Монография предназначена для тех, кто хочет в короткие сроки освоить методы обработки изображений c использованием пакета MATLAB. Книга написана на базе одного из наиболее популярных, известных и полных учебников в области теории и методов цифровой обработки видеоинформации.

Книга разбита на 12 глав, охватывающих все наиболее важные области обработки изображений, включающих градационные преобразования, линейную и нелинейную пространственную фильтрацию, фильтрацию в частотной области, восстановление и регистрацию изображений, обработку цветных изображений, вейвлеты, сжатие изображений, морфологическую обработку изображений, сегментацию изображений, представление и описание областей и границ изображений, а также распознавание объектов.

Книга будет полезна всем, кто хочет овладеть практическими навыками работы с изображениями, особенно специалистам по дистанционному зондированию, цифровому телевидению, компьютерной микроскопии, системам безопасности, программистам и дизайнерам.

Оглавление

Пролог

Благодарности

Об авторах

Глава 1

• Введение
• 1.1. Некоторые основания
• 1.2. Что такое цифровая обработка изображений?
• 1.3. Система MATLAB и пакет Image Processing Toolbox
• 1.4. Задачи по обработке изображений
• 1.5. О вебсайте этой книги
• 1.6. Обозначения
• 1.7. Рабочая среда системы MATLAB
  • 1.7.1. Рабочий стол MATLAB
  • 1.7.2. Создание M-файлов в редакторе MATLAB
  • 1.7.3. Вызов справки
  • 1.7.4. Сохранение и загрузка рабочего пространства
• 1.8. Как организованы ссылки
• Выводы

Глава 2
Цифровые изображения в MATLAB

• Введение
• 2.1. Представление цифровых изображений
  • 2.1.1. Координатное соглашение
  • 2.1.2. Изображение как матрица
• 2.2. Загрузка изображений
• 2.3. Вывод изображения на дисплей
• 2.4. Сохранение изображений
• 2.5. Классы данных
• 2.6. Типы изображений
  • 2.6.1. Полутоновые изображения
  • 2.6.2. Двоичные изображения
  • 2.6.3. Еще раз о терминологии
• 2.7. Конвертирование классов данных и типов изображений
  • 2.7.1. Конвертирование классов данных
  • 2.7.2. Конвертирование классов и типов изображений
• 2.8. Индексирование массивов
  • 2.8.1. Индексирование векторов
  • 2.8.2. Индексирование матриц
  • 2.8.3. О размерности массивов
• 2.9. Некоторые важные стандартные массивы
• 2.10. Введение в программирование M-функций
  • 2.10.1. M-файлы
  • 2.10.2. Операторы
  • 2.10.3. Управление вычислительными потоками
  • 2.10.4. Кодовая оптимизация программ
  • 2.10.5. Интерактивный ввод/вывод
  • 2.10.6. Краткое введение в смешанные массивы и структуры
• Выводы

Глава 3
Преобразования яркости изображений и пространственная фильтрация

• Введение
• 3.1. Некоторые основы
• 3.2. Преобразования яркости изображений
  • 3.2.1. Функция imadjust
  • 3.2.2. Логарифмические преобразования и преобразования растяжения контрастности
  • 3.2.3. Некоторые утилитные M-функции преобразования яркости
• 3.3. Обработка гистограмм и построение графиков функций
  • 3.3.1. Нахождение и построение гистограмм
  • 3.3.2. Эквализация гистограммы
  • 3.3.3. Гистограммная подгонка (спецификация)
• 3.4. Пространственная фильтрация
  • 3.4.1. Линейная пространственная фильтрация
  • 3.4.2. Нелинейная пространственная фильтрация
• 3.5. Стандартные пространственные фильтры из пакета IPT
  • 3.5.1. Линейные пространственные фильтры
  • 3.5.2. Нелинейные пространственные фильтры
• Выводы

