本书是与电子工业出版社出版的《数字图像处理及MATLAB 实现》（第4 版）配套的学习与实验指导。在章节安排上本书与该教材一致，本书各章内容主要有知识结构、知识要点、习题解答和实验指导。在实验指导中给出了实验题目、实验内容、实验原理、实验方法及程序、实验结果与分析、思考题等内容。本书可作为高等院校数字图像处理等相关课程的教学参考书，也可作为自学者学习数字图像处理的辅导材料，还可供数字图像处理和分析领域的科技工作者参考。

黄朝兵，男，武汉理工大学信息工程学院教授，硕士生导师，博士，毕业于华中科技大学计算机系统结构专业。2010年主持湖北省省级教学研究项目"图像处理教学与科研共建模式创新研究”， 2017年主持完成的教研成果获得武汉理工大学教学成果奖一等奖，2020年负责的 "数字图像处理”课程被教育部认定为国家级线上一流课程，2022年参与完成的教学成果获得湖北省第九届教学成果奖一等奖。主持和参与30多项纵向和横向项目的研究和开发，在国际和国内学术期刊和会议上发表学术论文60多篇，其中SCI、EI收录30多篇，申请软件著作权10多项。参与完成的科研项目成果于2016年获得中国航海学会科学技术奖二等奖。

目 录
第1 章 概述 .......................................................................................................................................... 1
1.1 知识结构 .................................................................................................................................. 1
1.2 知识要点 .................................................................................................................................. 1
1.3 习题解答 .................................................................................................................................. 2
1.4 MATLAB 与数字图像处理 ..................................................................................................... 3
1.4.1 MATLAB 简介 .............................................................................................................. 3
1.4.2 数字图像的表示和类别 ............................................................................................... 4
1.4.3 数据类和图像类型间的转化 ....................................................................................... 5
1.4.4 MATLAB 7.0 图像处理工具箱 .................................................................................... 6
1.4.5 与图像处理相关的MATLAB 函数的使用 ................................................................. 6
第2 章 数字图像处理基础 ............................................................................................................... 24
2.1 知识结构 ................................................................................................................................ 24
2.2 知识要点 ................................................................................................................................ 24
2.3 习题解答 ................................................................................................................................ 27
2.4 实验指导 ................................................................................................................................ 28
2.4.1 像素的4 连通和8 连通 ............................................................................................. 28
2.4.2 图像采样 ..................................................................................................................... 30
2.4.3 图像类型 ..................................................................................................................... 31
第3 章 数字图像处理基本运算 ....................................................................................................... 34
3.1 知识结构 ................................................................................................................................ 34
3.2 知识要点 ................................................................................................................................ 34
3.3 补充内容 ................................................................................................................................ 38
3.4 习题解答 ................................................................................................................................ 39
3.5 实验指导 ................................................................................................................................ 41
3.5.1 图像的点运算 ............................................................................................................. 41
3.5.2 图像的代数运算 ......................................................................................................... 44
3.5.3 图像的缩放 ................................................................................................................. 46
3.5.4 图像的旋转 ................................................................................................................. 48
第4 章 图像变换 ................................................................................................................................ 50
4.1 知识结构 ................................................................................................................................ 50
4.2 知识要点 ................................................................................................................................ 51
4.3 补充内容 ................................................................................................................................ 56
4.4 习题解答 ................................................................................................................................ 60
4.5 实验指导 ................................................................................................................................ 63
4.5.1 图像的傅里叶变换——平移性质 ............................................................................. 63
4.5.2 图像的傅里叶变换——旋转性质 ............................................................................. 66
4.5.3 图像的离散余弦变换（一） ..................................................................................... 68
4.5.4 图像的离散余弦变换（二） ..................................................................................... 69
4.5.5 图像的哈达玛变换 ..................................................................................................... 71
4.5.6 小波变换的图像压缩 ................................................................................................. 73
4.5.7 小波变换的图像滤噪 ................................................................................................... 76
4.5.8 小波变换的图像增强 ................................................................................................. 77
第5 章 图像增强 ................................................................................................................................ 79
5.1 知识结构 ................................................................................................................................ 79
5.2 知识要点 ................................................................................................................................ 79
5.3 补充内容 ................................................................................................................................ 81
5.3.1 基于模糊逻辑和直方图增强算法 ............................................................................. 81
5.3.2 基于模糊逻辑的自适应增强 ..................................................................................... 83
5.3.3 自适应直方图均衡化 ................................................................................................. 85
5.4 习题解答 ................................................................................................................................ 86
5.5 实验指导 ................................................................................................................................ 90
5.5.1 基于幂次变换的图像增强 ......................................................................................... 90
5.5.2 直方图规定化处理 ..................................................................................................... 92
5.5.3 灰度图像常用空间平滑、锐化滤波 ......................................................................... 94
5.5.4 灰度图像常用频率域平滑、锐化滤波 ..................................................................... 96
第6 章 图像复原 ................................................................................................................................ 99
6.1 知识结构 ................................................................................................................................ 99
6.2 知识要点 .............................................................................................................................. 100
