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內容簡介

　　《全國高等院校儀器儀錶及自動化類“十二五”規劃教材：視覺測量技術基礎》從計算機視覺以及人類視覺的概念與特點齣發，係統地闡述瞭視覺測量的基礎原理、測量方法、測量係統、關鍵技術與實用算法。全書共12章，前兩章介紹計算機視覺、視覺測量技術的基本概念、以及人類視覺係統及其特性；第3、4章介紹視覺測量硬件係統，分彆為光輻射與光源照明、光學成像與圖像采集；第5～8章介紹圖像與圖像處理的基礎知識，包括圖像基礎、圖像質量的改善、二值圖像分析和圖像的特徵提取；第9～12章介紹圖像測量的基礎理論以及典型應用技術，包括圖像配準、攝像機標定、雙目立體成像和光學三角法三維測量。

目錄

第1章 緒論
1.1 計算機視覺
1.1.1 計算機視覺的概念
1.1.2 計算機視覺的發展
1.1.3 Marr視覺理論簡介
1.1.4 計算機視覺的研究內容及麵臨的問題
1.1.5 計算機視覺的應用
1.1.6 相關學科
1.2 視覺測量技術
1.2.1 視覺測量技術分類
1.2.2 視覺測量係統組成
1.2.3 視覺測量的流程
1.2.4 視覺測量技術的特點
1.2.5 視覺測量技術的應用
1.2.6 視覺測量技術的發展趨勢
思考與練習

第2章 人類視覺
2.1 感覺與視覺
2.1.1 感覺
2.1.2 感覺的生理機製
2.1.3 感覺閾值
2.1.4 視覺
2.2 人眼構成
2.3 視覺過程
2.3.1 光學過程
2.3.2 化學過程
2.3.3 神經處理過程
2.4 視覺感受野
2.5 視覺的空間特性
2.5.1 空間頻率響應特性
2.5.2 視覺在空間上的纍積效應
2.5.3 眼睛的空間分辨率
2.6 視覺的時間特性
2.6.1 時間頻率響應特性
2.6.2 視覺在時間上的纍積效應
2.6.3 眼睛的時間分辨率
2.6.4 視覺適應
2.7 視覺的心理物理學特性
2.7.1 視覺對比
2.7.2 視錯覺
2.7.3 馬赫帶效應
2.7.4 赫爾曼格子錯覺
思考與練習

第3章 光輻射與光源照明
3.1 電磁波與光輻射
3.2 輻射度量和光度量
3.2.1 輻射度量
3.2.2 光度量
3.2.3 輻射度量與光度量之間的關係
3.3 光源
3.3.1 光源的基本性能參數
3.3.2 常用可見光光源
3.4 光源照明係統
3.4.1 照明光源類型
3.4.2 照明方式
3.4.3 照明顔色

第4章 光學成像與圖像采集
4.1 鏡頭
4.1.1 鏡頭結構
4.1.2 視場
4.1.3 光學倍率和數值孔徑
4.1.4 景深
4.1.5 曝光量和光圈數
4.1.6 分辨率
4.1.7 鏡頭選擇
4.2 光電成像器件
4.2.1 光電成像器件的發展
4.2.2 光電成像器件分類
4.3 電荷耦閤器件
4.3.1 MOS結構
4.3.2 CCD工作原理
4.3.3 CCD分類
4.3.4 CCD特性參數
4.3.5 CMOS傳感器
4.4 圖像采集卡
4.5 計算機
4.5.1 硬件配置
4.5.2 數據通信接口
思考與練習

第5章 圖像基礎
5.1 圖像的産生
5.2 數字圖像
5.2.1 數字化
5.2.2 數字圖像的錶示
5.2.3 圖像文件格式
5.3 圖像分類
5.4 彩色圖像
5.4.1 彩色基礎
5.4.2 彩色模型
5.4.3 彩色圖像的灰度化處理
5.5 圖像性質
5.5.1 圖像分辨率
5.5.2 直方圖與聯閤直方圖
5.5.3 熵和聯閤熵
5.5.4 其他統計特徵
5.5.5 圖像品質評價
5.6 圖像處理運算的形式
5.6.1 點處理
5.6.2 鄰域處理
5.6.3 全局處理
5.7 圖像的傅裏葉變換
5.7.1 傅裏葉級數
5.7.2 傅裏葉變換
5.7.3 幅度譜、相位譜和功率譜
5.7.4 二維DFT的性質
5.7.5 圖像傅裏葉變換的MATLAB實現
思考與練習

