前 言
When something can be read without effort, great effort has gone into its writing.
Enrique Jardiel Poncela
第四版是在前三版的基础上修订而成的,是前三版的发展与延续。像Gonzalez和Wintz于1977年和1987年出版的版本及Gonzalez和Woods于1992年、2002年和2008年出版的版本那样,这个第六代版本同样是为学生和教师编写的。本书的主要目的是介绍数字图像处理的基本概念和方法,为读者在数字图像处理领域进一步学习和研究奠定基础。为了实现这些目的,本书再次把重点放在应用范围不限于求解具体问题的基础知识方面。本书的数学复杂性处于大学高年级本科生和一年级硕士研究生的水平,他们应先修了数学分析、向量、矩阵、概率、统计、线性系统和计算机编程等课程。为方便读者回顾这些背景知识,本书的配套网站提供了相关的教程。
本书40年来一直处于世界领先地位的主要原因之一是,我们不断地关注并反映读者不断变化的教育需求。本版基于广泛的调查,调查涉及30个国家和地区的150个机构的教师、学生和自学者。调查表明,这一版中需要涵盖自上一版出版以来已经成熟的新内容,具体包括:
? 扩充关于空间滤波基本原理的内容。
? 更全面地介绍图像变换的内容。
? 更完整地介绍有限差分,重点是边缘检测。
? 讨论聚类、超像素及它们在区域分割中的应用。
? 涵盖最大稳定极值区域的内容。
? 扩展特征提取的内容,包括尺度不变特征变换(SIFT)。
? 扩展神经网络的内容,包含深度神经网络、反向传播、深度学习,尤其是深度卷积神经网络。
? 在各章末尾提供更多的习题。
在包含新内容和重组内容的这一版中,我们试图在严谨性、表述的明确性和调查结果之间保持合理的平衡。除新内容外,还更新和澄清了此前的部分文字。这一版中包含241幅新图像、72个新图表和135道新习题。
第四版的新内容
这个版本的亮点如下。
? 第1章:更新了一些图形,改写了部分文本以反映后续各章的变化。
? 第2章:为清楚起见,重写了许多小节和例子,新增了14道习题。
? 第3章:重写了空间滤波的基本概念,包括对可分离滤波核的讨论,涵盖了低通高斯核的性质,扩充了关于高通、带阻和带通滤波器的内容,包含了许多说明它们的用途的新例子。除文字修订(包括6个新例子)外,本章增加了59幅新图像、2幅新线条图、15道新习题。
? 第4章:对本章中的几节进行了修订,以提高表述的清晰性。用35幅新图像和4幅新线条图代替了过时的图表,新增了21道习题。
? 第5章:本章的修订仅限于澄清和更正一些符号。增加了6幅新图像、14道新习题。
? 第6章:澄清了几节的内容,扩展了关于CMY和CMYK彩色模型的说明,增加了2幅新图像。
? 第7章:这是新的一章,内容包括小波、几个新变换及许多分散在全书中的图像变换。本章的重点是从统一的视角来介绍这些变换。增加了24幅新图像、20幅新曲线图、25道新习题。
? 第8章:做了大量的澄清和少量的展示改进。
? 第9章:重写了几节的内容,包括重绘了几幅线条图,增加了18道新习题。
? 第10章:为清楚起见,重写了几节的内容,新增了有限差分、k均值聚类、超像素和图割等内容,并使用4个新例子说明了这些新主题。增加了29幅新图像、3幅新线条图和6道新习题。
? 第11章:本章更新了许多主题,首先详细介绍了特征类型的分类及其应用。除改进表达的清晰度外,增加了斜率变化编码的内容,扩展了对骨架、中轴和距离变换的说明,增加了几个新的基本描述子,如紧致度、圆度和偏心率等。新内容包括哈里斯-斯蒂芬斯角点探测器及最大稳定极值区域的表述。本章的一个主要补充是关于尺度不变特征变换(SIFT)的全面讨论。增加了65幅新图像、15幅新线条图和12道新习题。
? 第12章:本章进行了重大修订,重写了关于神经网络和深度学习的内容。全面介绍了全连接深度神经网络,从基本原理出发推导了反向传播方程。首先用“传统”的标量项表示了反向传播方程,然后将其推广为了非常适合于实现深度神经网络的矩阵方程。通过与贝叶斯分类器比较,验证了全连接网络的有效性。调查结果中最应纳入书中的主题之一是深度卷积神经网络,因此在介绍深度全连接网络后,新增了关于深度卷积神经网络的一节。也就是说,我们推导了卷积网络的反向传播方程,说明了它们与“传统”反向传播方程的不同之处。然后用简单的图像说明了卷积网络的应用,并将卷积网络应用到了由数字和自然场景组成的大型图像数据库。增加了23幅新图像、28幅新线条图、12道新习题。
我们还首次创建了学生和教师支持包,读者可以从本书的配套网站上下载它们。学生支持包中包含书中的许多原图像和部分习题的答案。教师支持包中包含书中所有习题的答案、教学建议及PowerPoint课件(可修改)。每本新书都可免费得到一个支持包。
在2002年版启动期间建立的本书配套网站一直非常成功,每月都会吸引超过25000名的读者。这个网站针对第四版进行了升级。有关网站特点和内容的详细信息,请参阅后面的致谢。
第四版反映了自2008年来读者教育需求的变化。原稿完成后,数字图像处理领域的发展并未停止。本书自1977年首次出版以来一直被读者广泛接受的原因之一是,它一直强调基本概念,并且这些基本概念随着时间的推移一直保持相关性。这种方法试图在迅速发展的知识体系中提供某种程度的稳定性,而我们在编写这一版时极力遵循同样的原则。
Rafael C. Gonzalez
Richard E. Woods