6.3 习题解答 .............................................................................................................................. 101
6.4 实验指导 .............................................................................................................................. 104
6.4.1 根据运动模型生成运动模糊图像 ........................................................................... 104
6.4.2 采用顺序统计滤波器对图像进行滤波 ................................................................... 107
6.4.3 对已知噪声频率的含噪图像进行频率域陷波滤波 ............................................... 108
第7 章 图像压缩编码 ..................................................................................................................... 111
7.1 知识结构 .............................................................................................................................. 111
7.2 知识要点 .............................................................................................................................. 112
7.3 习题解答 .............................................................................................................................. 114
7.4 实验指导 .............................................................................................................................. 119
7.4.1 哈夫曼编码 ............................................................................................................... 119
7.4.2 算术编码 ................................................................................................................... 121
第8 章 图像分割 .............................................................................................................................. 124
8.1 知识结构 .............................................................................................................................. 124
8.2 知识要点 .............................................................................................................................. 125
8.3 补充内容 .............................................................................................................................. 127
8.3.1 Canny 算子................................................................................................................ 127
8.3.2 阈值分割的其他方法 ............................................................................................... 129
8.3.3 分割算法评价及分类 ............................................................................................... 130
8.4 习题解答 .............................................................................................................................. 131
8.5 实验指导 .............................................................................................................................. 141
8.5.1 用MATLAB 生成LoG 算子的图像 ....................................................................... 141
8.5.2 用分水岭算法分割图像 ........................................................................................... 143
8.5.3 用自适应阈值法分割图像 ....................................................................................... 145
8.5.4 用区域分裂合并法分割图像 ................................................................................... 147
第9 章 彩色图像处理 ..................................................................................................................... 150
9.1 知识结构 .............................................................................................................................. 150
9.2 知识要点 .............................................................................................................................. 151
9.3 补充内容 .............................................................................................................................. 152
9.3.1 颜色科学发展简史 ................................................................................................... 152
9.3.2 颜色的特性 ............................................................................................................... 153
9.3.3 彩色模型的分类 ....................................................................................................... 154
9.3.4 常用的彩色模型 ....................................................................................................... 155
9.3.5 彩色平衡 ................................................................................................................... 156
9.4 习题解答 .............................................................................................................................. 160
9.5 实验指导 .............................................................................................................................. 166
9.5.1 灰度级到彩色转换 ................................................................................................... 166
9.5.2 彩色图像的两种平滑滤波 ....................................................................................... 168
9.5.3 彩色图像的两种锐化滤波 ....................................................................................... 170
9.5.4 彩色图像的边缘检测 ............................................................................................... 172
第10 章 图像表示及描述 ............................................................................................................... 175
10.1 知识结构 ............................................................................................................................ 175
10.2 知识要点 ............................................................................................................................ 176
10.3 补充内容 ............................................................................................................................ 178
10.3.1 颜色累加直方图 ..................................................................................................... 178
10.3.2 颜色主色特征 ......................................................................................................... 178
10.3.3 颜色-空间描述 ........................................................................................................ 178
10.3.4 灰度-梯度共生矩阵纹理描述 ................................................................................ 179
10.3.5 纹理谱 ..................................................................................................................... 181
10.4 习题解答 ............................................................................................................................ 182
10.5 实验指导 ............................................................................................................................ 185
10.5.1 彩色图像颜色值的三个中心矩计算 ..................................................................... 185
10.5.2 纹理的统计特征计算 ............................................................................................. 187
10.5.3 图像边界的傅里叶描述子 ..................................................................................... 189
10.5.4 图像区域基本特征计算 ......................................................................................... 192
第11 章 基于深度学习的数字图像处理 ...................................................................................... 195
11.1 知识结构 ............................................................................................................................ 195
11.2 知识要点 ............................................................................................................................ 195
11.3 习题解答 ............................................................................................................................ 198
11.4 实验指导 ............................................................................................................................ 199
11.4.1 基于深度学习的图像分类 ..................................................................................... 199
11.4.2 基于深度学习的图像去噪 ..................................................................................... 201
11.4.3 基于深度学习的图像压缩 ..................................................................................... 205
11.4.4 基于深度学习的图像分割 ..................................................................................... 208