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出版者:

作者:王桥

出品人:

页数:359

译者:

出版时间:2009-2

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787030215161

丛书系列:

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• 计算机视觉
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《光影的秘密：探索视觉的奥秘》 序言 我们身处一个视觉信息爆炸的时代，从指尖滑动的社交媒体动态，到屏幕上闪烁的电影画面，再到手术室里精密操控的医疗影像，视觉无处不在，深刻地影响着我们的认知、交流和生活。然而，我们是否曾停下脚步，去审视这些我们习以为常的图像背后，究竟隐藏着怎样的科学原理和技术支撑？我们看到的清晰、细腻、色彩斑斓的图像，是如何从原始的数据中诞生的？又是什么力量让模糊的影像变得锐利，让单调的色彩焕发活力，让二维的平面呈现出三维的深度？ 《光影的秘密：探索视觉的奥秘》正是为了揭开这些笼罩在图像之上的神秘面纱而诞生。本书并非一本枯燥的技术手册，而是一次充满魅力的探索之旅，旨在带领读者深入了解构成我们视觉世界的基础，以及那些让图像“活”起来的奇妙技术。我们并非要深入探讨复杂的数学公式或晦涩的算法细节，而是要聚焦于那些能够让我们“看见”更深层次、更丰富信息的原理和方法。本书将引导您穿越光线与传感器的物理交互，理解像素的语言，掌握图像信息的提取与转换，并最终领略图像所蕴含的巨大潜力。 第一章：光线的低语与传感器的感知 任何一幅可见的图像，其根源都离不开“光”。本章将从最基础的物理现象出发，为您解析光是如何与物体相互作用，并最终被我们的眼睛或各种成像设备所“捕捉”的。我们将一同了解光的基本属性，如波长、频率和强度，以及它们如何决定了我们所感知到的颜色和亮度。 接着，我们会将目光转向成像设备的“眼睛”——传感器。不同于人眼，传感器的工作原理更为直接和量化。您将了解到 CCD（电荷耦合器件）和 CMOS（互补金属氧化物半导体）等主流传感器技术是如何将光信号转化为电信号的。我们会浅析像素的概念，理解每个像素点如何记录特定区域的光强度和颜色信息。同时，您也将初步接触到分辨率的概念，理解它与图像细节表现力的关系。 此外，我们还会探讨不同类型的传感器在捕捉信息时的特性差异，比如它们对不同光谱的敏感度，以及在弱光环境下表现的优劣。这不仅有助于理解为何不同相机或扫描仪会产生不同的图像效果，更能为后续的图像处理环节打下基础，了解我们所处理的数据源头具有怎样的特性。 第二章：像素的语言：数字图像的构成与表达 进入数字世界，图像便不再是连续的光影，而是由离散的“像素”单元构成的网格。本章将深入讲解像素的本质，以及它们如何组合成我们所看到的丰富多彩的图像。您将了解图像是如何在计算机中被表示为二维数组的，其中每个元素（像素）都承载着具体的数值信息。 我们会详细解析不同色彩模型，如灰度图像、二值图像、RGB（红绿蓝）彩色图像以及更复杂的 YUV、CMYK 等。您将理解在这些模型下，像素值是如何映射到特定的亮度、色调和饱和度信息的。例如，在 RGB 模型中，每个像素由三个数值组成，分别代表红、绿、蓝三种基色的混合比例，这些比例的组合创造了万千色彩。 同时，我们还将探讨图像的深度，即每个像素能够表达的颜色信息量，这直接影响到图像的细腻度和色彩表现力。我们也会触及图像文件的格式，如 BMP、JPEG、PNG 等，并理解它们在存储图像数据时的效率和特性差异。这些基础知识将帮助您理解我们即将要操作的“数据”究竟是什么，以及它所蕴含的丰富信息。 第三章：图像的“诊断”：获取与初步理解 在处理图像之前，首先要能够准确地“获取”它，并对其有一个初步的认识。本章将聚焦于图像的获取过程，以及如何通过一些基本的操作来理解图像的属性。 您将了解到图像可以通过多种途径获得，包括数码相机、扫描仪、显微镜、医学成像设备（如 X 光、CT、MRI）等等。