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第1章 多维信号与系统1

1.1多维信号1

1.1.1有限域信号和周期信号1

1.1.2对称信号3

1.1.3特殊的多维信号3

1.2多维变换5

1.2.1连续信号的傅里叶变换5

1.2.2离散信号的傅里叶变换7

1.2.3离散傅里叶变换8

1.2.4离散余弦变换10

1.3多维系统11

1.3.1冲激响应和2D卷积12

1.3.2频率响应13

1.3.3 FIR滤波器和对称性14

1.3.4 IIR滤波器和偏微分方程15

1.4多维采样理论16

1.4.1格上采样17

1.4.2格上采样信号的频谱19

1.4.3格上采样的奈奎斯特准则19

1.4.4基于格上采样点的重构22

1.5采样结构转换23

参考文献26

习题集26

第2章 数字图像与数字视频28

2.1人类视觉系统和色彩28

2.1.1色觉与模型28

2.1.2对比灵敏度30

2.1.3空-时频率响应31

2.1.4立体/深度感知33

2.2模拟视频34

2.2.1逐行扫描和隔行扫描34

2.2.2模拟视频信号格式35

2.2.3模拟/数字转换35

2.3数字视频36

2.3.1空间分辨率和帧率36

2.3.2色彩、动态范围和位深37

2.3.3彩色图像处理38

2.3.4数字视频标准40

2.4 3D视频42

2.4.1 3D显示技术43

2.4.2立体视频44

2.4.3多视角视频45

2.5数字视频应用46

2.5.1数字电视46

2.5.2数字电影48

2.5.3互联网视频流49

2.5.4计算机视觉和场景/活动理解51

2.6图像与视频质量51

2.6.1可视失真52

2.6.2主观质量评价52

2.6.3客观质量评价53

参考文献54

第3章 图像滤波57

3.1图像平滑57

3.1.1线性移不变低通滤波57

3.1.2双边滤波59

3.2图像重采样和多分辨率表示60

3.2.1图像抽取60

3.2.2内插61

3.2.3多分辨率金字塔表示65

3.2.4小波表示65

3.3图像梯度估计、边缘和特征检测68

3.3.1图像梯度的估计69

3.3.2拉普拉斯估计71

3.3.3 Canny边缘检测72

3.3.4 Harris角检测73

3.4图像增强74

3.4.1基于像素的对比度增强74

3.4.2用于色调映射和图像锐化的空间滤波76

3.5图像去噪79

3.5.1图像与噪声模型80

3.5.2 DFT域的线性空不变滤波器81

3.5.3局部自适应滤波83

3.5.4非线性滤波：顺序统计、小波收缩和双边滤波85

3.5.5非局部滤波：NL均值和BM3D87

3.6图像复原88

3.6.1模糊模型89

3.6.2线性空不变模糊退化图像的复原91

3.6.3盲复原——模糊识别94

3.6.4空变模糊退化图像的复原95

3.6.5图像修补97

参考文献97

习题集101

MATLAB资源104

第4章 运动估计105

4.1成像105

4.1.1相机模型105

4.1.2 3D运动的光度效应108

4.2运动模型108

4.2.1投影运动和表观运动109

4.2.2 3 D刚体运动投影模型111

4.2.3 2D表观运动模型112

4.3 2D表观运动估计114

4.3.1稀疏对应估计、光流估计与图像配准问题114

4.3.2光流方程和法向流115

4.3.3位移帧差116

4.3.4运动估计是病态问题：遮挡和孔径问题117

4.3.5分层运动估计118

4.3.6运动估计的性能评价119

4.4差分法119

4.4.1 Lucas-Kanade法119

4.4.2 Horn-Schunk运动估计121

4.5匹配算法123

4.5.1基本的块匹配124

4.5.2可变大小块匹配126

4.5.3分层块匹配127

4.5.4广义块匹配——局部变形运动127

4.5.5来自特征对应的单应性估计128

4.6非线性优化法130

4.6.1像素递归运动估计130

4.6.2贝叶斯运动估计131

4.7变换域法132

4.7.1相位相关法132

4.7.2空域频谱法132

4.8 3D运动与结构估计133

4.8.1相机标定133

4.8.2仿射重建134

