数字图像处理（OpenCV 实现）

通过浅显易懂的语言介绍常见的数字图像处理方法，并配以代码实现。

力图在介绍数字图像处理基本理论的同时，结合具体实际，以VisualStudio 2017+OpenCV3 为主要工具进行实践，做到理论和实际相结合。

前 言

图像是人类获取和交换信息的主要工具，数字图像处理就是利用计算机对图像进行各种处理的技术和方法。20世纪20年代，图像处理首次得到应用，数字图像处理作为一门学科大约形成于20世纪60年代初期。早期图像处理的目的是改善图像的质量，它以人为对象，以改善人的视觉效果为目的。图像处理中，输入的是质量低的图像，输出的是质量改善后的图像，常用的数字图像处理方法有图像增强、复原、编码、压缩等。数字图像处理的早期应用是对航天探测器发回的图像进行各种处理。到了20世纪70年代，数字图像处理技术的应用从宇航领域迅速扩展到生物医学工程、工业检测、机器人视觉、公安司法、军事制导、文化艺术等各个领域和行业，成为一门引人注目、前景远大的新型学科，对经济、军事、文化以及人们的日常生活产生了重大影响。

本书通过浅显易懂的语言介绍常见的数字图像处理方法，并配以代码实现，以便读者能够对数字图像处理快速理解入门和动手编码实现。

本书力图在介绍数字图像处理基本理论的同时，结合具体实际，详细阐述以Visual Studio 2017+OpenCV3为主要工具的图像处理软件实践方法，做到理论和实际相结合，使读者不仅能够掌握数字图像处理理论，同时也能够掌握基本的数字图像处理软件开发技术，真正做到学以致用。在每章的后半部分都给出了VC++版的OpenCV3代码实现，读者可以参考这些代码实际动手查看各种方法的处理效果，从而激发学习兴趣。

全书共9章，第1章阐述数字图像处理的相关概念和研究内容，简要介绍了VC++和OpenCV开发工具；第2章介绍VS 2017的基本知识，以及OpenCV的安装与配置；第3章介绍数字图像的基本概念，着重阐述图像信号的数字化，以及常见的图像格式和视频格式；第4章阐述图像的几何变换和图像的基本运算；第5章介绍图像清晰化的处理方法，包括常见的图像增强、图像去噪和图像锐化方法；第6章介绍几种常用的图像分割方法；第7章介绍二值图像特征分析的基本概念，着重阐述二值图像的形状特征提取与分析问题；第8章在介绍色度学和颜色模型的基础上，详细介绍常见的彩色图像处理方法；第9章介绍数字图像压缩原理，以及静态和动态图像压缩方法。

本书由张广渊任主编，具体编写分工为：张广渊编写第1章至第3章，李克峰编写第4章和第5章，王朋编写第6章和第9章，倪翠编写第7章和第8章，赵峰、朱振方、武华、李凤云、倪燃也参加了部分编写校对工作，并调试了各章的程序代码。

