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出版者:Society of Photo Optical

作者:

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1991-04

价格:USD 53.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780819404961

丛书系列:

图书标签:

• 图像理解
• 计算机视觉
• 模式识别
• 人工智能
• 图像处理
• 机器学习
• 90年代
• 图像分析
• 视觉
• 认知科学

现代图像处理与计算机视觉：跨越二十一世纪的算法与应用 书籍简介 本书旨在全面、深入地探讨进入二十一世纪以来，图像理解和计算机视觉领域所取得的革命性进展。我们不再将目光局限于上世纪末的技术范式，而是着眼于当前驱动整个行业变革的核心技术栈，重点分析深度学习、大规模数据集和高性能计算如何重塑我们对视觉信息的感知、分析和应用。 本书的结构设计遵循从基础理论到尖端应用的逻辑脉络，旨在为计算机科学、电子工程、模式识别以及相关领域的学生、研究人员和行业专业人士提供一本权威且实用的参考指南。 --- 第一部分：视觉认知的数学与计算基石（重塑基础） 本部分首先回顾了传统数字图像处理的基础，如滤波、边缘检测和特征提取的经典方法，但随即迅速过渡到现代计算视觉的数学核心：高维空间的几何与概率建模。 第1章：数据表示与高性能预处理 我们探讨了处理现代高分辨率、多光谱图像数据所需的先进内存管理和并行化技术。重点分析了图像在GPU内存中高效布局的策略（如平铺和分块），以及如何利用CUDA/OpenCL框架实现实时预处理操作，如快速傅里叶变换（FFT）在图像去噪和超分辨率中的应用。此外，还详细讨论了张量（Tensor）作为核心数据结构的内在属性和运算优化。 第2章：统计学习到概率图模型（向深度学习过渡） 虽然本书侧重于深度学习，但理解其前身至关重要。本章深入分析了马尔可夫随机场（MRF）和条件随机场（CRF）在早期分割和立体匹配问题中的局限性，并阐释了这些模型如何启发了现代序列模型（如RNN）的注意力机制设计。本章的关键在于强调概率推理的复杂性瓶颈，这正是推动研究转向端到端学习的根本原因。 --- 第二部分：深度学习架构的演进与精髓 本部分是全书的核心，系统地剖析了支撑当前视觉系统的核心神经网络结构。我们不只是罗列网络，而是深入挖掘其设计哲学、归纳偏置（Inductive Bias）和在特定任务中的最优配置。 第3章：卷积神经网络（CNN）的深度解析 本章详细解析了从AlexNet到EfficientNet系列模型的结构演变。特别关注了残差连接（Residual Connections）如何解决深层网络中的梯度消失问题，以及分组卷积（Grouped Convolutions）和可分离卷积（Depthwise Separable Convolutions）在模型轻量化和移动端部署中的作用。我们引入了关于感受野的精确计算方法，并对比了不同激活函数（如ReLU, Swish, GELU）在非线性建模能力上的差异。 