Глава 4
Обработка в частотной области

• Введение
• 4.1. Двумерное дискретное преобразование Фурье
• 4.2. Вычисление и визуализация двумерного DFT в MATLAB
• 4.3. Фильтрация в частотной области
  • 4.3.1. Базовые концепции
  • 4.3.2. Основные шаги фильтрации в частотной области
  • 4.3.3. M-функция для фильтрации в частотной области
• 4.4. Построение фильтров в частотной области по пространственным фильтрам
• 4.5. Прямое построение фильтров в частотной области
  • 4.5.1. Построение сеточных массивов для использования в фильтрах в частотной области
  • 4.5.2. Низкочастотные фильтры
  • 4.5.3. Построение графиков каркасных контуров и поверхностей
• 4.6. Повышение резкости при частотной фильтрации
  • 4.6.1. Основы высокочастотной фильтрации
  • 4.6.2. Фильтрация с усилением высоких частот
• Выводы

Глава 5
Восстановление изображений

• Введение
• 5.1. Моделирование процесса искажения/восстановления изображения
• 5.2. Модели шума
  • 5.2.1. Добавление шума функцией imnoise
  • 5.2.2. Генерация случайного пространственного шума с заданным распределением
  • 5.2.3. Периодический шум
  • 5.2.4. Оценивание параметров шума
• 5.3. Восстановление в присутствии одного шума — пространственная фильтрация
  • 5.3.1. Фильтры для пространственного шума
  • 5.3.2. Адаптивные пространственные фильтры
• 5.4. Подавление периодического шума с помощью фильтрации в частотной области
• 5.5. Моделирование искажающих функций
• 5.6. Инверсная фильтрация
• 5.7. Винеровская фильтрация
• 5.8. Сглаживающая фильтрация методом наименьших квадратов со связью
• 5.9. Алгоритм Люси–Ричардсона итерационного нелинейного восстановления
• 5.10. Слепая деконволюция
• 5.11. Геометрические преобразования и регистрация изображений
  • 5.11.1. Пространственные преобразования
  • 5.11.2. Применение пространственных преобразований к изображениям
  • 5.11.3. Регистрация изображений
• Выводы

Глава 6
Обработка цветных изображений

• Введение
• 6.1. Представление цветных изображений в MATLAB
  • 6.1.1. RGB изображения
  • 6.1.2. Индексированные изображения
  • 6.1.3. Функции IPT для обращения с RGB и индексированными изображениями
• 6.2. Преобразования в другие цветовые пространства
  • 6.2.1. Цветовое пространство NTSC
  • 6.2.2. Цветовое пространство YCbCr
  • 6.2.3. Цветовое пространство HSV
  • 6.2.4. Цветовые пространства CMY и CMYK
  • 6.2.5. Цветовое пространство HSI
• 6.3. Основы обработки цветных изображений
• 6.4. Цветовые преобразования
• 6.5. Пространственная фильтрация цветных изображений
  • 6.5.1. Сглаживание цветных изображений
  • 6.5.2. Повышение резкости цветных изображений
• 6.6. Обработка в векторном пространстве RGB напрямую
  • 6.6.1. Обнаружение контуров на цветных изображениях с помощью градиента
  • 6.6.2. Сегментация в векторном пространстве RGB
• Выводы

Глава 7
Вейвлеты

• Введение
• 7.1. Некоторые основы
• 7.2. Быстрое вейвлетное преобразование
  • 7.2.1. Преобразования FWT в пакете Wavelet Toolbox
  • 7.2.2. Преобразования FWT без использования Wavelet Toolbox
• 7.3. Работа со структурами вейвлетной декомпозиции
  • 7.3.1. Редактирование вейвлетных коэффициентов вне пакета Wavelet Tollbox
  • 7.3.2. Отображение коэффициентов декомпозиции
• 7.4. Быстрое обратное вейвлетное преобразование
• 7.5. Вейвлеты при обработке изображений
• Выводы

Глава 8
Сжатие изображений

• Введение
• 8.1. Некоторые основы
• 8.2. Кодовая избыточность
  • 8.2.1. Коды Хаффмана
  • 8.2.2. Кодирование Хаффмана
  • 8.2.3. Декодирование Хаффмана
• 8.3. Межпиксельная избыточность
• 8.4. Визуальная избыточность
• 8.5. Стандарты сжатия JPEG
  • 8.5.1. JPEG
  • 8.5.2. JPEG 2000
• Выводы

