图像工程（下册）

2013-1  

清华大学出版社  

章毓晋  

405  

全套书第3版前言这是《图像工程》第3版，全套书仍分3册，分别为《图像工程（上册）——图像处理》、《图像工程（中册）——图像分析》和《图像工程（下册）——图像理解》。该套书全面介绍图像工程的基础概念、基本原理、典型方法、实用技术以及国际上相关内容研究的新成果。《图像工程》第2版也分3册，名称相同。上、中、下册分别在2006年、2005年和2007年出版。2007年还出版了《图像工程》第2版的3册合订本。至今共计重印20次，总计约合7万多册。《图像工程》第1版也分3册，名称分别为《图像工程（上册）——图像处理和分析》、《图像工程（下册）——图像理解和计算机视觉》和《图像工程（附册）——教学参考及习题解答》。这3册分别在1999年、2000年和2002年出版。第1版共重印近30次，总计约11万册。《图像工程》的多次重印表明作者一直倡导的，为了对各种图像技术进行综合研究、集成应用而建立的整体框架——图像工程作为一门系统地研究各种图像理论、技术和应用的新的交叉学科得到了广泛的认可。同时，随着研究的深入和技术的发展，编写新版的工作也逐渐提到议事日程上来。第3版的编写开始于2009年，是年暑假静心构思了整书的新框架。其后，根据框架收集了一些最新的相关书籍和文献（包括印刷版和电子版），仔细进行了阅读并做了笔记。这为新版的编写打下了一个坚实的基础。第3版在内容的深度和广度上，仍希望读者能通过本套书的学习，独立和全面地了解该领域的基本理论、技术、应用和发展。第3版仍如前两版那样，在编写的方针上，力求具有理论性、实用性、系统性、实时性；在内容叙述上，力求理论概念严谨，论证简明扼要。考虑到图像技术的飞速发展，第3版既保留了第2版中有代表性的经典内容，也削减了一部分近年使用不多的陈旧内容，同时还认真选取了近年的一些最新研究成果和得到广泛使用的典型技术以进行充实。这些新内容既参考了许多有关文献，也结合了作者的一些研究工作和成果以及这些年来的教学教案。为使内容更加集中和紧凑，压缩了扩展性的讨论。第3版在覆盖面有所增加的情况下整体篇幅比第2版有一定的减少。与上一版相比，第3版有如下几个调整：第一，各册书均从第2章就开始介绍正式内容，更快进入主题。先修或预备内容分别安排在需先修部分的同一章前，从教学角度来说，更加实用，也突出了主线内容。第二，除第1章绪论外，各册书的正式内容都结合成4个单元，每个单元都有具体说明，全书的系统性和结构性均得到了加强，也有利于复习考核。第三，各章中的习题均只给出了少部分习题解答，给教师使用习题更灵活的选择。更多的习题和其余的习题解答将会放在出版社网站上，便于补充、改进。第四，各册书后均增加了主题索引（并给出了英文），这样一来方便在书中查找有关内容，二来也方便在网上查找有关文献。从1996年开始编写《图像工程》第1版至今已15年。这期间，作者与许多读者（包括教师、学生、自学者）有过各种形式的讨论和交流，除了面谈外，许多人打过电话或发过电子邮件。这些讨论和交流使作者获得了许多宝贵的意见和建议，在编写这3版中都起到了不可或缺的作用，特别是在解释和描述的详略方面都结合读者反馈意见进行了调整，从而更加容易理解和学习。值得指出的是，书中还汇集了几年来不少听课学生的贡献，许多例题和练习题是在历届学生作业和课堂讨论的基础上提炼出来的，一些图片还直接由学生帮助制作，在选材上也从学生的反馈中受到许多启发。借此机会对他们一并表示衷心的感谢。书中有相当内容基于作者和他人共同研究的成果，特别是历年的学生边辉、蔡伟、陈权崎、陈挺、陈伟、陈正华、程正东、戴声扬、段菲、冯上平、傅卓、高永英、葛菁华、侯乐天、胡浩基、黄英、黄翔宇、贾波、贾超、贾慧星、姜帆、李娟、李乐、李品一、李勍、李睿、李硕、李小鹏、李雪、刘宝弟、刘锴、刘青棣、刘惟锦、刘晓旻、刘忠伟、陆海斌、罗惠韬、罗沄、钱宇飞、秦暄、秦垠峰、阮孟贵（Nguyen Manh Quy）、赛义（Saeid Bagheri）、沈斌、谭华春、汤达、王树徽、王宇雄、王志明、文熙安（Tristan Vincent）、吴高洪、吴玮、夏尔雷（Charley Paulus）、向振、徐丹、徐枫、徐洁、徐培、徐寅、薛菲、薛景浩、严严、杨劲波、杨翔英、姚玉荣、鱼荣珍（Eo Young Jin）、俞天利、于信男、袁静、张宁、赵雪梅、郑胤、朱小青、朱云峰，博士后高立志、王怀颖以及进修教师崔京守（Choi Jeong Swu）、石俊生、杨卫平、曾萍萍、张贵仓等，第1版、第2版和第3版采用的图片除作者本人制作的外，也包括他们在研究工作中收集和实验得到的。该书应该说是多人合作成果的体现。最后，感谢妻子何芸、女儿章荷铭以及父母在各方面的理解和支持！章毓晋2012年元旦于清华大学本册书概况和使用建议本册书为《图像工程》第3版的下册，主要介绍图像工程的第三层次——图像理解的基本概念、基本原理、典型方法、实用技术以及国际上有关研究的新成果。本册书第1章是绪论，介绍图像理解基础并概述全书。本册书主要内容分别在4个单元中介绍。第1单元（包含第2、3、4章）介绍图像采集表达技术，其中第2章介绍摄像机成像模型和标定技术，第3章介绍采集含深度信息图像的方法，第4章介绍各种表达3D景物的技术。第2单元（包含第5、6、7、8章）介绍景物重建技术，其中第5章介绍双目立体视觉方法，第6章介绍多目立体视觉方法，第7章介绍从多幅图像恢复景物的技术，第8章介绍从单幅图像恢复景物的技术。第3单元（包含第9、10、11章）介绍场景解释技术，其中第9章介绍知识表达和推理方法，第10章介绍目标和符号匹配技术，第11章介绍场景分析和语义解释的内容。第4单元（包含第12、13、14章）介绍三个研究示例，其中第12章介绍多传感器图像信息融合方法，第13章介绍基于内容的图像和视频检索技术，第14章介绍时空行为理解的内容。书中的附录为有关视觉和视知觉的一些知识，与各章都有一些联系。本册书包括14章正文，1个附录，以及“部分习题解答”、“参考文献”和“索引”。在这18个一级标题下共有68个二级标题（节），再下还有124个三级标题（小节）。全册书共有文字（也包括图片、绘图、表格、公式等）约50多万字。本册书共有编了号的图295个（包括257幅图片）、表格36个、公式623个。为便于教学和理解，本册书共给出各类例题74个。为便于检查教学和学习效果，各章后均有12个思考题和练习题，全书共有168个，对其中的28个（每章2个）练习题提供了参考答案（更多习题的解答将考虑另行提供）。另外，参考文献中统一列出了直接引用和提供参考的近300篇文献的目录。最后，书末还给出了500多个主题索引（及英译）。本册书各章内容和长度基本平衡，根据学生的基础和背景，每章可用3～4个课堂学时讲授，另外还需2～3个课外学时练习和复习。本册书主要介绍图像理解的内容，需要有一定的图像处理和图像分析基础，最好作为学习图像技术的第三本书来学习（如果自学的话，最好在学习完上册的前两个单元和中册的前两个单元后进行）。当学时比较紧张时，可先学习前两个单元，再从后两个单元中选取部分内容。

