几何偏微分方程和图象分析

几何偏微分方程和图象分析 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:世界图书出版公司
作者:G.Sapiro
出品人:
页数:385
译者:
出版时间:2003-9
价格:88.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787506259415
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • 偏微分方程7
  • 小布的信息科学
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具体描述

This book is an introduction to the use of geometric partial differential equations (PDEs) in image processing and computer vision. This relatively new research area brings a number of new concepts into the field, providing, among other things, a very fundamental and formal approach to image processing. State-of-the-art practical results in problems such as image segmentation, stereo, image enhancement, distance computations, and object tracking have been obtained with algorithms based on PDE's formulations.

  此书为英文版!

《几何偏微分方程与图象分析》:探索几何世界中的数学语言与视觉信息 本书致力于揭示几何偏微分方程在图象分析领域中扮演的关键角色,并深入探讨如何运用这些强大的数学工具来理解、处理和重构视觉信息。我们并非仅仅罗列公式和定理,而是旨在构建一座桥梁,连接抽象的几何概念与生动的图象世界,带领读者领略数学之美如何赋能现代科技。 一、 几何视角下的偏微分方程:勾勒视觉形态的底层逻辑 偏微分方程(PDEs)是描述自然界中连续变化的现象的数学语言,而几何则提供了理解这些现象空间结构的框架。本书首先将读者带入一个纯粹的几何世界,从微分几何的基础概念出发,例如流形、度量张量、曲率等,为后续理解PDEs的几何内涵打下坚实基础。我们将探讨如何用几何的语言来描述曲线、曲面乃至更高维的几何对象,并在此基础上引入偏微分方程,例如: 平均曲率流 (Mean Curvature Flow):这是一个经典的几何演化方程,它描述了曲面如何随着时间的推移而平滑化,最终趋向于具有最小曲率的形态。在图象分析中,这可以被用来进行图象去噪、模糊化处理,或者用于形状的简化和提取。我们将详细介绍其数学原理,包括其演化方程的建立、稳定性和奇异性分析,并展示其在图象平滑方面的应用。 泊松方程 (Poisson Equation):这个方程在物理学和工程学中有着广泛的应用,在图象处理中,它常用于解决泊松方程的边界值问题,例如图象修复、色调映射等。我们将从几何的角度理解泊松方程的意义,例如它与势能函数的联系,并分析其在图象修复中的具体实现方法。 扩散方程 (Diffusion Equation):又称热传导方程,它描述了物质或信息的扩散过程。在图象分析中,扩散方程是实现图象平滑和去噪的基石,通过模拟信息在图象中的扩散过程,可以有效地消除噪声。我们将深入探讨其数学性质,例如高斯核的性质,以及如何将其应用于图象的模糊和特征提取。 Navier-Stokes 方程 (Navier-Stokes Equations):虽然更常用于流体力学,但其背后蕴含的几何和拓扑思想,以及对空间中连续变量演化的描述,也为我们理解更复杂的图象演化模型提供了启示。我们将简要介绍其核心思想,并指出其在某些高级图象处理问题中的潜在关联。 在介绍这些方程时,我们不仅会关注其纯粹的数学形式,更会强调其几何意义。