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第1章 多维信号与系统1

1.1 多维信号2

1.1.1 有限域信号和周期信号2

1.1.2 对称信号5

1.1.3 特殊的多维信号5

1.2 多维变换8

1.2.1 连续信号的傅里叶变换8

1.2.2 离散信号的傅里叶变换12

1.2.3 离散傅里叶变换（DFT）14

1.2.4 离散余弦变换（DCT）18

1.3 多维系统20

1.3.1 脉冲响应和2D卷积20

1.3.2 频率响应23

1.3.3 FIR滤波器及对称性25

1.3.4 IIR滤波器及偏微分方程27

1.4 多维采样理论30

1.4.1 格上采样30

1.4.2 格上采样信号的谱34

1.4.3 格上采样中的奈奎斯特准则36

1.4.4 格上采样信号重建41

1.5 采样格式转换42

参考文献47

习题48

问题集148

MATLAB习题50

第2章 数字图像和视频53

2.1 人类视觉系统和色彩54

2.1.1 色觉及彩色模型54

2.1.2 对比敏感度57

2.1.3 时空频率响应59

2.1.4 立体/深度感知62

2.2 数字视频63

2.2.1 空间分辨率和帧速64

2.2.2 颜色、动态范围和位深65

2.2.3 彩色图像处理67

2.2.4 数字视频标准70

2.3 3D视频75

2.3.1 3D显示技术75

2.3.2 立体视频79

2.3.3 多视角视频79

2.4 数字视频应用81

2.4.1 数字电视81

2.4.2 数字影院85

2.4.3 互联网中的视频流88

2.4.4 计算机视觉和场景/行为理解91

2.5 图像和视频的质量92

2.5.1 视觉效果损伤92

2.5.2 主观质量评估93

2.5.3 客观质量评估94

参考文献96

第3章 图像滤波101

3.1 图像平滑102

3.1.1 线性移不变低通滤波102

3.1.2 双边滤波105

3.2 图像重采样和多分辨率表示106

3.2.1 图像抽取107

3.2.2 图像内插109

3.2.3 多分辨率金字塔表示116

3.2.4 小波表示117

3.3 图像梯度估计、边缘和特征检测123

3.3.1 图像梯度估计124

3.3.2 拉普拉斯估计128

3.3.3 Canny边缘检测130

3.3.4 Harris角检测131

3.4 图像增强133

3.4.1 基于像素的对比度增强133

3.4.2 用于色调映射和图像锐化的空间滤波138

3.5 图像去噪143

3.5.1 图像和噪声模型144

3.5.2 DFT域的线性空间不变滤波器146

3.5.3 局部自适应滤波149

3.5.4 非线性滤波：排序统计、小波收缩和双边滤波154

3.5.5 非局部滤波：NL-Means和BM3D158

3.6 图像复原160

3.6.1 模糊模型161

3.6.2 线性空间不变模糊图像的复原165

3.6.3 盲复原——模糊识别171

3.6.4 空间变化模糊图像的复原173

3.6.5 图像修复176

参考文献187

习题182

问题集3182

MATLAB习题185

MATLAB资源189

第4章 运动估计191

4.1 图像的形成191

4.1.1 相机模型192

4.1.2 3D运动的光学效果197

4.2 运动模型198

4.2.1 投射运动与表观运动199

4.2.2 3D刚体运动投射模型203

4.2.3 2D表观运动模型206

4.3 2D表观运动估计210

4.3.1 稀疏对应性、光流估计和图像配准问题210

4.3.2 光流方程和法向流213

4.3.3 帧间差215

4.3.4 运动估计的病态性：遮挡与孔洞问题216

4.3.5 分层运动估计219

4.3.6 运动估计的性能衡量220

4.4 差分法221

4.4.1 Lukas-Kanade法221

4.4.2 Horn-Schunk运动估计226

4.5 匹配法229

4.5.1 基本的块匹配230

4.5.2 变尺寸块匹配234

4.5.3 分层块匹配236

4.5.4 扩展的块匹配——局部变形运动237

4.5.5 特征对应的单应性估计239

4.6 非线性优化法241

4.6.1 像素递归运动估计241

4.6.2 贝叶斯运动估计243

4.7 变换域方法245

4.7.1 相位相关法245

4.7.2 空间-频率谱法247

4.8 3D运动估计和结构估计247

4.8.1 相机标定248

4.8.2 仿射重建249

4.8.3 投影重建251

4.8.4 欧氏重建256

4.8.5 平面视差和相关仿射结构重建257

4.8.6 立体中的致密结构259

参考文献259

习题264

问题集4264

MATLAB习题266

MATLAB资源268

第5章 视频分割与跟踪269

5.1 图像分割271

5.1.1 阈值法271

5.1.2 聚类法273

5.1.3 贝叶斯法277

5.1.4 图形法281

5.1.5 主动轮廓模型283

5.2 变化检测285

5.2.1 镜头边界检测285