我们会简要介绍不同获取设备的工作原理，以及它们在成像过程中可能引入的特性，例如景深、分辨率、色彩失真等。 获得图像后，我们需要对其进行初步的“诊断”。这包括了解图像的尺寸（宽度和高度）、像素深度、颜色空间等基本信息。我们还将介绍一些简单的图像查看和编辑工具，以及如何利用这些工具来放大图像，观察像素细节，甚至进行基本的色彩调整。 此外，本章还会触及图像的获取过程中的一些常见问题，例如噪声的产生和初步的识别。理解这些问题，将为我们后续的图像增强和去噪技术打下铺垫，让我们知道在处理图像时，可能面临哪些挑战。 第四章：色彩的魔术：色彩空间转换与色彩增强 色彩是图像最直观、最有吸引力的元素之一。本章将带您深入探索色彩的奥秘，学习如何理解和操作图像中的颜色信息，从而提升图像的视觉表现力。 我们首先会详细讲解不同的色彩空间，不仅仅是前章提及的 RGB，还会介绍更符合人眼感知特性的色彩空间，例如 HSV（色调、饱和度、亮度）和 HSL（色相、饱和度、亮度）。您将理解不同色彩空间在描述和操控颜色时的优势，以及如何在它们之间进行转换，以实现特定的色彩效果。 接着，我们将深入探讨色彩增强的技术。这包括如何调整图像的亮度、对比度和饱和度，使图像看起来更加生动、清晰。我们会介绍直方图的概念，并理解如何利用直方图来分析图像的亮度分布，从而进行有针对性的调整。您也将了解到如何进行色彩平衡，纠正偏色，使图像的颜色更加真实自然。 此外，本章还会介绍一些更为高级的色彩处理技术，例如伪彩色成像，它能将单通道的灰度图像转化为具有丰富色彩信息的图像，从而突出细节或显示特定数据。这些色彩的魔术，将让您重新审视图像的视觉冲击力。 第五章：锐利与清晰：图像增强与细节重现 模糊的图像往往会损失重要的细节信息，影响我们的理解和判断。本章将聚焦于图像增强技术，学习如何让模糊的图像变得锐利，如何还原被损失的细节，从而提升图像的可视化效果。 我们将从最基础的“锐化”技术开始。您将了解不同的锐化算法，如拉普拉斯算子和 Sobel 算子，以及它们是如何通过检测图像中的边缘和细节来增强图像清晰度的。我们会解释这些算法背后的基本原理，理解它们是如何突出像素值变化剧烈的区域。 除了锐化，我们还会探讨其他重要的图像增强技术。这包括对比度增强，通过拉伸图像的亮度范围，使得暗部更暗、亮部更亮，从而提升图像的整体层次感。同时，我们也会涉及细节增强，学习如何使得图像中的纹理和细微结构更加明显。 在实际应用中，图像的获取过程中常常会引入“噪声”，这会严重影响图像的质量。因此，本章还将重点介绍图像去噪技术。您将了解到不同类型的噪声（如高斯噪声、椒盐噪声）以及常用的去噪算法，如中值滤波和高斯滤波。我们将分析这些算法如何通过平滑处理来减少噪声，同时尽量保留图像的细节。 第六章：形状的感知：边缘检测与特征提取 图像中的“形状”是我们识别物体、理解场景的关键。本章将带您进入图像的几何世界，学习如何检测图像中的边缘，以及如何提取有用的形状特征，为更高级的图像分析奠定基础。 边缘是图像中亮度或颜色发生显著变化的区域，它们往往构成了物体的轮廓。本章将详细介绍各种边缘检测算法，包括 Sobel、Prewitt、Canny 等。您将理解这些算法是如何通过计算像素梯度来定位边缘的，以及 Canny 边缘检测算法是如何通过多步处理来获得高质量的边缘图的。 检测到边缘后，我们就可以进一步提取图像的形状特征。这包括轮廓的描述，例如面积、周长、质心等几何属性。我们还将介绍如何使用形状描述子，如傅里叶描述子或 Hu 不变矩，来量化和比较不同形状的相似性。 这些边缘和形状特征的提取，不仅可以用于图像的分割（将图像划分为不同的区域），更是进行物体识别、图像匹配等高级应用的基础。您将理解，从一堆像素中“读懂”物体的轮廓和形态，是计算机视觉的核心能力之一。 第七章：分割的艺术：划分区域与目标分离 将一幅图像划分为具有不同意义的区域，或者将我们感兴趣的目标从背景中分离出来，是图像分析中的一个重要任务。本章将聚焦于图像分割的艺术，学习各种划分区域和分离目标的技术。 我们将从最基础的阈值分割法开始，理解如何根据像素的亮度值将其分配到不同的类别。