例如,平均曲率流如何“收缩”曲面,扩散方程如何“传播”信息,这些直观的几何解释将帮助读者建立对PDEs更深刻的理解。 二、 图象分析中的几何PDEs:驱动视觉世界的数学力量 将PDEs的几何思想应用于图象分析,是本书的核心内容。图象本身就可以被看作是一种复杂的几何对象,像素的灰度或颜色值可以被视为定义在一个二维(或三维)空间上的函数。PDEs能够捕捉到图象中局部和全局的几何特征,从而实现各种复杂的图象处理任务: 图象去噪与平滑:我们将详细介绍如何利用扩散方程和平均曲率流来实现图象的平滑和噪声去除。通过分析不同噪声模型的特性,我们选择合适的PDE模型来优化图象质量。例如,各向异性扩散(Anisotropic Diffusion)将是重点讨论的内容,它能够在保留图象边缘的同时进行平滑,这对于提取清晰的图象特征至关重要。 图象分割:图象分割是将图象划分为具有不同语义意义的区域的过程。我们将探讨如何利用PDEs来定义和演化分割区域的边界。例如,Chan-Vese 模型、Osher-Sethian 模型等基于水平集方法(Level Set Methods)的PDE模型,能够处理复杂的、非凸的形状,并能够自动处理拓扑变化,在图象分割中表现出色。我们将深入研究这些模型的数学原理和实现细节。 图象修复与内容生成:当图象存在缺失部分时,PDEs可以被用来“填充”这些缺失区域,恢复图象的完整性。我们将介绍基于PDEs的图象修复技术,例如使用泊松方程进行修复,以及更先进的利用PDEs进行纹理合成和内容生成的方法。 形状分析与匹配:图象分析的一个重要方面是理解和分析图象中的形状。我们将探讨如何利用PDEs来描述和演化形状,例如通过形状的变形或演化来实现形状的匹配和识别。曲率驱动的形状演化,以及基于PDEs的形状描述符将是其中的重要内容。 光流与运动分析:在视频分析中,光流是指视频序列中像素的运动轨迹。PDEs在光流估计和运动跟踪中也扮演着重要角色,例如Horn-Schunck 光流模型就基于一个平滑性约束的PDE。我们将分析如何利用PDEs来捕捉视频中的动态信息。 三、 数值方法与算法实现:将数学理论转化为实际应用 理论上的PDEs需要通过数值方法才能在计算机上实现。本书将重点介绍常用于解决几何PDEs的数值算法,包括: 有限差分法 (Finite Difference Method):这是最直接和最常用的数值方法之一,我们将详细介绍如何将PDEs离散化为差分方程,并讨论不同差分格式的精度和稳定性。 有限元法 (Finite Element Method):对于处理更复杂的几何形状和边界条件,有限元法提供了更灵活的解决方案。我们将介绍其基本思想和在图象分析中的应用。 水平集方法 (Level Set Methods):这是一种处理动态边界和拓扑变化的强大方法,与许多图象分析任务息息相关。我们将详细阐述其原理,包括其隐式表示、演化方程以及在图象分割等方面的具体应用。 尺度空间理论 (Scale-Space Theory):以高斯模糊为基础的尺度空间理论,为理解图象在不同尺度下的表示提供了数学框架。我们将探讨其与扩散方程的紧密联系,以及如何利用尺度空间来分析图象特征。 我们将通过清晰的算法描述和伪代码,引导读者理解这些数值方法的实现过程。同时,也会讨论不同算法在计算效率、稳定性和精度方面的权衡。 四、 前沿进展与未来展望:探索几何PDEs在图象分析中的无限可能 本书的最后部分将展望几何PDEs在图象分析领域的前沿研究方向,例如: 深度学习与几何PDEs的融合:探讨如何利用神经网络来学习PDEs的解,或者如何将PDEs的物理约束引入深度学习模型,以提升图象处理的性能。 非欧几何与非线性PDEs:介绍在处理具有复杂拓扑和非线性特性的图象时,如何运用更广阔的非欧几何和非线性PDEs理论。 多模态图象分析:探讨如何将几何PDEs应用于融合不同来源的图象数据(如红外、超声、MRI等),以实现更全面的信息分析。 实时图象处理:研究如何优化PDEs的数值算法,以满足实时图象处理的需求。 《几何偏微分方程与图象分析》旨在为读者提供一个全面而深入的视角,理解数学的几何力量如何赋能我们理解和操作视觉世界。无论是数学研究者、计算机视觉工程师,还是对现代科技充满好奇的学习者,本书都将是一本不可或缺的参考。我们相信,通过对几何PDEs的深入探索,您将能够 unlock 视觉信息的隐藏奥秘,并为未来的创新应用奠定坚实基础。