5.2.2 背景差法287

5.3 运动分割294

5.3.1 主要运动分割295

5.3.2 复杂运动分割298

5.3.3 基于区域的运动分割：彩色与运动的融合307

5.3.4 运动估计与分割的同时实现309

5.4 运动跟踪313

5.4.1 基于图形的空-时分割与跟踪315

5.4.2 Kanade-Lucas-Tomasi跟踪315

5.4.3 Mean-Shift跟踪317

5.4.4 粒子滤波跟踪319

5.4.5 主动轮廓跟踪321

5.4.6 2D-Mesh跟踪323

5.5 图像抠图和视频抠像324

5.6 性能评估326

参考文献327

MATLAB习题334

互联网资源335

第6章 视频滤波337

6.1 空-时滤波理论338

6.1.1 视频的频谱339

6.1.2 运动自适应滤波341

6.1.3 运动补偿滤波341

6.2 视频格式转换345

6.2.1 降采样347

6.2.2 去隔行351

6.2.3 帧率转换357

6.3 多帧联合噪声滤除363

6.3.1 运动自适应噪声滤除363

6.3.2 运动补偿噪声滤除365

6.4 多帧联合复原370

6.4.1 多帧联合建模371

6.4.2 多帧联合维纳复原371

6.5 多帧联合超分辨率重建373

6.5.1 什么是超分辨率重建374

6.5.2 低分辨率采样建模377

6.5.3 频域超分辨率重建382

6.5.4 空域多帧法385

参考文献390

习题395

问题集6395

MATLAB习题396

第7章 图像压缩397

7.1 图像压缩的基础398

7.1.1 信息论概念398

7.1.2 图像压缩系统的组成401

7.1.3 量化402

7.1.4 符号编码405

7.1.5 Huffman编码406

7.1.6 算术编码410

7.2 离散余弦变换编码和JPEG413

7.2.1 离散余弦变换414

7.2.2 ISO JPEG标准416

7.2.3 编码控制与压缩损伤423

7.3 小波变换编码和JPEG 2000424

7.3.1 小波变换和滤波器选择425

7.3.2 ISO JPEG 2000标准429

参考文献435

习题437

互联网资源440

第8章 视频压缩441

8.1 视频压缩方法442

8.1.1 帧内压缩、运动JPEG2000和数字影院442

8.1.2 3D变换编码443

8.1.3 运动压缩变换编码446

8.2 早期的视频压缩标准447

8.2.1 ISO和ITU标准447

8.2.2 MPEG-1标准448

8.2.3 MPEG-2标准456

8.3 MPEG-4 AVC/ITU-T H.264标准463

8.3.1 视频输入格式和数据结构464

8.3.2 帧内预测465

8.3.3 运动补偿466

8.3.4 变换468

8.3.5 其他工具和改进469

8.4 高效视频编码（HEVC）标准471

8.4.1 视频输入格式和数据结构471

8.4.2 编码树单元472

8.4.3 并行编码/解码工具473

8.4.4 其他工具与改进475

8.5 可伸缩视频压缩477

8.5.1 时间可伸缩性478

8.5.2 空间可伸缩性479

8.5.3 质量（SNR）分级480

8.5.4 混合可伸缩482

8.6 立体视频和多视角视频压缩482

8.6.1 帧兼容的立体视频压缩483

8.6.2 H.264/AVC标准中关于立体和多视角视频编码的扩展484

8.6.3 多视角加深度信息的视频压缩487

参考文献492

习题494

互联网资源495

附录A 图像和视频处理中的病态问题497

A.1 图像表示497

A.1.1 确定性框架——函数/矢量空间497

A.1.2 贝叶斯框架——随机场498

A.2 图像模型概览498

A.3 图像稀疏建模基础500

A.4 病态问题的适定公式501

A.4.1 条件优化问题501

A.4.2 贝叶斯估计问题502

参考文献502

附录B Markov和Gibbs随机场503

B.1 Markov随机场与Gibbs随机场的等价性503

B.1.1 Markov随机场504

B.1.2 Gibbs随机场505

B.1.3 MRF和GRF的等价性506

B.2 先验PDF模型的Gibbs分布507

B.3 Gibbs分布中局部条件概率的计算508

参考文献509

附录C 优化方法511

C.1 基于梯度的优化512

C.1.1 最速下降法512

C.1.2 Newton-Raphson法513

C.2 模拟退火法514

C.2.1 Metropolis算法515

C.2.2 Gibbs抽样516

C.3 贪婪法517

C.3.1 条件递归法517

C.3.2 平均场退火法518

C.3.3 最高信任优先法518

参考文献519

附录D 模型拟合521

D.1 最小均方拟合法522

D.2 齐次线性方程组的LS解522

D.2.1 交替推导法523

D.3 总体最小均方拟合法524

D.4 随机采样一致性（RANSAC）526

参考文献526

术语表527