由于作者水平有限，书中难免存在疏漏甚至错误之处，恳请读者批评指正。

编 者

2019年1月

目 录
前言

第1章 引言 1
1.1 数字图像处理概述 1
1.1.1 数字图像的概念 1
1.1.2 数字图像处理的研究范畴 2
1.1.3 数字图像处理的特点 3
1.1.4 数字图像处理系统的组成 3
1.2 VC++概述 4
1.3 OpenCV概述 5
第2章 OpenCV的安装及在Visual Studio中的
配置 7
2.1 概述 7
2.2 Visual Studio 2017的安装 7
2.3 OpenCV的安装及配置 9
2.3.1 VC 6.0+OpenCV1.0 9
2.3.2 Visual Studio 2005+OpenCV2.1 12
2.3.3 Visual Studio 2017+OpenCV3.4.2 15
第3章 数字图像的基本概念 26
3.1 图像信号的数字化 26
3.1.1 采样 26
3.1.2 量化 29
3.2 图像格式 30
3.3 视频格式 32
3.4 OpenCV实现 35
3.4.1 图像显示 35
3.4.2 视频文件处理 40
3.4.3 调用摄像头 41
3.4.4 写入视频文件 42
第4章 数字图像的几何变换 45
4.1 形状变换 45
4.1.1 图像缩放 45
4.1.2 图像错切 48
4.2 位置变换 49
4.2.1 图像平移变换 49
4.2.2 图像镜像变换 50
4.2.3 图像旋转变换 52
4.3 仿射变换 53
4.4 图像的基本运算 53
4.4.1 点运算 54
4.4.2 代数运算 56
4.4.3 逻辑运算 57
4.5 OpenCV实现 58
4.5.1 图像缩放 58
4.5.2 图像旋转 60
4.5.3 图像的像素访问 62
4.5.4 图像的代数运算 63
4.5.5 图像的多通道处理 64
4.5.6 图像的逻辑运算 66
第5章 数字图像清晰化处理 69
5.1 图像增强 69
5.1.1 对比度线性展宽 69
5.1.2 非线性动态范围调整 71
5.1.3 直方图均衡化 72
5.1.4 伪彩色增强 76
5.2 图像去噪 79
5.2.1 图像中的常见噪声 79
5.2.2 常见噪声模型 80
5.2.3 均值滤波 82
5.2.4 中值滤波 83
5.2.5 边界保持滤波 83
5.2.6 其他去噪滤波 85
5.3 图像锐化 89
5.3.1 一阶微分法 89
5.3.2 二阶微分法 93
5.4 OpenCV实现 94
5.4.1 图像对比度和亮度的调整 94
5.4.2 直方图均衡化 96
5.4.3 预定义伪彩色增强 97
5.4.4 自定义伪彩色增强——
三通道图像处理 99
5.4.5 自定义伪彩色增强——
单通道图像处理 100
5.4.6 图像去噪 102
5.4.7 图像锐化——Sobel算子 105
5.4.8 图像锐化——Laplacian算子 108
5.4.9 图像锐化——自定义Laplacian
算子 109
第6章 数字图像分割 110
6.1 基于边缘检测的图像分割 110
6.1.1 基本原理 111
6.1.2 Sobel算子 111
6.1.3 高斯拉普拉斯算子 112
6.1.4 Canny算子 112
6.2 基于阈值的图像分割 114
6.2.1 基本原理 114
6.2.2 固定阈值法 115
6.2.3 最小误差法 115
6.2.4 自适应阈值选取法 116
6.3 基于区域的图像分割 116
6.3.1 区域生长法 116
6.3.2 分裂―合并法 118
6.4 OpenCV实现 118
6.4.1 Canny边缘检测 118
6.4.2 自适应阈值图像分割 121
6.4.3 漫水分割法 122
6.4.4 轮廓处理 124
第7章 二值图像处理 126
7.1 二值图像的连接性和距离 126
7.2 连接成分的变形处理 128
7.2.1 连接成分的标记 128
7.2.2 腐蚀 129
7.2.3 膨胀 129
7.2.4 腐蚀和膨胀运算的代数性质 130
7.2.5 开运算和闭运算 130
7.3 OpenCV实现 132
7.3.1 腐蚀 132
7.3.2 膨胀 134
7.3.3 开运算和闭运算 136
第8章 彩色图像处理 137
8.1 色度学基础和颜色模型 137
8.2 颜色变换 143
8.3 彩色图像增强 145
8.4 OpenCV实现 148
8.4.1 颜色变换 148
8.4.2 彩色图像平滑 150
8.4.3 彩色图像锐化 152
8.4.4 彩色图像白平衡 153
第9章 数字图像压缩 155
9.1 图像压缩原理 155
9.2 压缩图像质量评价方法 157
9.3 静态图像压缩 159
9.3.1 JPEG2000压缩标准的特点 159
9.3.2 JPEG2000编解码算法 160
9.4 动态图像压缩 165
9.4.1 视频编码技术 166
9.4.2 HEVC视频编码标准 168
9.5 OpenCV实现 174
9.5.1 JPEG压缩 174
9.5.2 DCT压缩 175
9.5.3 MPEG4视频压缩 178
附录 OpenCV3的矩阵运算 180
参考文献 188

1. Python语言程序设计教程 [郭其标 房宜汕]
2. 人工智能应用基础 [主编 杨缨 李佳]
3. 中华水文化（慕课版）（第二版） [毕雪燕 杨华轲 罗玲谊 等编著]
4. 电路与电子技术Ⅱ——电路分析基础 [主编 陈晓 金哲]
5. 平面设计与制作项目化教程 [主编　李晨]
6. 人工智能概论（第二版） [主编　任云晖　丁红　徐迎春 ]
7. 信息时代美育之道 [主编　刘宏宇　黎娅]
8. 数字媒体交互设计项目式教程（微课版） [主编　苏陆]
9. Amazing！儿童英语自然拼读分级教材（全8册） [王玲　编著]
10. Spark大数据处理技术 [主编　刘仁山　周洪翠　庄新妍]
11. Python程序设计 [李国燕 王新强 刘佳 等编著]
12. Python程序设计项目化教程（活页式） [主编　卢凤伟]
13. 人工智能算法与实践 [主编　梁琨　张翼英]
14. 计算机网络技术项目化教程（微课版） [主编 王艳萍 安华萍]
15. 数据清洗 [黄源　刘智杨　孙大松]
16. 电路设计与PCB制作实操教程 [主编 周永宏]
17. 电路与电子技术Ⅰ—数字电子技术 [主编 郑玉珍 王淑琴]
18. Java编程基础案例式教程 [主编 陈艳华 唐春兰]
19. Python语言同步案例习题精解 [主编 肖朝晖]
20. Excel在会计工作中的应用（第三版） [主 编 赵艳莉 耿聪慧]
21. 应用数学 [主编 刘东海 刘丽瑶]
22. Web用户界面设计与制作 [主编 赵娟]
23. 计算机网络基础创新教程（模块化+课程思政版） [主编 唐继勇 李旭]
24. 计算机应用技术基础案例教程 [主编 周丽娟 王璐]
25. Unity应用开发与实战（微课版） [主 编 程永恒]
26. PHP程序设计项目化教程 [主 编 杜海颖]
27. 简单易懂的Python入门教程 [［日］大泽文孝　著]
28. Python数据分析之道——Thinking in Pandas [[美]汉娜·斯捷潘内克（Hannah S]
29. 文学基础与影视欣赏 [杨华轲 朱伟利 毕雪燕 罗玲谊]
30. 路由交换技术项目化教程 [主编　范国娟]