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《几何偏微分方程和图象分析》这本书,在我看来,它是一次数学工具与图像世界深度对话的尝试。我一直对图像的内在结构以及如何用数学方法对其进行精细化分析充满好奇。这本书的标题,尤其是“几何”和“偏微分方程”这两个关键词的组合,立刻引起了我的注意。我推测,这本书会首先从几何的角度出发,解释如何将图像的各种特征,如边缘、纹理、形状等,用几何的语言来描述和刻画。例如,可能会将图像的边缘视为曲线,图像的灰度变化视为曲面,甚至更复杂的图像信息可以映射到高维的几何空间中。偏微分方程,我理解它们是描述连续变量之间变化率关系的数学模型,那么在图像分析中,它们又扮演着怎样的角色呢?我期待书中能详细解释,如何利用PDE来模拟图像的形成过程,或者如何通过求解PDE来实现图像的优化,例如去噪、锐化、或者分割。我特别感兴趣的是,书中是否会介绍一些将几何概念融入PDE框架的例子,比如利用几何流来指导图像的演化过程,从而达到更优的分析效果。我希望书中能够提供一些生动的案例分析,展示这些复杂的数学理论是如何应用于解决实际的图像分析问题的,例如如何利用PDE来实现图像的边缘保持平滑,或者如何利用几何方法来提高图像的识别精度。这本书的书名本身就传递出一种严谨的数学研究范式,我期待通过阅读,能够对图像分析的理论基础有更深入的认识,并可能启发新的研究思路。

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拿到《几何偏微分方程和图象分析》这本书,我的第一感觉是它提供了一种理解图像的全新视角,一种将抽象数学理论与直观图像分析相结合的方式。我一直认为,图像不仅仅是像素值的二维矩阵,它蕴含着丰富的几何信息和潜在的结构规律。然而,如何将这些信息从数据中有效提取并加以分析,一直是一个挑战。这本书的标题,特别是“几何”和“偏微分方程”的组合,让我产生了浓厚的兴趣。我猜测,书中会首先介绍一些基础的几何概念,并解释它们在图像表示中的作用,比如如何将图像看作是某种几何对象,并利用几何的语言来描述其局部和全局特征。偏微分方程,我理解它们是描述变化和演化的强大工具,那么在图像分析中,它们又扮演着怎样的角色呢?我期待书中能够详细阐述,如何利用PDE来模拟图像的形成过程,或者如何通过求解PDE来实现图像的平滑、去噪、复原等任务。我特别好奇书中是否会深入探讨“几何流”的概念,以及它在图像处理中的应用。例如,是否会介绍如何利用基于曲线或曲面演化的方法来实现图像的分割,或者如何利用PDE来分析图像的纹理特征并从中提取几何信息?我希望书中能提供一些清晰的数学推导和直观的几何解释,帮助我理解这些复杂概念是如何相互联系的,并最终应用于解决实际的图像分析问题。这本书的标题本身就充满了吸引力,我期待它能够为我打开一扇新的大门,让我对图像分析有更深刻的理解。

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当我第一次拿起《几何偏微分方程和图象分析》这本书时,我的思绪就像被一股强大的引力拉扯,进入了一个我既熟悉又陌生的领域。熟悉的是,我每天都在与图像打交道,无论是在工作还是生活中,图像分析早已成为我认知世界的重要方式。陌生的是,“几何偏微分方程”这个组合在我看来,是高度抽象和专业的数学概念,它们似乎与我平日接触的图像应用之间隔着一层厚厚的“理论幕布”。我的好奇心被点燃了,我想知道,这些高深的数学理论究竟能为我司空见惯的图像分析带来怎样的革新?我开始仔细审视书的结构,目录中关于“黎曼几何在图像表示中的应用”、“基于PDE的图像去噪方法”、“曲面演化与图像分割”等章节,都让我充满了探索的欲望。我猜想,书中可能会介绍如何将图像看作是嵌入在高维空间中的几何对象,并利用几何的语言来描述图像的结构、拓扑和内在属性。例如,将图像的边缘视为曲线,将图像的纹理视为某种几何结构,甚至将整个图像视为一个流形。而偏微分方程,我推测它们在这里的作用可能是描述图像在某种“力场”下的演化,或者作为一种“能量最小化”的原理,来驱动图像的优化过程。我非常期待书中能够用清晰的数学推导和直观的几何解释,来阐述这些概念是如何相互关联,又是如何解决实际图像分析难题的。例如,书中是否会介绍一种基于几何流的图像分割算法,它能够比传统的阈值法或区域生长法更精准地捕捉图像中的物体轮廓?或者,它是否会解释如何利用偏微分方程来模拟光照、纹理等因素对图像的影响,从而实现更逼真的图像复原?这本书的深度和广度都让我感到兴奋,我希望它能为我打开一扇通往更高级图像分析领域的大门。

