除小成分100

5.4 图像平滑100

5.5 中值滤波102

5.6 差分模板边缘检测104

5.6.1 1D信号差分104

5.6.2 2D图像差分算子107

5.7 高斯滤波与LOG边缘检测111

5.7.1 LOG边缘检测112

5.7.2 类视觉的边缘检测114

5.7.3 马尔-海尔德斯理论115

5.8 Canny边缘检测116

5.9 配滤波模板＊117

5.9.1 量空间117

5.9.2 利用正交基119

5.9.3 柯西-施瓦茨不等式120

5.9.4 m×n图像的向量空间120

5.9.5 2×2邻域的Robert基120

5.9.6 3×3邻域的Frei-Chen基121

5.10.1 模板运算定义124

5.10 卷积和交叉相关＊124

5.10.2 卷积运算125

5.10.3 并行计算128

5.11 正弦波空间频率分析＊128

5.11.1 傅里叶基128

5.11.2 2D图像函数131

5.11.3 离散傅里叶变换132

5.11.4 带通滤波器134

5.11.5 傅里叶变换讨论135

5.11.6 卷积定理＊135

5.12 总结和讨论136

5.13 参考文献137

第6章 颜色与明暗分析139

6.1 颜色物理学139

6.1.1 感测被照射物体140

6.1.2 其他因素141

6.1.3 感受器的敏感性141

6.2 RGB三基色142

6.3 其他基色系统143

6.3.1 CMY减色系统143

6.3.2 HSI系统144

6.3.3 电视信号的YIQ与YUV系统146

6.4 颜色直方图147

6.3.4 基于颜色的分类147

6.5 颜色分割149

6.6 明暗分析150

6.6.1 来自单一光源的照射151

6.6.2 漫反射151

6.6.3 镜面反射152

6.6.4 随距离增大而变暗153

6.6.5 复杂因素154

6.6.6 Phong明暗模型＊154

6.7.2 人类的色感机制155

6.7.1 颜色应用155

6.7 相关话题＊155

6.6.7 基于明暗的人类感知155

6.7.3 多谱图像156

6.7.4 主题图像156

6.8 参考文献156

第7章 纹理分析159

7.1 纹理、纹理素和统计159

7.2 基于纹理素的描述160

7.3 定量纹理测度161

7.3.1 边缘密度和方向161

7.3.2 局部二值分解162

7.3.3 共生矩阵和特征162

7.3.4 Laws纹理能量测度164

7.4 纹理分割166

7.3.5 自相关和功率谱166

7.5 参考文献167

第8章 基于内容的图像检索169

8.1 图像数据库实例169

8.2 图像数据库查询170

8.3 示例查询171

8.4 图像距离度量171

8.4.1 颜色相似性度量172

8.4.2 纹理相似性度量174

8.4.3 形状相似性度量175

8.4.4 目标检测及空间关系度量179

8.5 数据库组织182

8.5.1 标准索引182

8.5.2 空间索引184

8.5.3 基于内容的多距离测度图像索引184

8.6 参考文献185

第9章 二维运动分析187

9.1 运动现象及应用187

9.2 图像相减188

9.3 计算运动向量189

9.3.1 Decathlete游戏190

9.3.2 点对应191

9.3.3 MPEG视频压缩194

9.3.4 图像流计算＊195

9.3.5 图像流方程＊195

9.3.6 利用传播约束求解图像流＊197

9.4 计算运动点路径197

9.5 检测视频中的显著变化202

9.5.1 视频序列分割203

9.5.2 忽略摄影特效205

9.5.3 存储视频子序列205

9.6 参考文献205

第10章 图像分割207

10.1 区域分割207

10.1.1 聚类方法208

10.1.2 区域增长214

10.2 区域表示215

10.2.1 覆盖图215

10.2.2 标记图像216

10.2.3 边界编码216

10.2.4 四叉树217

10.2.5 特征表217

10.3 轮廓分割218

10.3.1 区域边界跟踪218

10.3.2 Canny边缘检测和连接220

10.3.3 相邻连贯的边缘生成曲线223

10.3.4 用霍夫变换检测直线和圆弧225

10.4 线段拟合模型231

10.5 识别更高层结构235

10.5.1 条带检测235

10.5.2 角点检测236

10.6 运动一致性分割237

10.6.1 时空边界237

10.6.2 运动轨迹聚类237

10.7 参考文献239

第11章 2D匹配241

11.1 2D数据配准241

11.2.1 参考坐标系242

11.2 点的表示242

11.2.2 齐次坐标243

11.3 仿射映射函数243

11.3.1 缩放243

11.3.2 旋转244

11.3.3 正交和标准正交变换＊245