第4章：自注意力机制与Transformer在视觉中的崛起 超越传统的CNN结构，本章将焦点完全转向基于Attention的架构。我们从原始的NLP Transformer结构出发，阐述了如何通过空间自注意力（Spatial Self-Attention）机制，使模型能够捕获图像中长距离的依赖关系。详细分析了Vision Transformer (ViT) 的Patch Embedding过程，以及Swin Transformer中引入的窗口化与移位窗口策略如何有效地平衡全局上下文建模与计算复杂度。 第5章：生成模型：从对抗到扩散 本章探讨了图像生成领域的两大主流范式。首先，深入剖析了生成对抗网络（GANs）的训练稳定性问题、模式崩溃现象及其解决方案（如WGAN-GP）。随后，重点阐述了扩散模型（Diffusion Models）的数学基础，包括前向加噪过程和反向去噪过程中的随机微分方程（SDE）建模。我们详细比较了采样速度、生成质量和可控性方面，扩散模型相对于GANs的结构性优势。 --- 第三部分：关键应用领域的前沿技术 本部分将理论知识应用于当前的实际应用场景，展示如何利用前述架构解决复杂的现实世界问题。 第6章：高精度语义与实例分割 本章探讨了像素级理解的最新进展。在语义分割方面，比较了基于金字塔池化模块（PPM）的PSPNet与深度监督的Mask R-CNN在边界细节处理上的优劣。特别关注Query-based Segmentation（如Mask2Former）如何通过统一的Transformer框架处理实例和全景分割任务，实现跨尺度的特征融合。 第7章：三维重建与神经辐射场（NeRF） 随着沉浸式体验需求的增长，本章全面介绍了神经辐射场（Neural Radiance Fields, NeRF）技术。我们详细解析了其核心思想：使用MLP来参数化一个连续的光照场和密度场。章节内容涵盖了即时辐射场（Instant-NGP）如何通过多分辨率哈希编码（Multi-resolution Hash Encoding）极大地加速了NeRF的训练和渲染速度，并讨论了其在动态场景建模（如D-NeRF）中的挑战与突破。 第8章：可解释性、鲁棒性与伦理考量 在部署高风险AI系统的背景下，理解模型的“黑箱”至关重要。本章分析了归因方法（Attribution Methods），如Grad-CAM、Integrated Gradients及其变体，如何揭示模型决策的依据。此外，我们探讨了对抗性攻击（Adversarial Attacks）的机制，以及如何通过防御蒸馏（Defensive Distillation）和数据增强的鲁棒性训练来提高模型的泛化能力和对噪声的抵抗力。最后，我们讨论了数据偏差（Data Bias）在视觉系统中的放大效应及其在实际部署中必须遵守的伦理框架。 --- 结论：迈向通用视觉智能 本书总结了当前研究的共性趋势：从专注于单一任务到追求多模态融合（如文本引导的图像生成与编辑），以及从静态分析到实时、低延迟的决策制定。我们强调，未来的研究将更加依赖于大规模、自监督学习范式，以及对物理世界规律的内在编码，以期最终实现接近人脑的通用视觉理解能力。 本书为读者提供了一个坚实且面向未来的知识框架，帮助他们在快速发展的计算机视觉领域保持领先地位。