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拿到《几何偏微分方程和图象分析》这本书,我的第一反应是它似乎触及了一个非常前沿和具有挑战性的研究领域。我个人并非数学领域的专家,但在我的专业领域中,对图像数据的处理和分析是不可或缺的一部分。因此,当看到“几何”、“偏微分方程”和“图象分析”这些关键词的组合时,我立刻感受到了一种潜在的强大联系。我猜想,这本书很可能在尝试用更深刻的数学工具来解决现实世界中的图像分析问题。例如,在医学影像领域,如何准确地分割出病灶区域,如何重建三维器官模型,这些都离不开对图像几何形状的精确描述和分析。而偏微分方程,我联想到它们在描述物理过程中扮演的角色,也许在图像分析中,它们可以被用来模拟图像的形成过程,或者描述图像在某种变换下的演化规律。我特别好奇书中是如何将“几何”的概念引入到偏微分方程的框架中。这是否意味着,我们可以将图像看作是一个带有某种度量的几何对象,然后利用几何的性质来构建和求解偏微分方程?例如,书中是否会讨论利用流形学习的思想来理解图像数据的内在结构,或者利用曲率等几何不变量来刻画图像的局部特征?我非常期待书中能够提供一些具体的案例研究,展示如何将这些抽象的数学理论应用于解决实际的图像分析问题,例如图像的分割、识别、复原或者形状匹配等。这本书的标题本身就充满了学术的深度,我希望能通过阅读,不仅掌握相关的数学工具,更能对图像分析的本质有更深入的理解。

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我对于《几何偏微分方程和图象分析》这本书的初步印象,很大程度上是被其书名所激发的跨学科魅力所吸引。在我过去的学习和工作中,虽然接触过一些图像处理的基础知识,也了解过一些偏微分方程在物理模型中的应用,但从未深入思考过这两者之间以及它们与“几何”这个概念之间可能存在的深刻联系。当我拿到这本书时,我首先做的是浏览其章节结构和一些关键术语,试图构建一个初步的理解框架。我注意到书中似乎涵盖了从基础的几何概念介绍,到复杂的偏微分方程理论,再到它们在具体图像分析任务中的应用。我特别关注那些涉及几何流、变分法、黎曼几何等章节,因为我直觉上认为这些几何概念的引入,能够为图像分析带来更深层次的理解和更强大的工具。例如,我猜测书中可能会讨论如何将图像看作是一个高维空间中的流形,然后利用几何的语言来描述图像的结构和特征。而偏微分方程,我预想它们可能扮演着“动力学”的角色,驱动图像的演变,或者用来刻画图像的内在属性。我非常希望书中能够提供一些清晰的例子,说明例如如何利用曲线演化或表面演化等几何流的概念来实现图像的平滑化和去噪,或者如何通过求解某个偏微分方程来检测图像中的关键几何特征,比如边缘、角点或者纹理。此外,这本书的书名也暗示着一种“分析”的过程,我期待书中能够深入探讨如何通过数学的方法,对图像进行定量、定性的分析,从而提取有用的信息。读完目录和一些引言性质的内容,我的脑海中已经浮现出一些关于图像处理的新视角,这让我对接下来的阅读充满了期待。