11.3.4 平移245

11.3.5 旋转、缩放和平移245

11.3.6 仿射变形实例246

11.3.7 目标识别与定位实例247

11.3.8 一般仿射变换＊249

11.4 最佳2D仿射变换＊250

11.5 仿射映射法2D目标识别251

11.5.1 局部特征焦点法252

11.5.2 位姿聚类254

11.5.3 几何散列256

11.6 相关匹配法2D目标识别259

11.6.1 解释树260

11.6.2 离散松弛262

11.6.3 连续松弛＊264

11.6.4 相关距离匹配266

11.6.5 相关索引269

11.7 非线性变形269

11.7.1 径向畸变矫正271

11.9 参考文献272

11.7.2 多项式映射272

11.8 总结272

第12章 2D图像中的3D信息275

12.1 本征图像275

12.2 线条图标记278

12.3 2D图像中的3D线索283

12.4 其他3D现象286

12.4.1 从X恢复形状286

12.4.2 消隐点289

12.4.3 根据焦距变化求深度289

12.4.5 边界和虚拟线290

12.4.6 非偶然对齐290

12.4.4 运动现象290

12.5 透视成像模型291

12.6 通过立体视觉求深度293

12.7 薄透镜方程＊297

12.8 总结性讨论300

12.9 参考文献300

第13章 3D感知与目标位姿计算303

13.1 一般体视结构303

13.2 3D仿射变换304

13.2.1 坐标系305

13.2.4 旋转306

13.2.3 缩放306

13.2.2 平移306

13.2.5 任意旋转308

13.2.6 基于变换的比对309

13.3 摄像机模型311

13.3.1 透视变换矩阵311

13.3.2 正投影与弱透视投影314

13.3.3 基于多摄像机的3D点计算315

13.4 最佳仿射标定矩阵317

13.4.1 标定物317

13.4.2 最小二乘问题317

13.4.3 仿射方法讨论321

13.5 使用结构光322

13.6 简单的位姿估计过程323

13.7 改进的摄像机标定法＊327

13.7.1 摄像机内部参数327

13.7.2 摄像机外部参数328

13.7.3 标定举例331

13.8 位姿估计＊334

13.8.1 2D-3D点对应求位姿334

13.8.2 约束线性最优化335

13.8.3 计算变换Tr＝｛R，T｝336

13.8.4 位姿验证和位姿最优化337

13.9.1 数据获取338

13.9 3D目标重建338

13.9.2 视图配准340

13.9.3 表面重建341

13.9.4 空间切割算法341

13.10 从明暗恢复形状343

13.10.1 光度立体345

13.10.2 结合空间约束346

13.11 从运动恢复结构346

13.12 参考文献348

第14章 3D模型和匹配351

14.1 模型表示351

14.1.1 3D网格模型351

14.1.2 表面-边-顶点模型352

14.1.3 广义圆柱体模型353

14.1.4 八叉树354

14.1.5 超二次曲面模型355

14.2 实际3D模型与视类模型356

14.3 物理学模型和可变形模型357

14.3.1 蛇形活动轮廓模型357

14.3.2 3D气球模型360

14.3.3 建立心脏跳动模型361

14.4 3D目标识别范例361

14.4.1 几何模型比对匹配362

14.4.2 关系模型匹配367

14.4.3 功能模型匹配372

14.4.4 基于外观的识别374

14.5 参考文献379

第15章 虚拟现实383

15.1 虚拟现实系统的特征383

15.2 虚拟现实的应用384

15.2.1 建筑漫游384

15.2.2 行仿真384

15.2.3 解剖组织的交互式分割384

15.3 增强现实385

15.4 遥操作386

15.5 虚拟现实设备388

15.5.1 头戴式显示器389

15.5.3 立体显示设备390

15.5.2 虚拟灵巧手术390

15.6 虚拟现实感知设备391

15.6.1 视觉391

15.6.2 听觉391

15.6.3 位姿391

15.6.4 触觉391

15.6.5 运动觉391

15.7 简单3D模型绘制392

15.8 实际图像和合成图像融合393

15.9 人机交互与心理问题395

15.10 参考文献395

16.1.1 应用场合和要求397

16.1 Veggie Vision系统397

第16章 案例研究397

16.1.2 系统设计398

16.1.3 识别过程398

16.1.4 详细分析399

16.1.5 性能分析400

16.2 基于虹膜的身份识别401

16.2.1 对识别系统的要求401

16.2.2 系统设计402

16.2.3 系统性能404

16.3 参考文献405

索引407