前言

隨著現代計算機技術、傳感器技術的快速進步和互聯網資源的大眾化普及，多媒體技術以及VR/AR的深入研究和廣泛應用，尤其是數據存儲設備性價比的大幅提高，數字圖像作為大數據的一種，以其近實時反映感興趣場景特征、真實客觀、信息量大、傳輸速度快等一系列優點，逐漸成為人們日常生活中不可或缺的獲取和處理信息的重要數據源。在現代信息社會和大數據時代，數字圖像處理無論是在理論上，還是在實踐中，都存在著巨大的科學研究和商業應用潛力。起源于20世紀20年代的圖像處理技術，經過近一個世紀的發展，已成為一門多學科融合的數字化信息處理技術，日益為人們所重視和熟悉，并在航空航天、工農業生產、軍事機動偵察、遙感測繪、數字醫療、資源勘探、氣象精準預報、大氣污染源探查、智慧城市建設等眾多領域中扮演著不可或缺的角色。

作者在多年的數字圖像處理教學和相關課題研究過程中，時時體悟著圖像處理所涉及原理的深邃和算法實現后的愉快感覺。盡管目前國內外與圖像處理相關的書目眾多，但內心仍不時會產生要將自己多年學習實踐經典理論與前沿進展的體會、教學科研心得及與博士、碩士、本科生的交流反饋等有機融合而編寫一本理論與實踐相結合的圖像處理方面書籍的沖動，期望能夠給讀者帶來些許有溫度感的可借鑒的信息。同時，科學技術的快速發展和多學科的相互交融，促使數字圖像處理理論研究更加深入而其應用領域變得尤為寬廣，想在一本篇幅有限的教科書中涵蓋所有的內容幾乎是不可能的事情。我們編寫此書的目的，旨在初步總結國內外關于數字圖像處理的研究基礎和目前的理論研究成果，亦是為了交流在處理圖像時所遇到問題的解決方案和技巧，在開闊學生學術視野的同時加強實踐能力。本書作為相關學科開設的數字圖像處理課程的基礎教材，力圖在理論和實踐緊密結合的基礎上，使讀者掌握圖像處理的基礎概念、基本方法和系統知識，從而構建出關于圖像處理的理論體系和實踐方法。至于圖像分析和模式識別等更專業的理論和方法，本書并未深入論及，建議讀者通過參考國內外相關專業書籍并借助充足的網絡資源來加以補充和完善。

本書是作者在2004年、2011年所編著兩版教材的基礎上，結合理論拓展學習、具體教學實踐和編程實現理論算法的體會，對相應章節進行完善、補新而成。該版書主要內容包括如下。

第1章　從圖像工程的角度認識圖像處理。依圖像工程的層次觀點來描述圖像處理、圖像分析和圖像理解在理論方面的聯系和區別，介紹數字圖像處理的基本概念和系統組成、理論算法的發展脈絡等，并對圖像處理在實際相關領域中的應用加以概述。

第2章　圖像處理基礎。包括圖像的連續形式表示、空間頻率的概念及數字化方法、離散圖像的概念、對像素及相互之間聯系的認識、圖像直方圖概念及其作用、圖像二值化處理中的閾值選取和圖像代數聯合運算等。

第3章　典型圖像變換理論。包括典型傅里葉變換、余弦變換、小波變換及其他線性變換方法的理論描述，對如何建立復雜算法與像素之間的關聯問題進行經驗總結。

第4章　圖像視覺質量提升。包括圖像對比度改善、圖像噪聲平滑、圖像邊緣銳化等基礎算法及相關改進算法。

第5章　圖像復原與超分辨率重建。包括圖像降質模型、噪聲類型分析和典型的復原方法，以及運動模糊、變焦圖像恢復與圖像的超分辨率重建理論等。

第6章　圖像壓縮編碼。側重介紹了與圖像無損編碼、有損編碼、變換編碼及編碼效率評價等相關的基本概念和基礎算法。

第7章　彩色和多光譜圖像處理。概述了色彩空間及其相互之間的轉換關系、偽彩色圖像生成、假彩色圖像處理及多光譜圖像融合等理論和技術。

第8章　圖像形態學處理。主要介紹基于集合論的數學形態學的基礎運算、二值形態學和多值形態學，以及數學形態學在圖像處理中的應用。

第9章　圖像處理編程基礎及應用實例。出于從底層了解圖像處理算法的實現原理和集成算法應用兩重目的，介紹目前常用的Visual C++和MATLAB編程環境，選擇典型算法進行編程實踐，結合具體應用實例加強初學者對圖像處理原理和技術的理解與掌握。

除上述主體內容外，還將常用的數字圖像處理名詞有針對性地選擇匯編成附錄。

應該強調的是，隨著信息產業和計算機技術的成熟發展，數字圖像處理早已成為一門多內容綜合的學科，要想熟練掌握并加以應用需要較扎實的數學基礎及相關專業的基礎知識作為支撐。鑒于圖像所覆蓋場景的客觀隨機性，上述每一章節所涉及的相關問題均可作為獨立的研究課題展開深入的探討。此外，要想收到最佳的學習效果并獲得相當的領悟，需要在圖像處理的學習中將理論和實踐有機結合。可以相信，對計算機編程的濃厚興趣和解決實際問題所需要的靈感將會引導對數字圖像處理的學習由煩瑣枯燥變得輕松愉悅。

本書由秦志遠主編，張宏敏、張衛國、高松峰、侯紹洋、楊鋒參加編寫。其中第1章由秦志遠編寫，第2章和第9章由張宏敏、張衛國編寫，第3章和第6章由高松峰編寫，第4章和第7章由侯紹洋編寫，第5章和第8章由楊鋒編寫，全書的統稿工作由秦志遠完成。在編寫本書的過程中，作者得到了信息工程大學地理空間信息學院和河南城建學院測繪與城市空間信息學院很多專家、教授的指點和鼓勵；高分辨率對地觀測系統河南數據與應用中心平頂山分中心的同仁同心協力、攻堅克難的敬業精神，尤其是我們的良師益友——河南城建學院李生平教授求真務實和不懈進取的精神，時時感染著我們；授課過程中與莘莘學子的智力碰撞更是編寫及完善本書的巨大動力。

通過寫書來表達作者的學術思想本身就是一件頗為主觀的事情。況且，數字圖像處理理論及相關技術領域的不斷成熟和日新月異，使得作者理論學識和實踐經驗方面受到限制。敬請讀者對書中不足之處加以批評指正。

作者

2017年秋于平頂山白龜湖畔