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《几何偏微分方程和图象分析》这本书,在我看来,它传递的信息是关于如何用一种更精妙、更根本的数学语言来理解和操作图像。我一直认为,图像不仅仅是像素点的集合,它蕴含着丰富的几何信息和潜在的结构规律。然而,如何将这些信息从纷繁的像素数据中提取出来,并进行有效的分析,一直是一个挑战。看到“几何”与“偏微分方程”这两个词汇的结合,我脑海中立即浮现出将图像视为一个动态的、具有内在几何结构的实体。我猜测,书中可能会介绍如何利用微分几何的工具,如曲率、测地线等,来刻画图像的局部和全局特征。例如,图像的边缘可能被视为曲率变化较大的地方,而图像的平滑区域则可能具有较低的曲率。偏微分方程,在我看来,就像是描述图像“演化”或“趋于稳定”的数学引擎。我期待书中能够解释,某些经典的PDE,例如泊松方程或热方程,是如何被用来实现图像的平滑、去噪或锐化的,以及它们背后蕴含的几何意义是什么。尤其让我感兴趣的是,书中是否会探讨一些更复杂的几何模型,比如将图像映射到黎曼流形上,然后利用流形上的几何分析工具来处理图像。我希望书中能够提供一些具体的算法示例,说明如何将这些抽象的理论转化为可执行的图像分析技术。例如,是否有可能利用某种几何流来对图像进行形状匹配,或者利用PDE来模拟图像在不同视角下的变化,从而实现三维重建?这本书的标题给我一种感觉,它不仅仅是关于技术的介绍,更是在揭示图像分析背后更深层次的数学原理。

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在我看来,《几何偏微分方程和图象分析》这本书所指向的领域,是一种用严谨的数学语言来解析图像的奥秘。我本身对图像数据的处理和理解有着浓厚的兴趣,但常常感觉现有的方法在某些复杂情况下显得力不从心。这本书的标题,尤其是“几何”和“偏微分方程”的组合,立刻吸引了我的注意力。我推测,书中会深入探讨如何将几何的直观性和数学的严谨性相结合,来构建更强大的图像分析模型。例如,可能会将图像看作是一个高维空间中的几何对象,并利用微分几何的工具来刻画其形状、结构和纹理等特征。偏微分方程,我理解它们在描述连续介质力学、热传导、波动现象等方面扮演着核心角色,那么在图像分析中,它们是否也能被用来描述图像的某种“内在动力学”?我非常期待书中能够详细解释,如何利用PDE来捕捉图像的局部和全局特征,比如边缘、角点、或者更复杂的几何模式。我特别好奇书中是否会介绍一些与“流”相关的概念,比如几何流,我听说这类方法在图像的平滑、去噪以及形状分析方面表现出色。我希望书中能够提供一些具体的算法实现思路,或者至少能为我提供一些理解这些方法的理论框架。例如,书中是否会介绍如何利用PDE来对图像进行非线性平滑,以保持边缘信息的同时去除噪声?或者,如何利用几何的观点来设计更有效的图像分割方法?这本书的深度和广度都让我感到兴奋,我希望它能为我带来一些全新的思考方式和研究思路。

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《几何偏微分方程和图象分析》这本书,在我看来,它就像是一把钥匙,能够开启我对图像世界更深层次的认知。我一直对图像的内在结构和形成机制感到好奇,而这本书的标题直接点明了两个重要的切入点:几何和偏微分方程。我猜想,书中会首先介绍一些基础的几何概念,可能是关于曲线、曲面、流形等的性质,以及它们如何可以用来描述图像的形状和结构。例如,可以将图像的边缘看作是曲线,图像的表面可以看作是曲面,甚至更复杂的图像信息可以映射到高维的流形上。偏微分方程,我理解它们在描述自然界中的各种物理现象时起着关键作用,那么在图像分析中,它们又扮演着怎样的角色呢?我期待书中能详细阐述,如何利用PDE来模拟图像的形成过程,或者如何通过求解PDE来完成图像的去噪、复原、分割等任务。我特别想知道,书中是如何将“几何”和“偏微分方程”这两个看似独立的领域巧妙地结合起来的。例如,是否会介绍一些基于几何流的图像处理算法,这些算法能够通过描述图像的“演化”来达到优化的目的?我希望书中能够提供一些具体的案例研究,来展示这些理论是如何应用于解决实际的图像分析问题的,比如医学影像的分割、目标对象的识别、或者是图像的纹理分析。这本书给我一种感觉,它不仅仅是在介绍工具,更是在探索一种全新的数学视角来理解图像。