第6章 圖像質量的改善
6.1 對比度增強
6.1.1 灰度級變換
6.1.2 直方圖變換
6.1.3 彩色增強
6.2 平滑與噪聲濾除
6.2.1 圖像中的噪聲
6.2.2 均值濾波
6.2.3 中值濾波
6.2.4 邊緣保持濾波器
6.3 頻域濾波
6.3.1 頻域濾波基礎
6.3.2 低通濾波器
6.3.3 高通濾波器
6.3.4 帶阻濾波器
6.3.5 同態濾波器
6.4 銳化
6.5 圖像的代數運算
6.5.1 圖像相加
6.5.2 圖像相減
6.5.3 圖像相乘
6.5.4 圖像相除
思考與練習

第7章 二值圖像分析
7.1 圖像分割與閾值分割
7.1.1 圖像分割
7.1.2 閾值分割
7.2 全局閾值法
7.2.1 雙峰法
7.2.2 p參數法
7.2.3 判彆分析法
7.2.4 最大熵法
7.2.5 自動迭代法
7.3 自適應閾值法
7.3.1 閾值插值法
7.3.2 移動平均法
7.4 二值圖像的幾何學性質
7.4.1 連通性
7.4.2 距離
7.5 二值圖像的操作
7.5.1 連通成分標記
7.5.2 膨脹與腐蝕
7.5.3 細綫化
7.5.4 形狀特徵的測量方法
思考與練習

第8章 圖像的特徵提取
8.1 點檢測
8.1.1 Moravec角點檢測算子
8.1.2 SUSAN角點檢測算子
8.1.3 Harris角點檢測算子
8.2 邊緣檢測
8.2.1 邊緣的模型、邊緣檢測的基本步驟
8.2.2 基於梯度的邊緣檢測
8.2.3 基於拉普拉斯算子的邊緣檢測
8.2.4 Canny算子
8.3 邊緣跟蹤
8.3.1 局部處理方法
8.3.2 邊緣跟蹤方法
8.4 Hough變換
8.4.1 Hough變換及直綫檢測
8.4.2 Hough變換圓檢測
8.4.3 廣義Hough變換
8.5 形狀特徵
8.5.1 形狀特徵須滿足的條件
8.5.2 形狀特徵的應用
8.5.3 形狀的描述和錶示
8.6 變換係數特徵
8.7 紋理特徵
8.7.1 灰度共生矩陣
8.7.2 自相關函數
8.7.3 灰度差值統計
8.7.4 傅裏葉描述子
思考與練習

第9章 圖像配準
9.1 圖像配準概述
9.1.1 圖像配準概念
9.1.2 常用的圖像配準技術
9.1.3 圖像配準技術的應用
9.2 空間幾何變換
9.2.1 簡單變換
9.2.2 剛體變換與相似性變換
9.2.3 仿射變換
9.2.4 投影變換
9.2.5 非綫性變換
9.3 基於灰度的圖像配準
9.3.1 空域模闆匹配及相似性度量
9.3.2 相位相關法
9.4 基於特徵的圖像配準
9.4.1 基於特徵的配準步驟
9.4.2 形狀匹配及Hausdorff距離
9.5 快速配準算法
9.5.1 變灰度級相關算法
9.5.2 FFT相關算法
9.5.3 序慣相似性檢測算法
9.5.4 變分辨率相關算法
9.5.5 基於投影特徵的匹配算法
9.6 亞像素級配準技術
9.6.1 擬閤法
9.6.2 插值法
9.6.3 細分像素法
思考與練習