4.8.3投影重建134

4.8.4欧几里得重建137

4.8.5平面视差和相对仿射结构重建138

4.8.6基于立体视觉的稠密结构139

参考文献139

习题集143

MATLAB资源144

第5章 视频分割与跟踪145

5.1图像分割146

5.1.1阈值法146

5.1.2聚类147

5.1.3贝叶斯法148

5.1.4图方法151

5.1.5主动轮廓模型152

5.2变化检测153

5.2.1镜头边界检测153

5.2.2背景相减154

5.3运动分割157

5.3.1主要运动分割158

5.3.2多运动分割159

5.3.3基于区域的运动分割：色彩与运动融合164

5.3.4同步进行运动估计与分割165

5.4运动跟踪167

5.4.1基于图的空-时分割与跟踪168

5.4.2 KLT跟踪168

5.4.3 MS跟踪169

5.4.4粒子滤波跟踪170

5.4.5主动轮廓跟踪171

5.4.6 2D-mesh跟踪173

5.5图像和视频抠图173

5.6性能评估174

参考文献175

习题集181

网络资源181

第6章 视频滤波182

6.1空-时滤波原理182

6.1.1视频的频谱182

6.1.2运动自适应滤波184

6.1.3运动补偿滤波184

6.2视频格式转换186

6.2.1下变频187

6.2.2去隔行189

6.2.3帧率转换193

6.3多帧的噪声滤除196

6.3.1运动自适应噪声滤除196

6.3.2运动补偿噪声滤除197

6.4多帧复原200

6.4.1多帧建模200

6.4.2多帧维纳复原200

6.5多帧超分辨率202

6.5.1超分辨率202

6.5.2低分辨率采样建模204

6.5.3频域超分辨率206

6.5.4多帧空域法208

参考文献211

习题集214

第7章 图像压缩216

7.1图像压缩基础216

7.1.1信息论概念216

7.1.2图像压缩系统的组成217

7.1.3量化218

7.1.4符号编码220

7.1.5赫夫曼编码220

7.1.6算术编码222

7.2无损图像压缩224

7.2.1位平面编码224

7.2.2 RLC和ITU G3/G4标准225

7.2.3自适应算术编码和JBIG228

7.2.4早期无损预测编码228

7.2.5 JPEG-LS标准229

7.2.6 Lempel-Ziv编码231

7.3离散余弦变换编码和JPEG232

7.3.1离散余弦变换233

7.3.2 ISO JPEG标准234

7.3.3编码器控制和压缩失真238

7.4小波变换编码和JPEG 2000.239

7.4.1小波变换和滤波器的选择239

7.4.2 ISO JPEG 2000标准242

参考文献245

习题集247

网络资源248

第8章 视频压缩249

8.1视频压缩方法249

8.1.1帧内压缩、运动JPEG 2000和数字电影249

8.1.2 3D变换编码250

8.1.3运动补偿变换编码251

8.2早期视频压缩标准252

8.2.1 ISO和ITU标准252

8.2.2 MPEG-1标准252

8.2.3 MPEG-2标准257

8.3 MPEG -4 AVC/ITU-T H.264标准261

8.3.1输入视频格式和数据结构261

8.3.2帧内预测262

8.3.3运动补偿263

8.3.4变换264

8.3.5其他工具和改进265

8.4高效视频编码标准266

8.4.1视频输入格式和数据结构266

8.4.2编码树单元266

8.4.3并行编/解码工具267

8.4.4其他工具和改进268

8.5可分级视频压缩270

8.5.1时域可分级270

8.5.2空域可分级271

8.5.3质量可分级271

8.5.4混合可分级272

8.6立体和多视角视频压缩272

8.6.1帧兼容立体视频压缩273

8.6.2 H.264/AVC标准的立体和多视角视频编码扩展274

8.6.3带深度信息的多视角视频275

参考文献278

习题集280

网络资源280

附录A图像和视频处理中的矢量和矩阵运算281

附录B图像和视频处理中的病态问题286

附录C马尔可夫随机场和吉布斯随机场289

附录D优化方法293

附录E模型拟合298