　　《图像工程（下册）：图像理解（第3版）》主要分为4个单元。第1单元（包含第2～4章）介绍图像采集表达技术，其中第2章介绍摄像机成像模型和标定技术，第3章介绍采集含深度信息图像的方法，第4章介绍各种表达3-D景物的技术。第2单元（包含第5～8章）介绍景物重建技术，其中第5章介绍双目立体视觉方法，第6章介绍多目立体视觉方法，第7章介绍从多幅图像恢复景物的技术，第8章介绍从单幅图像恢复景物的技术。第3单元（包含第9～11章）介绍场景解释技术，其中第9章介绍知识表达和推理方法，第10章介绍目标和符号匹配技术，第11章介绍场景分析和语义解释的内容。第4单元（包含第12～14章）介绍三个研究示例，其中第12章介绍多传感器图像信息融合方法，第13章介绍基于内容的图像和视频检索技术，第14章介绍时空行为理解的内容。书中的附录介绍了有关视觉和视知觉的一些知识，与各章都有一些联系。书中还提供大量例题、思考题和练习题，并对部分练习题提供了解答。书末还给出了主题索引。　　《图像工程（下册）：图像理解（第3版）》可作为信号与信息处理、通信与信息系统、电子与通信工程、模式识别与智能系统、计算机视觉等学科研究生专业基础或专业课教材，也可供信息与通信工程、电子科学与技术、计算机科学与技术，测控技术与仪器、机器人自动化、生物医学工程、光学、电子医疗设备研制、遥感、测绘和军事侦察等领域的科技工作者参考。