这包括全局阈值和局部阈值的使用，以及 Otsu 方法等自动阈值确定技术。 接着，我们会介绍更复杂的分割方法。区域生长法是一种从种子点出发，不断将相似像素添加到同一区域的算法。分水岭算法则将图像视为地形图，通过寻找“盆地”来分割图像。 此外，您还将了解到基于边缘和轮廓的分割方法，以及如何利用前面章节学习到的边缘检测技术来辅助分割。我们还会触及一些现代的分割思想，例如图割（Graph Cut）方法，它将分割问题转化为求解图论中的最小割问题。 图像分割的成功与否，直接影响到后续的特征提取和目标识别。通过本章的学习，您将能够掌握将复杂图像分解为有意义的组成部分的技巧，为深入分析图像内容打开大门。 第八章：信息的提取与理解：纹理与模式识别 除了形状和颜色，图像中还蕴含着丰富的“纹理”信息，这些信息往往能提供关于物体材质、表面结构等关键线索。本章将探讨如何捕捉和理解图像的纹理，以及如何进行基本的模式识别。 纹理是图像中像素值在局部区域内重复或随机排列所形成的视觉模式。我们将介绍描述纹理的常用方法，例如灰度共生矩阵（GLCM），它能够量化像素之间的空间关系，从而提取出如对比度、能量、相关性等纹理特征。 我们还将探讨基于滤波器的纹理分析方法，以及如何利用 Gabor 滤波器等工具来检测不同方向和尺度的纹理。这些技术能够帮助我们区分出光滑的表面、粗糙的材质，或者具有特定重复模式的区域。 在模式识别方面，我们将从简单的模板匹配开始，理解如何寻找图像中与已知模板相似的区域。这为我们后续识别特定物体或图案提供了基础。同时，我们会初步介绍基于统计学和机器学习的模式识别思想，例如如何利用提取的纹理和形状特征来训练模型，从而对图像中的不同模式进行分类。 第九章：图像的“重构”与“合成”：从二维到三维，从真实到虚幻 在掌握了基本的图像处理技术之后，我们还可以进一步探索如何利用这些技术来“重构”现实世界，或者“合成”全新的视觉体验。本章将为您揭示图像的重构与合成的奇妙世界。 您将了解到立体视觉的基本原理，以及如何通过分析两幅不同视角的图像来感知深度信息，从而实现三维场景的重构。我们将介绍视差的概念，以及如何利用视差图来生成三维模型。 此外，我们还将触及图像的修复与增强，例如如何去除图像中的划痕、污渍，或者如何将低分辨率图像提升到高分辨率。这涉及到图像的“补全”和“插值”技术。 在图像合成方面，您将了解到图像融合技术，如何将多幅图像的信息叠加在一起，例如将全景图像拼接起来，或者将不同曝光的图像合成为一张具有更宽动态范围的照片。我们还将简要介绍图像变形和风格迁移等概念，这些技术正在不断改变我们创造和感知视觉内容的方式。 第十章：图像的未来：应用与展望 在本书的结尾，我们将把目光投向更广阔的应用领域，并展望图像处理技术的未来发展。您将看到，前面介绍的各种技术是如何渗透到我们生活的方方面面，并正在深刻地改变着我们的世界。 我们将列举图像处理在各个领域的应用实例，包括： 医疗健康： 医学影像分析（CT、MRI、X 光）在疾病诊断、手术规划中的关键作用。 科学研究： 天文图像分析、生物显微图像处理、材料科学研究等。 工业生产： 机器视觉在产品质量检测、自动化生产线中的应用。 安防监控： 人脸识别、行为分析、车牌识别等。 娱乐与媒体： 电影特效、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、图像美化等。 自动驾驶： 车辆感知、障碍物检测、路径规划等。 最后，我们将讨论当前图像处理领域的一些前沿热点，例如深度学习在图像识别、分割、生成等方面的突破性进展。您将了解到，人工智能与图像处理的深度融合，正在不断地拓展着技术的边界，创造出前所未有的可能性。 结语 《光影的秘密：探索视觉的奥秘》是一次关于视觉科学和图像技术的漫游。我们希望通过本书，能够激发您对图像背后原理的好奇心，培养您对视觉信息更深层次的理解能力。从光线的物理本质，到像素的数字语言，再到各种神奇的图像处理技术，我们相信，一旦您掌握了这些“秘密”，您将以全新的视角去观察和欣赏这个由光影构筑的精彩世界。愿您在未来的探索中，能够更好地利用图像的力量，去认知、去创造、去连接。