第10章 攝像機標定
10.1 視覺測量坐標係
10.1.1 四個基本坐標係
10.1.2 四個坐標係間的變換關係
10.2 攝像機成像模型
10.2.1 針孔模型
10.2.2 透視投影
10.2.3 攝像機鏡頭畸變
10.3 攝像機標定方法
10.3.1 綫性標定方法
10.3.2 Tsai兩步標定法

第11章 雙目立體成像
11.1 雙目成像模式與視差
11.1.1 雙目橫嚮模式
11.1.2 雙目橫嚮會聚模式
11.1.3 雙目縱嚮模式
11.2 雙目視覺測量數學模型
11.3 立體匹配方法概述與極綫約束
11.3.1 立體匹配技術
11.3.2 極綫約束
11.4 雙目視覺測量係統標定

第12章 光學三角法三維測量技術
12.1 三維測量技術及應用
12.1.1 接觸式與非接觸式測量
12.1.2 光學三維測量技術的應用
12.2 光學三角法測量原理
12.3 結構光視覺測量法
……

前言/序言

　　《史記夏本紀》記載的大禹治水中有“左準繩，右規矩，載四時，以開九州，通九道，陂九澤，度九山”，其中的準繩、規矩便是古代的量具。《孟子離婁上》中有“離婁之明，公輸子之巧，不以規矩，不成方圓”。這說明，測量自古以來就是工程科學的重要內容，也申明瞭測量技術在工程實踐中的重要性。
　　傳統意義上，機械係統及製造過程中的測試計量技術，在某種程度上隻是産品質量的檢驗手段。而現代測量技術及其儀器設備不再是單純的輔助檢測設備，已逐漸發展成為必需的生産部件或設備，集成於機械係統、參與到製造過程、應用於工業現場。
　　視覺測量技術是一門將計算機視覺應用於空間幾何尺寸的精確測量和定位所産生的一種測量領域中的新技術，是工業檢測中非接觸精密測試領域最具有發展潛力的新技術，具有非接觸、在綫檢測、實時分析、連續工作、測量可靠等特點，能夠適應多種危險的應用場閤，廣泛應用於軍事、工業、遙感、農林業、醫學、航天航空、科學研究等領域。因此，在高等院校的儀器科學與技術、機電工程、自動化、模式識彆等學科專業開設視覺測量技術相關課程是相當必要的。
　　與目前更為常見的計算機視覺、數字圖像處理教材相比較，視覺測量技術無論從教學側重點、教學容量、教育思想還是學習目的等方麵來講，更符閤儀器儀錶及自動化類專業的人纔培養目標，更好地做到瞭理論服務於實踐、理論與實踐結閤。
　　本書按照基本概念、成像係統與理論、圖像基礎、圖像處理與分析、三維立體成像這一主綫安排編寫，體現從簡到繁、由淺入深、從理論到實際、從技術到係統的特點，力求具有基礎性、層次性、係統性、先進性與實用性。每章均以“引例”開篇，通過引入一個工程實例，以設問的方式提齣采用哪種解決方案來實現，依次指齣本章將要闡述的重點內容或關鍵問題。正文中，對抽象或重要的概念力爭以圖文並茂的方式進行闡述，對某些重要算法一並給齣MATLAB源代碼，並配閤一定量的習題進一步啓發讀者對知識的理解與應用。
　　本書共12章，第6章由西南科技大學王建新編寫，第7章由淮海工學院楊慧珍編寫，其餘10章由內濛古工業大學白福忠編寫，思考與練習由山東輕工業學院劉曉編寫。全書由白福忠統稿。
　　本書以編者多年來從事本科生與碩士生教學工作的成果積纍以及相關科研成果為主要內容，在編寫過程中藉鑒並引用瞭相關國內外優秀教材、重要學術期刊刊載的最新研究成果以及同行研究人員的學位論文資料，在此對所引用的文獻資料的作者或機構錶示衷心感謝！
　　限於編者的學識水平，書中難免存在不足之處，懇請讀者給予批評指正。
　　編者
　　2013年7月
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