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翻开《几何偏微分方程和图象分析》这本书,我的内心是充满期待的,并且带有一丝求知欲的忐忑。我一直觉得,图像分析领域虽然发展迅速,但其理论基础往往建立在一些相对基础的数学工具之上。这本书的出现,似乎预示着一种更高级、更深层次的数学方法论将被引入。我尝试去理解“几何”在其中的作用,我猜想它可能是用来描述图像的形状、结构、拓扑性质,甚至更复杂的几何不变性。例如,将图像看作是某种几何对象,如曲线、曲面或流形,然后利用几何学的语言来分析它的属性。而“偏微分方程”,在我看来,它们更像是描述图像变化和演化的“动力学”方程。我希望书中能够解释,如何利用PDE来模拟图像的形成过程,或者如何通过求解PDE来达到图像的优化目的,比如去噪、复原、分割等。我尤其好奇书中是否会探讨一些与“几何流”相关的概念,我听说这类方法在图像处理中具有强大的能力,能够实现诸如图像平滑、边缘保持等功能。我希望书中能够提供一些生动且清晰的例子,展示如何将这些抽象的数学概念与实际的图像分析任务联系起来。例如,是否会介绍一种基于曲面演化的图像分割算法,它能够根据图像的几何特性自动捕捉物体的轮廓?或者,是否会解释如何利用PDE来分析图像的纹理信息,并从中提取出具有几何意义的特征?这本书的书名本身就暗示着一种严谨的数学分析过程,我期待通过阅读,能够对图像分析的理论根基有更深刻的理解,并可能发现一些新的研究方向。

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这本《几何偏微分方程和图象分析》在我桌上已经有几天了,我一直想找个时间静下心来好好体会一下。老实说,当我第一次看到这个书名时,我的脑海中并没有一个非常清晰的概念。几何?偏微分方程?图象分析?这三个词语在我眼中似乎是来自不同学术领域,各自都足够深奥,组合在一起更是让我感到一丝敬畏,但也夹杂着强烈的好奇。我并不是一个数学科班出身的专业人士,我的背景更多地偏向于应用领域,对那些抽象的数学理论总是有些望而却步。然而,生活中的图像无处不在,从我们每天使用的智能手机拍照,到医疗诊断中的X光片和MRI,再到科学研究中的各种模拟可视化,图像分析的重要性不言而喻。而偏微分方程,我隐约记得在物理学、工程学等领域都扮演着至关重要的角色,它们描述了许多自然现象的动态变化。那么,当这些看似独立的领域碰撞在一起时,会产生怎样的火花?这正是吸引我的地方。我开始翻阅书中的目录,试图从中找到一些线索。序言部分似乎在努力地构建一种联系,它可能在阐述为何需要将几何的直观性与偏微分方程的严谨性相结合,来解决图像分析中的复杂问题。我期待书中能够用一种相对易于理解的方式,介绍一些基础的几何概念,比如曲线、曲面、流形等,以及它们在图像表示和处理中的潜在应用。随后,我将目光投向了关于偏微分方程的部分,希望能了解到一些经典的方程,比如泊松方程、热方程、波动方程等等,以及它们是如何被用来描述图像的平滑、去噪、边缘检测等过程的。尤其令我好奇的是,书中是如何将“几何”的概念融入到偏微分方程的构建和求解中的,这是否意味着可以利用几何的直观性和性质来指导方程的建立,或者通过方程的解来揭示图像的几何特征?读完这些初步的猜测,我更加期待深入阅读。

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