本书涉及图像信息处理的重要内容：图像数据压缩、图像的投影重建及视频模型与检索，其中深入系统地阐述和论证了图像数据压缩理论、方法与技术。适于电子科学与工程类、控制理论与工程类、计算机理论与技术类、仪器科学与技术类及其他有关专业和研究方向的研究生、本科高年级学生作为教材或学习参考书，也可供相关专业的科研人员工作中参考。

  视觉活动是人类最重要的基本活动之一，在人们的日常生活、社会活动、工作学习和科研生产中，无时无刻不在进行着视觉活动。视觉信息是人类获取外部知识、了解世界的主要途径和重要形式。据统计，人类大约有80％以上的信息来自于视觉；在许多情况下，没有任何其他形式比图像所传递的信息更丰富、更真切。由于人类视觉具有完善的感知能力，许多科研、工作的中间或最后的结果数据都要以可视的图像形式表示出来，以利于人们对其理解、分析和应用，还由于人们不断地对太空外层世界及粒子微观内部世界的探索，以及我们周围的科研、工作的需要，可以断言，人们以图像形式表达信息，利用视觉获取知识的比例将会进一步增加。图像信息处理是研究人或机器对图像信号的产生与采集，信息的形成、提取、分析、综合、表达和利用的理论与方法的科学，是一门综合性、交叉性学科。它在理论上涉及数学、物理学、生理心理学、认知心理学、信号处理、控制科学、计算机科学与技术等众多学科知识，它还与许多工程应用密切联系着，其内涵可以归结为信息处理、分析、决策与表达。该学科的理论任务是研究和发现信息的各种形式及各个阶段的内在转换规律，而其应用目标是研发出能帮助或代替人类视觉的智能机器系统。自20世纪60年代以来，它始终受到学术界、应用界的密切关注，并投入了极大的研究热情。随着相关学科的发展和有关技术的成熟，图像信息处理已经发展成为一门较完善的学科(群)，其主要标志就是现在已有了许多相关的科技刊物，许多国内外的优秀论著，许多重大的应用成果，及许多高校设置了相关的专业。

由于教学与科研的需要，笔者曾在1990年完稿，并于1993年出版了《数字图像处理》一书。除国防科技大学研究生、本科生教学使用本书外，其他一些高校及研究单位也采用了此书，反映良好；国防科技大学至今仍使用该书，甚至近几年某些关于图像处理的计算机程序书中也直接转录了本书的许多内容。由于学科及科研、教学的发展，笔者在原《数字图像处理》一书的基础上，依据教学和科研的需要及学科发展趋势，结合该课程及有关课程(如计算机视觉、现代模式识别、机器学习)多年教学实践经验与相关科研成果，并参考大量他人的学术著作和科技文献，撰写、扩充而成本书系。笔者将它分为四部分(《图像处理》，《图像分析》，《图像压缩与投影重建》，《机器视觉》)分册出版，以利于不同课程及不同层面的读者使用。本书系是一套关于图像信息处理的理论和方法的著作，较全面系统地论述了图像信息处理的主流技术。本书系是笔者已经出版的《现代模式识别》及《模式识别中的特征提取及计算机视觉不变量》的姊妹篇，这些书涉及了信息科学与技术中的许多重要核心内容。

在本书系撰写过程中，笔者遵循以下四个原则：①在结构安排上，尽量使学科知识表达体系与学科体系相一致；②在阐述方式上遵循人的认知规律；③在选材上满足使读者掌握本学科经典和现代的重要学科知识，使之学习后能达到解决实际问题和能汇入学科发展潮流之目的；④使本书系受众者多，使用期长。笔者的目标就是使本书系可读性好、学术性强、实用价值大。在内容深度与表述形式上，定位于教材与专著之间，兼顾理科与工科使用。

较详细地了解本书系的特点，对于读好本书系，学习这门课程，掌握这门知识是有益的。本书系具有如下特点：

1)内容广泛新颖。图像信息处理是一门非常活跃的重要学科，其发展非常迅速，所涉及的各种理论、方法也十分丰富，新理论、新方法、新技术和新应用不断涌现。本书系较全面系统地阐述了图像信息处理中几乎所有主流领域的知识内容，除了包括传统的、经典的重要内容之外，还收入了经实践证明有重要理论意义和应用价值的新理论、新方法和新技术。本书系涵盖面大，内容多，以益于不同专业的教师和学生有更多的选择空间，也满足了现在课堂讲授信息量大的教学要求。本书系的某些内容超出了有关课程当前教学大纲，内容在质和量上都具有“超前性”，不仅能扩大读者的知识面，提高读者深入学习的兴趣，而且还能适应教学与时俱进、不断更新发展的需要，同时，也为科技工作者提供较广泛的解决工作中实际问题的思路和方法。

2)选材考究、精细。如前所述，这门学科(群)的各种理论、方法、技术纷繁众多，而且还在不断地出现和发展。笔者根据多年科研与教学工作实践的体会和认识，对图像信息处理的各种理论、方法、技术及应用的成果进行梳理、沉淀、提炼、归纳和总结，以是否具有当前或潜在的理论意义或应用价值为标准，在众多的知识中选取那些或具基础理论性，或具思维训练性，或具有效实用性，或具思想启发性，或具方向前瞻性的有代表性的重要内容。