章毓晋，1989年获比利时列日大学应用科学博士学位。1989年至1993年为荷兰德尔夫特大学博士后及研究人员。从1993年到中国北京清华大学工作，1997年被聘为教授，1998年被评为博士生导师。2003年学术休假期间同时被聘为新加坡南洋理工大学访问教授。在清华大学，先后开出并讲授10多门本科生和研究生课程。在南洋理工大学，开出并讲授过研究生课程：“现代图像分析（英语）”。已编写出版了图像工程系列教材第1版和第2版，以及《图像处理和分析基础》，《图像处理和分析技术》（第2版），《图像处理和分析教程》、《计算机视觉教程》和《Image Engineering：Processing，Analysis，and Understanding》，翻译出版了《彩色数字图像处理》。已在国内外发表了30多篇教学研究论文。主要科学研究领域为其积极倡导的图像工程（图像处理、图像分析、图像理解及其技术应用）和相关学科。从1996年起已连续十六年对中国图像工程的研究及主要文献进行了系统的年度分类总结综述。已在国内外发表400多篇图像工程研究论文，出版了专著《图象分割》，《基于内容的视觉信息检索》，《基于子空间的人脸识别》，编著了《英汉图像工程辞典》，主持编著了《Advancesin Image and Video Segmentation》，《Semantic—Based Visual Information Retrieval》，《Advancesin Face Image Analysis：Techniques and Technologies》。现为中国图象图形学学会学术委员会主任；国际电气电子工程师协会（IEEE）高级会员；国际光学工程协会（SPIE）会士（因在图像工程方面的成就）；《中国图象图形学报》副主编，《电子与信息学报》，《计算机辅助设计与图形学学报》，《信号处理》和《自动化学报》编委；以及国际刊物《Pattern Recognition Letters》的associateeditor。曾任第一届、第二届、第四届、第五届和第六届国际图像图形学术会议（ICIG'2000，ICIG'2002，ICIG'2007，ICIG'2009，ICIG'2011）程序委员会主席，第十二届、第十三届、第十四届、第十五届和第十六届全国图像图形学术会议（NCIG2005，NCIG'2006，NCIG'2008，NCIG'2010，NCIG'2012）程序委员会席。

第1章绪论 1.1图像工程的发展 1.2图像理解及相关学科 1.2.1图像理解 1.2.2计算机视觉 1.2.3其他相关学科 1.2.4图像理解的应用领域 1.3图像理解理论框架 1.3.1马尔视觉计算理论 1.3.2对马尔理论框架的改进 1.3.3关于马尔重建理论的讨论 1.3.4新理论框架的研究 1.4内容框架和特点 总结和复习 第1单元采集表达 第2章摄像机成像 2.1视觉过程 2.2摄像机成像模型 2.2.1基本摄像机模型 2.2.2近似投影模式 2.2.3一般摄像机模型 2.2.4通用成像模型 2.3摄像机标定 2.3.1标定程序和参数 2.3.2两级标定法 2.4光度学和亮度成像 2.4.1光度学 2.4.2亮度成像模型 总结和复习 第3章深度信息采集 3.1高维图像和成像方式 3.1.1高维图像种类 3.1.2本征图像和非本征图像 3.1.3深度成像方式 3.2双目成像模式 3.2.1双目横向模式 3.2.2双目会聚横向模式 3.2.3双目轴向模式 3.3深度图像直接采集 3.3.1飞行时间法 3.3.2结构光法 3.3.3莫尔等高条纹法 3.3一深度和亮度图像同时采集 3.4显微镜3一D分层成像 3.4.1景深和焦距 3.4.2显微镜3—D成像 3.4.3共聚焦显微镜3—D成像 总结和复习 第4章3—D景物表达 4.1 曲线和曲面的局部特征 4.1.1曲线局部特征 4.1.2曲面局部特征 4.2 3—D表面表达 4.2.1参数表达 4.2.2表面朝向表达 4.3等值面的构造和表达 4.3.1行进立方体算法 4.3.2覆盖算法 4.4从并行轮廓插值3—D表面 4.5 3—D实体表达 4.5.1基本表达方案 4.5.2广义圆柱体表达 总结和复习 第2单元景物重建 第5章立体视觉：双目 5.1立体视觉模块 5.2基于区域的双目立体匹配 5.2.1模板匹配 5.2.2立体匹配 5.3基于特征的双目立体匹配 5.3.1基本步骤 5.3.2尺度不变特征变换 5.3.3加速鲁棒性特征 5.3.4动态规划匹配 5.4视差图误差检测与校正 总结和复习 第6章立体视觉：多目 6.1水平多目立体匹配 6.1.1水平多目图像 6.1.2倒距离 6.2正交三目立体匹配 6.2.1基本原理 6.2.2基于梯度分类的正交匹配 6.3多目立体匹配 6.3.1任意排列三目立体匹配 6.3.2正交多目立体匹配 6.4亚像素级视差计算 总结和复习 第7章景物恢复：多图像 7.1单目景物恢复 7.2光度立体学 7.2.1景物亮度和图像亮度 7.2.2表面反射特性和亮度 7.2.3景物表面朝向 7.2.4反射图和亮度约束方程 7.2.5光度立体学求解 7.3从运动求取结构 7.3.1光流和运动场 7.3.2光流方程求解 7.3.3光流与表面取向 7.3.4光流与相对深度 总结和复习 第8章景物恢复：单图像 8.1从影调恢复形状 8.1.1影调与形状 8.1.2亮度方程求解 8.2纹理与表面朝向 8.2.1单目成像和畸变 8.2.2 由纹理变化恢复朝向 8.2.3检测线段纹理消失点 8.3由焦距确定深度 8.4根据三点透视估计位姿 总结和复习 第3单元场景解释 第9章知识表达和推理 9.1知识基础 9.2场景知识 9.2.1模型 9.2.2属性超图 9.2.3基于知识的建模 …… 第10章广义匹配 第11章场景分析和语义解释 第4单元研究示例 第12章多传感器图像信息融合 第13章基于内容的图像和视频检索 第14章时空行为理解 附录A视觉和视知觉 部分习题解答 参考文献 索引

