前言

数字图像处理是20世纪60年代发展起来的一门新兴学科，也是集光学、数学、计算机科学、电子学、信息论、控制论、物理学、心理学和生理学等学科于一体的一门综合性学科。随着大规模集成电路技术和计算机科学技术的快速发展，数字图像处理的理论和方法获得了长足的进步。目前，数字图像处理已在人工智能、卫星遥感、医疗卫生、智能交通、生产生活、军事公安、教育办公等众多领域广泛应用，并产生了巨大的经济效益和社会效益，展现出了广阔的应用前景，成为信息科学领域的研究热点之一，对推动社会信息化、数字化发展，提高人们的生活水平都起到了重要的作用。

面对快速发展的数字图像处理技术，相关领域的学生或从业者有必要学习和掌握数字图像处理的基本理论、图像处理系统的开发和应用、图像处理算法的实现和优化等，并及时、准确地进行归纳、总结、更新和推广。基于此，编者主持编写了本书。与以往的数字图像处理著作相比较，本书力求突出以下特色。

（1）内容合理、新颖。本书系统讲述数字图像处理的基本理论和方法，尽可能反映数字图像处理新技术，使读者能了解和掌握数字图像处理学科的前沿知识。读者可以根据自身的具体情况灵活选学或自学较深入的内容。

（2）理论系统，具备可实践性。本书从工程的角度，注重算法原理的阐述和分析，并结合近年来电子信息领域新出现的工具语言——Python语言讲述算法实现，拓展新的应用场景。

（3）逻辑性强。本书内容由浅入深，按照原理—算法—改进—实现的流程进行分层次阐述和讲解，在篇幅和阐述上突出重点内容，侧重数字图像处理的思想方法和算法实现。

（4）代码丰富。本书从理论算法到代码实现给出相对完整的介绍，代码实现侧重于应用开发，通过对实例的分析和实现，帮助读者深刻理解数字图像处理的基本理论和方法，突出其实用性。

（5）以Python为编程工具。本书详细介绍将Python用于数字图像处理的相关知识，提供书中所涉及的数字图像处理算法的完整的程序代码和编译后的运行结果，对读者学习和掌握数字图像处理的程序实现，以及用Python开发实用数字图像处理系统均有一定的参考价值。

（6）案例分析注重理论与实践的结合。本书给出了工程领域的热门应用综合案例的分析与实现。

本书内容安排如下。

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、数字图像处理技术的应用与发展、数字图像及其表示、图像文件格式等。

第2章介绍Python开发环境配置、Python基本语法等。

第3章介绍如何用Python实现图像点运算、图像代数运算、图像逻辑运算、图像的缩放、图像的旋转、图像的平移、图像的裁剪、图像的转置、图像的镜像。

第4章针对空间域中的图像增强，介绍空间滤波的机理、基本概念，以及使用的基本技术。该章内容包括空间滤波基本概念、灰度增强、图像平滑、图像锐化及彩色图像增强。

第5章从频率域入手对图像处理及增强方法展开介绍，因为频率域滤波涉及的数学知识较多，所以该章采用由浅入深的方式，首先介绍傅里叶变换基础知识；然后介绍频率域滤波基础；最后介绍图像频率域滤波中出现的各种技术，其大体可分为低通滤波器和高通滤波器两大类。

第6章从图像降质的原因入手对图像复原和增强方法进行介绍。该章首先介绍图像降质原因与复原技术基础；然后重点介绍无约束的图像复原和有约束的图像复原。在无约束的图像复原中重点讲解逆滤波复原的原理、实现、病态性、改进；在有约束的图像复原中重点讲解维纳滤波复原。

第7章首先介绍图像分割的定义、分类；然后分别讲解基于阈值的图像分割方法、基于区域的图像分割方法、基于边缘的图像分割方法。在基于阈值的图像分割方法中重点讲解峰-谷阈值选取法、微分阈值选取法、迭代阈值选取法、最优阈值法、最大类间方差法；在基于区域的图像分割方法中重点讲解区域生长算法、区域分裂与合并，以及四叉树数据结构；在基于边缘的图像分割方法中重点讲解Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、LoG算子、Canny算子及分水岭算法。

第8章首先从图像位置关系、结构元素和集合的基本运算入手介绍形态学及其运算过程；然后详细讲解腐蚀、膨胀、开启、闭合、击中、击不中等基本的形态学运算；最后介绍如何将数学形态学应用到图像处理领域中，主要介绍细化、厚化、形态滤波、平滑、边缘提取、区域填充等。

本书可作为高等院校电子信息工程、通信工程、信号与信息处理、电子科学与技术、信息工程、计算机科学与技术、软件工程、自动化、电气工程、生物医学工程、物联网工程和遥感科学与技术等相关专业的本科生和研究生的教材，也可作为工程技术人员或其他相关人员的参考书。

本书由梁义涛任主编、李永锋、巩立新任副主编，张庆辉、傅洪亮参与编写。其中，第1章和第2章由梁义涛编写；第3章由傅洪亮编写；第4章和第5章由李永锋编写，第6章由张庆辉编写；第7章和第8章由巩立新编写。

在本书的编写过程中，编者竭尽所能地将较好的讲解呈现给读者，但书中也难免有疏漏和不妥之处，敬请广大读者不吝指正。若读者在阅读本书时遇到困难或疑问，或有任何建议，可发送邮件至hansong@ptpress.com.cn。

编　者

2023年8月