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这部作品的结构之精巧，简直令人叹为观止，它更像是一幅多维度的立体织锦，而不是简单的线性叙事。作者巧妙地运用了多重叙事视角，每一个“我”都有其不可替代的立场和观察角度，正是这些碎片化的信息汇集在一起，才构建出了一个完整而又充满矛盾的现实图景。我特别欣赏作者在处理情绪张力上的高超技巧，他懂得什么时候该让情感如火山般喷发，什么时候又该让它凝固成冰冷的沉默。这种抑扬顿挫的节奏感，使得故事的张力始终保持在一个极高的水平线上，让你手不释卷，生怕错过任何一个微妙的转折。特别是处理人际关系冲突的部分，写得极其真实和残酷，没有粉饰太平，直面了人性中最脆弱、最自私的一面。读完合上书本的那一刻，我感受到的不是故事的结束，而是人物们的生活仍在继续，这种“未完待续”的真实感，才是这部书最成功的地方。它成功地打破了虚构与现实之间的那层薄膜。

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这本书的逻辑构建，严谨得如同精密的机械装置，每一个齿轮都咬合得恰到好处，推动着情节朝着既定的方向，却又总能在关键时刻给人以意料之外的惊喜。它巧妙地避开了许多同类题材中常见的窠臼与俗套，取而代之的是一种更加深邃、更具思辨性的探讨。作者似乎对人性的幽微之处有着深刻的洞察力，他并不急于给出简单的善恶判断，而是将人物置于道德的灰色地带，让他们在重重困境中做出艰难的选择，让读者自己去衡量和判断。语言风格上，它呈现出一种冷静而克制的克制美，句式长短错落有致，节奏感极强，读起来有一种酣畅淋漓的快感，但这种快感并非来源于廉价的刺激，而是源于对复杂问题的清晰梳理和理性呈现。它更像是一次智力上的博弈，吸引着你不断去追溯、去推理，试图洞察作者隐藏在文字背后的深层意图。对于追求阅读深度和智识挑战的读者来说，这绝对是一本不容错过的宝藏。

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这部作品的叙事手法，简直就像是把读者直接拉进了那个错综复杂的历史迷雾之中。作者对于人物心理的刻画入木三分，那种在时代洪流下个体命运的无力感和挣扎，透过细腻的文字，直抵人心。我尤其欣赏作者在处理时间线上的巧妙编排，看似松散的片段，实则暗藏着一条清晰的主线，待到高潮部分揭示时，才恍然大悟，所有的伏笔都在那里静静等待着。 它的场景描写也极为生动，无论是江南水乡的烟雨朦胧，还是北方边塞的萧瑟苍凉，都如同身临其境。读到某些段落，我甚至能闻到空气中特有的气味，感受到阳光或者寒风的触感。这种沉浸式的体验，使得阅读不再是被动的接受信息，而更像是一场共同的探险。唯一略感遗憾的是，某些配角的背景略显单薄，如果能给予更多的篇幅去丰满他们的内心世界，这部作品的厚重感会更上一层楼。但瑕不掩 দুর্গ，它依然是一部值得反复品读的佳作，每一次重温，都会有新的感悟涌现，如同品味陈年的佳酿，回味无穷。

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初翻开这部小说时，我原本以为它会是一部轻松愉快的消遣之作，但很快，我被它内在蕴含的巨大能量所震撼。它用一种近乎散文诗的笔触，描绘了一个宏大而又微观的世界。作者似乎对自然哲学有着独到的理解，书中对于时间和空间的议题探讨，常常让人在不经意间陷入沉思：我们所处的一切，究竟是永恒的循环，还是不可逆转的线性进程？书中对于某种特定文化符号的运用尤为精妙，这些符号被层层剥开，展现出其丰富的文化内涵和历史重量，让整个故事的底蕴瞬间拔高。行文过程中，不时穿插着一些充满哲理性的独白，这些独白并非生硬的插入，而是自然地融入到人物的命运轨迹之中，成为了推动人物成长的催化剂。虽然部分篇章的晦涩感需要读者付出更多的专注力去消化，但一旦跨越了最初的门槛，你会发现其后的风景是多么的壮阔与迷人。这是一部需要被认真对待的作品，它拒绝了肤浅的娱乐，回报以深刻的启迪。

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这本书记载的某些领域知识的广度与深度，完全超出了我的预期。作者显然在前期做了海量的、近乎于学术研究级别的案头工作，书中对于某个特定历史时期或专业领域的描述，准确到令人咋舌，那种扎实的基础为整个故事的真实性提供了无可辩驳的支撑。与许多追求情节跌宕起伏的小说不同，这部作品更注重对“过程”的细致描摹，对于某项技能的习得、某个复杂仪式的执行，甚至是某种传统工艺的制作流程，都有着近乎于教科书式的详细分解。这种对细节的偏执，让读者在阅读时，不仅仅是获取了一个故事，更像是上了一堂生动且引人入胜的专题讲座。语言风格上，它选择了朴实而又富有力量感的白描手法，不堆砌华丽的辞藻，而是用精准的动词和名词来构建画面，给人一种沉甸甸的质感。虽然这种写法可能不适合追求快速阅读体验的读者，但对于那些渴望在阅读中汲取知识、并在知识中体会美感的“慢阅读者”而言，这部作品无疑是提供了一场盛宴。

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