版权页： 插图： （2）将各子目标进一步分解成对应一组基本方法的步骤，这些步骤对应软件包的子程序； （3）对相似的问题采取相近的解决方法以提高效率； （4）允许迭代进行控制； （5）当工作结果不成功时允许逐级返回。 2.一般图像处理知识模块 它的主要功能有以下几方面： （1）规划各种层次的处理操作； （2）控制处理流程，包括自下而上或自上而下、并行或串行、中心控制或分布控制等； （3）将数学分析结果映射为符号量； （4）表达和使用与领域无关的图像知识，如基于识别的分割； （5）实现对图像处理质量的评价机制； （6）通过与模型匹配以识别目标。 3.用户界面知识模块 用户界面包含如何与用户打交道的知识，所以可把它也看作一个模块。用户界面的两个主要功能是：①允许用户指定系统通过加工图像要达到的目的；②允许用户输入特定领域的知识。 大多数图像理解系统都是根据特定目标而构造的，但这些目标在程序结构中多数是隐含表示的。对一个涉及许多目标的系统来说，尚无通用的方法来指定系统去寻找哪类目标和从中抽取哪类信息。在这些情况下，一个交互的用户界面是必要的，因为对系统的指令总会包含一些容易混淆的问题，需要通过反复试验来确定。另外，需要先验证系统的能力以对实际图像应用进行特定的处理。 用户界面可有多种层次，例如对新用户，专家系统通过询问，帮助他们确定应用；较有能力的用户可使用菜单；而专业用户可直接通过翻译器输入命令。用户界面在获取与解决问题相关的知识方面也非常重要，但现在可以提供这种功能的系统还不多。 4.自动学习模块 让系统自己学习比手工输入知识更容易，自动学习模块还允许获取知识并将其用于其他模块。这方面的研究大部分集中在自动获取目标模型或其他参数模型上[Bhanfi l994]，此外，研究用于目标描述的自动学习和识别分析策略也很重要。这里可用于学习的知识源主要有以下几方面： （1）用某些形式语言对软件系统的详细描述； （2）有关它的自然语言文字； （3）使用软件系统的实验； （4）对系统使用后的观察结果。

《图像工程(下册):图像理解(第3版)》编辑推荐：第1版获全国普通高等学校优秀教材一等奖，第2版评为全国普通高等教育“十一五”精品教材。

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这本教材是老师推荐的，章教授不错。

帮他买。。。导致我打字都手累了。。。有不能重复强迫症更累= =

书可以物流不行

对个人学习真的很有帮助。

还不错，质量值得认可

以前在这买东西觉得挺好的，这次让我很不满意，明明注明几个包裹到货以后一起发给我，结果还是分开给我的！书籍信息也错误，网上是2013年1月出版，420页，实际是2012年12月出版的，405页，你们登记图书信息不用看吗？工作人员是傻子吗？

国内出版的少见的好教材！

比冈萨雷斯的更加丰富一些，很多是自己或学生的科研题目吧。感觉比较新。不过具体研究就需要看相关的一些paper了，书毕竟只能当索引

不错，国内图像处理的经典教材