Python 圖像處理與採集, 2/e

本書以Python的安裝、語句、數據類型和圖像相關計算模塊以及圖像及其屬性知識為基礎，重點闡述Python圖像處理中的空間濾波器、圖像增強、仿射變換、傅里葉變換、圖像分割、形態學操作、圖像測量等主題技術和相關的深度學習中的神經網絡和捲積神經網絡，同時還介紹圖像採集設備及其構成與成像原理，包括X射線和電腦斷層掃描、磁共振成像、光學顯微鏡和電子顯微鏡。 全書共分3部分： 第1部分（第1～3章）為Python計算與圖像介紹，著重介紹Python語言與圖像本身，包括數據類型和圖像屬性； 第2部分（第4～12章）為Python圖像處理，著重討論基於Python的各種圖像處理技術的軟件包和函數的示例應用； 第3部分（第13～16章）為Python圖像採集，基於不同的成像原理介紹各類成像設備的構成。全書提供了大量應用實例，每章後均附有總結與習題。 本書適合作為高等院校電腦、軟件工程和數學等相關專業的高年級本科生、研究生的教材，同時可供對Python比較熟悉並且對電腦視覺有所瞭解的開發人員和研究人員參考。

 

目錄

第1部分Python計算與圖像介紹

 

第1章Python簡介

 

1.1簡介

 

1.2什麽是Python

 

1.3Python環境

 

1.3.1Python解釋器

 

1.3.2Anaconda Python發行版

 

1.4運行Python程序

 

1.5基本的Python語句和數據類型

 

1.5.1數據結構

 

1.5.2文件處理

 

1.5.3用戶自定義函數

 

1.6總結

 

1.7練習

 

第2章使用Python模塊計算

 

2.1簡介

 

2.2Python模塊

 

2.2.1創建模塊

 

2.2.2加載模塊

 

2.3NumPy

 

2.4SciPy

 

2.5Matplotlib

 

2.6Python Imaging Library

 

2.7Scikits

 

2.8Python OpenCV模塊

 

2.9總結

 

2.10練習

 

第3章圖像及其屬性

 

3.1簡介

 

3.2圖像及其屬性介紹

 

3.2.1位深度

 

3.2.2像素與體素

 

3.2.3圖像直方圖

 

3.2.4窗口和灰度級

 

3.2.5連通性： 4或8像素

 

3.3圖像類型

 

3.3.1JPEG

 

3.3.2TIFF

 

3.3.3DICOM

 

3.4圖像分析的數據結構

 

3.5圖像讀取、寫入和顯示

 

3.5.1讀取圖像

 

3.5.2使用pyDICOM讀取DICOM圖像

 

3.5.3寫入圖像

 

3.5.4使用pyDICOM寫入DICOM圖像

 

3.5.5顯示圖像

 

3.6編程範式

 

3.7總結

 

3.8練習

 

第2部分Python圖像處理

 

 

第4章空間濾波器

 

4.1簡介

 

4.2濾波

 

4.2.1均值濾波器

 

4.2.2中值濾波器

 

4.2.3最大值濾波器

 

4.2.4最小值濾波器

 

4.3基於導數的邊緣檢測

 

4.3.1一階導數濾波器

 

4.3.2二階導數濾波器

 

4.4形狀檢測濾波器

 

4.5總結

 

4.6練習

 

第5章圖像增強

 

5.1簡介

 

5.2像素變換

 

5.3圖像逆變換

 

5.4冪律變換

 

5.5對數變換

 

5.6直方圖均衡化

 

5.7對比度受限的自適應直方圖均衡化

 

5.8對比度拉伸

 

5.9sigmoid校正

 

5.10局部對比度歸一化

 

5.11總結

 

5.12練習

 

第6章仿射變換

 

6.1簡介

 

6.2仿射變換介紹

 

6.2.1平移

 

6.2.2旋轉

 

6.2.3縮放

 

6.2.4插值

 

6.3總結

 

6.4練習

 

第7章傅里葉變換

 

7.1簡介

 

7.2傅里葉變換的定義

 

7.3二維傅里葉變換

 

7.4捲積

 

7.5頻域濾波

 

7.5.1理想低通濾波器

 

7.5.2巴特沃斯低通濾波器

 

7.5.3高斯低通濾波器

 

7.5.4理想高通濾波器

 

7.5.5巴特沃斯高通濾波器

 

7.5.6高斯高通濾波器

 

7.5.7帶通濾波器

 

7.6總結

 

7.7練習

 

第8章圖像分割

 

8.1簡介

 

8.2基於直方圖分割

 

8.2.1Otsu方法

 

8.2.2Renyi熵

 

8.2.3自適應閾值化

 

8.3基於區域分割

 

8.4基於輪廓分割

 

8.5各種模式的分割算法

 

8.5.1電腦斷層掃描圖像分割

 

8.5.2MRI圖像分割

 

8.5.3光學和電子顯微鏡圖像分割

 

8.6總結

 

8.7練習

 

第9章形態學操作

 

9.1緒論

 

9.2歷史

 

9.3膨脹

 

9.4腐蝕

 

9.5灰度膨脹和灰度腐蝕

 