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读完前几章后，我最大的感受是作者在方法论上的严谨性，简直到了吹毛求疵的地步。每一个提出的模型或算法，都需要大量的数学推导作为支撑，这对于非专业背景的读者来说，绝对是个不小的挑战。比如，在处理图像边缘检测的部分，作者用了整整一个章节来论证某种特定滤波器在特定噪声模型下的最优性，其论证过程环环相扣，每一步的假设都交代得清清楚楚。我个人觉得，这种对细节的偏执，恰恰体现了那个年代计算机科学工作者的匠人精神——在算力尚不充裕的条件下，每一个代码行、每一种计算方式的选择都必须是深思熟虑的结果。书中穿插的那些实验结果图表，虽然分辨率不高，但数据的对比度却非常清晰，能够直观地看出新方法的提升幅度。不过，不得不说，阅读过程中时不时需要停下来，查阅一些当时流行的编程范式或硬件限制的背景知识，否则理解起来会有些隔阂。这本书的价值不在于教你如何快速实现一个功能，而在于让你理解“为什么”要那样实现，以及在当时的资源条件下，这是何等不易的成果。它更像是一份工程思想的活化石。

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这本书的封面设计，说实话，挺能抓住眼球的，那种略带复古的几何图形和深沉的色调，让人一下联想到那个特定年代的科技思潮。我拿到书的时候，首先翻阅的是目录，那一串串专业术语排列在一起，立刻给我一种扑面而来的学术气息。这显然不是一本轻松的读物，它似乎在向读者宣告，如果你想涉足这个领域，那就得做好深入挖掘的准备。我尤其注意到其中一些章节的标题，它们暗示着那个时候的计算机视觉研究正处于一个关键的转折点，或许是从纯粹的符号逻辑向更依赖统计和数据驱动模型的过渡期。书中对于早期神经网络模型的讨论，虽然现在看来可能略显基础，但在那个“90年代”的背景下，无疑是走在前沿的。作者在引言中对当时研究现状的梳理，相当扎实，他没有回避当时主流方法论的局限性，反而清晰地指出了未来的研究方向可能在哪里。这本实体书的装帧也很有意思，纸张的质感带着一丝年代感，握在手里，仿佛握住了那段探索历史的切片。总的来说，它更像是一份详尽的会议记录汇编，而非一本旨在普及知识的科普读物，对于希望了解那个时代研究脉络的专业人士来说，它提供了宝贵的原始资料视角。

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这本书的结构安排，着实让人佩服其宏大的视野。它似乎并不满足于罗列技术点，而是试图构建一个完整的“图像理解”知识体系框架。从早期的特征提取，到中期的场景描述，再到结尾对未来人机交互的展望，作者展现出了惊人的前瞻性。我注意到，书中对“语义分割”概念的早期探讨，虽然没有使用我们现在流行的术语，但其背后的思想萌芽已清晰可见，这让我对“创新总是在重复”这句话有了更深的体会。在谈到如何让机器“看懂”图像内容时，作者很早就提出了将高层认知融入低层处理的必要性，这在当时几乎是一种异端观点，但现在看来，正是这一思路引领了深度学习的浪潮。阅读过程中，我脑海中不断浮现出“奠基石”这个词，这本书与其说是在介绍90年代的技术，不如说是在记录那个时代最聪明的大脑们试图为未来铺设的轨道。它提供了一种历史的纵深感，让你能把当下的技术进步放在更长的时间轴上去审视。

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我尝试从一个纯粹的“故事性”角度来评价这本书，它讲述的其实是一场关于“视觉之谜”的史诗级探索。作者的叙事节奏非常稳定，如同一个经验丰富的领航员，带领我们在信息的迷雾中前行。他没有过多渲染技术突破带来的兴奋感，而是冷静地记录下每一步的逻辑推演和实验验证，这种克制的叙事风格，反而让读者对每一次微小的进展都倍感珍贵。想象一下，在没有现代云计算支持的年代，研究人员如何通过精妙的算法设计，在几十兆字节的数据集上实现当时的“世界领先水平”，这本身就是一出精彩的智力冒险。这本书最大的魅力在于，它迫使你放慢速度，去感受那种“从无到有”的创造过程，而不是被现成的API和预训练模型所麻痹。它不仅仅是一本关于图像理解的著作，更是一部关于早期计算思维、严谨科学精神和不懈探索欲望的文献合集，对于任何想理解当代AI是如何一步步走来的人来说，都是一篇不可或缺的“田野考察报告”。

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翻阅到后半部分，我发现作者在讨论人机交互和应用落地时，笔锋变得略微尖锐起来，似乎带着一种对产业界未能及时跟进科研进度的隐忧。他对某些商业化产品的分析，极其犀利，直指其在认知模型上的欠缺，而非仅仅是性能不足。这种对“真正智能”的执着追求，使得这本书的基调不仅仅是技术报告，更像是一篇带着理想主义色彩的行业批判。特别是关于“不确定性量化”的讨论，作者详尽阐述了在有限信息下，机器如何诚实地表达自己的“不知道”，这一点在如今大数据和“黑箱模型”盛行的时代，显得尤为珍贵和必要。书中对于软件工程实践的讨论也十分到位，它不仅谈了算法，还谈了如何构建一个可维护、可扩展的图像处理系统，这在当时强调快速原型开发的风气中，是一种难得的务实精神。这本书的阅读体验，就是不断地在理想与现实的张力中穿梭，体会那个时代研究者内心的挣扎与热情。

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