Глава 9
Морфологическая обработка изображений

• Введение
• 9.1. Предварительные сведения
  • 9.1.1. Базовые понятия теории множеств
  • 9.1.2. Двоичные изображения, множества и логические операции
• 9.2. Дилатация и эрозия
  • 9.2.1. Дилатация
  • 9.2.2. Разложение структурообразующих элементов
  • 9.2.3. Функция strel
  • 9.2.4. Эрозия
• 9.3. Комбинирование дилатации и эрозии
  • 9.3.1. Размыкание и замыкание
  • 9.3.2. Преобразование успех/неудача
  • 9.3.3. Использование поисковых таблиц
  • 9.3.4. Функция bwmorph
• 9.4. Выделение компонент связности
• 9.5. Морфологическая реконструкция
  • 9.5.1. Размыкание реконструкцией
  • 9.5.2. Заполнение отверстий
  • 9.5.3. Очистка от пограничных объектов
• 9.6. Полутоновая морфология
  • 9.6.1. Дилатация и эрозия
  • 9.6.2. Размыкание и замыкание
  • 9.6.3. Реконструкция
• Выводы

Глава 10
Сегментация изображений

• Введение
• 10.1. Обнаружение точек, линий и перепадов
  • 10.1.1. Обнаружение точек
  • 10.1.2. Обнаружение линий
  • 10.1.3. Обнаружение перепадов с помощью функции edge
• 10.2. Обнаружение линий с помощью преобразования Хафа
  • 10.2.1. Нахождение максимумов преобразования Хафа
  • 10.2.2. Преобразование Хафа при обнаружении линий и связывании
• 10.3. Пороговая обработка
  • 10.3.1. Обработка с глобальным порогом
  • 10.3.2. Обработка с адаптивным порогом
• 10.4. Сегментация на отдельные области
  • 10.4.1. Постановка задачи
  • 10.4.2. Выращивание областей
  • 10.4.3. Разделение и слияние областей
• 10.5. Сегментация преобразованием водораздела
  • 10.5.1. Сегментация по водоразделам с помощью преобразования расстояния
  • 10.5.2. Сегментация по водоразделам с помощью градиентов
  • 10.5.3. Использование маркеров при сегментации по водоразделам
• Выводы

Глава 11
Представление и описание

• Введение
• 11.1. Предварительные сведения
  • 11.1.1. Смешанные массивы и структуры
  • 11.1.2. Некоторые дополнительные функции MATLAB и IPT
  • 11.1.3. Некоторые основные утилитные M-функции
• 11.2. Представление
  • 11.2.1. Цепные коды
  • 11.2.2. Приближение ломаной линией минимальной длины
  • 11.2.3. Сигнатуры
  • 11.2.4. Сегменты границы
  • 11.2.5. Остовы областей
• 11.3. Дескрипторы границ
  • 11.3.1. Некоторые простые дескрипторы
  • 11.3.2. Нумерация фигур
  • 11.3.3. Фурье-дескрипторы
  • 11.3.4. Статистические характеристики
• 11.4. Дескрипторы областей
  • 11.4.1. Функция regionprops
  • 11.4.2. Текстура
  • 11.4.3. Инварианты моментов
• 11.5. Использование главных компонент при описании изображений
• Выводы

Глава 12
Распознавание объектов

• Введение
• 12.1. Некоторые основы
• 12.2. Вычисление расстояний в MATLAB
• 12.3. Распознавание с помощью теории решений
  • 12.3.1. Формирование векторов признаков
  • 12.3.2. Сопоставление образов с помощью классификаторов по минимуму расстояния
  • 12.3.3. Корреляционное сопоставление
  • 12.3.4. Статистически оптимальные классификаторы
  • 12.3.5. Адаптивные обучающиеся системы
• 12.4. Структурное распознавание
  • 12.4.1. Работа со строками в MATLAB
  • 12.4.2. Сопоставление строк
• Выводы

Приложение А

• Введение
• А.1. Функции IPT и DIPUM
• А.2. Функции MATLAB

Приложение Б

• Введение
• Б.1. Построение графического интерфейса ICE
• Б.2. Программируемый интерфейс ICE
  • Б.2.1. Программный код инициализации
  • Б.2.2. Открытие окна и вывод функций
  • Б.2.3. Функции вызовов окна
  • Б.2.4. Функции вызовов объектов

Приложение В

• Введение

Литература