9.6開操作和閉操作

 

9.7灰度開操作和灰度閉操作

 

9.8擊中或擊不中

 

9.9粗化與細化

 

9.10總結

 

9.11練習

 

第10章圖像測量

 

10.1簡介

 

10.2標記

 

10.3霍夫變換

 

10.3.1霍夫線

 

10.3.2霍夫圓

 

10.4模板匹配

 

10.5角點檢測器

 

10.5.1FAST角點檢測器

 

10.5.2Harris角點檢測器

 

10.6總結

 

10.7練習

 

第11章神經網絡

 

11.1簡介

 

11.2神經網絡簡介

 

11.3數學建模

 

11.3.1正向傳播

 

11.3.2反向傳播

 

11.4圖形表示

 

11.5分類問題的神經網絡

 

11.6神經網絡示例代碼

 

11.7總結

 

11.8練習

 

第12章捲積神經網絡

 

12.1簡介

 

12.2捲積

 

12.3最大池化

 

12.4LeNet架構

 

12.5總結

 

12.6練習

 

 

第3部分圖 像 採 集

 

第13章X射線和電腦斷層掃描

 

13.1簡介

 

13.2歷史

 

13.3X射線的生成

 

13.3.1X射線管結構

 

13.3.2X射線的生成過程

 

13.4材料特性

 

13.4.1衰減

 

13.4.2多種材料的朗伯比爾定律

 

13.4.3決定衰減的因素

 

13.5X射線檢測

 

13.5.1圖像增強器

 

13.5.2多場Ⅱ

 

13.5.3平板檢測器

 

13.6X射線成像模式

 

13.6.1熒光透視

 

13.6.2血管造影

 

13.7電腦斷層掃描

 

13.7.1重建

 

13.7.2平行光束CT

 

13.7.3中心切片定理

 

13.7.4扇形光束CT

 

13.7.5錐形光束CT

 

13.7.6微型CT

 

13.8Hounsfield單位

 

13.9偽影

 

13.9.1幾何未對準偽影

 

13.9.2散射偽影

 

13.9.3偏移偽影和增益校正

 

13.9.4光束硬化偽影

 

13.9.5金屬偽影

 

13.10總結

 

13.11練習

 

第14章磁共振成像

 

14.1簡介

 

14.2核磁共振和磁共振成像定律

 

14.2.1法拉第定律

 

14.2.2拉莫爾頻率

 

14.2.3布洛赫方程

 

14.3材料屬性

 

14.3.1旋磁比

 

14.3.2質子密度

 

14.3.3T1和T2弛豫時間

 

14.4NMR信號檢測

 

14.5MRI信號檢測或MRI成像

 

14.5.1切片選擇

 

14.5.2相位編碼

 

14.5.3頻率編碼

 

14.6MRI結構

 

14.6.1主磁體

 

14.6.2梯度磁體

 

14.6.3RF線圈

 

14.6.4k空間成像

 

14.7T1、T2和質子密度圖像

 

14.8MRI模式或脈沖序列

 

14.8.1自旋迴波成像

 

14.8.2反轉恢復成像

 

14.8.3梯度回波成像

 

14.9MRI偽影

 

14.9.1運動偽影

 

14.9.2金屬偽影

 

14.9.3不均勻偽影

 

14.9.4部分容積偽影

 

14.10總結

 

14.11練習

 

第15章光學顯微鏡

 

15.1簡介

 

15.2物理原理

 

15.2.1幾何光學

 

15.2.2數值孔徑

 

15.2.3衍射極限

 

15.2.4物鏡

 

15.2.5點擴展函數

 

15.2.6寬視場顯微鏡

 

15.3寬視場顯微鏡的構造

 

15.4落射照明

 

15.5熒光顯微鏡

 

15.5.1理論

 

15.5.2熒光色素性質

 

15.5.3濾光片

 

15.6共焦顯微鏡

 

15.7Nipkow圓盤顯微鏡

 

15.8共焦顯微鏡或寬視場顯微鏡

 

15.9總結

 

15.10練習

 

第16章電子顯微鏡

 

16.1簡介

 

16.2物理原理

 

16.2.1電子束

 

16.2.2電子與物質的相互作用

 

16.2.3TEM中電子的相互作用

 

16.2.4SEM中電子的相互作用

 

16.3EM構造

 

16.3.1電子槍

 

16.3.2電磁透鏡

 

16.3.3檢測器

 

16.4樣本制備

 

16.5TEM的構造

 

16.6SEM的構造

 

16.7影響圖像質量的因素

 

16.8總結

 

16.9練習

 

附錄A使用joblib實現進程並行

 

A.1基於進程的並行性簡介

 

A.2joblib簡介

 

A.3並行示例

 

附錄B使用MPI4Py進行並行編程

 

B.1MPI簡介

 

B.2Python圖像處理對MPI的需求

 

B.3MPI4Py簡介

 

B.4通信器

 

B.5通信

 

B.5.1點對點通信

 

B.5.2組通信

 

B.6計算PI值

 

附錄CImageJ簡介

 

C.1簡介

 

C.2ImageJ入門

 

附錄DMATLAB和NumPy函數

 

參考文獻