3)结构清晰、合理。学科知识的组织结构是否得当将直接影响读者的学习效果，合理、清晰的学科知识表述体系有益于读者对各种理论、方法的理解和记忆。为了处理好本书系的内容与其他学科知识的关系，处理好图像信号与信息处理各个阶段知识点的布局，本书系在内容组织上呈现层次化、模块化。全书系及各章都尽力做到由浅入深，先易后难，先具体后抽象安排内容。笔者对结构进行了精心安排，前部分是共性的知识，然后主要以平面目标识别为目的展开论述，再后是以图像压缩及图像重构为中心展开讨论，最后一部分是以3D目标识别为中心的计算机视觉方面的内容。当所运用的理论和数学工具读者普遍熟知时，笔者以处理目的为纲建立知识表述结构，这样便于明了知识在学科体系中的位置，对于普遍感到不太熟知的理论和数学工具，笔者以技术为中心展开论述。《图像处理》的第一至四章分别从学科知识总体、所需数学知识、人类视觉特性以及图像的数学描述四个方面较详尽地给出了必备的知识，然后是以目的为纲的知识表述，其次序是：图像数字化，图像正交变换，图像增强，图像恢复，图像分割，图像描述和分析，图像数据压缩，图像投影重建。当具有了这些概念、理论和方法后，再给出形态学理论和方法，小波分析的理论与方法等内容，这两部分放在书系的中后部是恰当的，以技术为中心来安排这两部分内容，首先论述基本理论，然后再介绍在各方面的应用。关于机器视觉方面的内容，它涉及射影几何，微分几何，成像的几何模型，成像的光学模型，摄像机的定标，目标的定位，运动分析，目标3D形状恢复，几何特征点及模型的匹配，不变量，目标描述，建模，人的视觉知识等。

本书系主要是为研究生教学使用撰写的，但也兼顾到了其他层次的读者。处理好“合”与“分”的对立与统一。正如模糊数学中的模糊集没有明确界线，论域中元素只能以某一隶属度属于某一集合一样，本书系的第一册《图像处理》大部分及其他册各章的前部分适于高年级本科生。第一册中介绍了较深入的理论及方法，第二册《图像分析》、第三册《图像压缩与投影重建》主要是面向硕士研究生。同时，这三册书中的许多内容对博士研究生也是应该了解掌握的。另外，本书系也适用于不同层面的从事相关科研的技术人员参考。

4)注重基础。打好基础是教育经验的总结，也是科技高速发展的需要，本书系始终非常注重强化基本概念、基础思想、基本理论、基本方法和基本技能。本书系基于“新”与“恒”的对立与统一的观点和方法进行取材和论述，两者统一在知识的实在价值上。实际上，任何“新”都是相对的，事物本质的性质和规律是最有魅力、最基本和最有用的知识，这才是最有意义的、最长久的。只有掌握了基本而有用的知识，读者才能在日后的学习和科研中有“后劲”，才能持续前进，才能应对科技发展日新月异的挑战，才能以“不变”应“万变”，才能在浩瀚的知识海洋中畅游，始终站在科技潮流的最前沿。

5)注重讲明道理，突出学术思想。为了便于读者真正掌握学科知识和实实在在地提高解决问题的能力，本书系在阐述知识时，注重不仅讲其然，还要讲其所以然。本书系不是一些定理、结论、算法步骤的简单罗列，而是注重理论的严密性与表述浅显性的统一。对一些通常认为较“简单”的内容，尽量挖掘其理论依据，使之有理论深度，而对于涉及较深奥理论的部分，在严格、严密的前提下，尽量用平实直白的语言进行论述，以避免因不必要的符号猜解和复杂推导，使读者忽略或淡化更为重要的基本概念、学术思想和技术思路。本书系各部分在深浅上基本达到一致。

6)详略得当。由于本书系涉及的知识面广，所以必须在论述上有详有略，详略得当。对于基本的、重要的、决定性的、关键性的理论和方法要论述清楚、说深说透；而对于相关的、类似的或不“稳定”的方法，或知识层次或结构限制的内容，则进行适当的论述或点到为止，以给出联系、给出启示、给出方向。这样既实现了知识在面上的宽广，又达到知识点处的理论深度，读者通过知识的“内插”和“外推”，就可以形成巨大的“三维”知识体。在此注意既不因面上的宽广而泛泛空谈，也不为内容的深度使读者感到晦涩难懂。内容撰写上兼顾论述深透和点到为止的“平衡”。

以上努力的目的在于让读者对图像信息处理知识能深刻理解、融会贯通、牢固记忆、全面掌握，花费较少的代价而学到较多有价值和有意义的知识；在学到知识的同时，提高自学能力、活用能力和创新能力，有益于读者综合素质的提高。

为了加深对正文的理解，在本书系各章节中给出了一些例题和图片。

与“图像信息处理”直接相关或者可作为先导课程的有：概率论与数理统计、矩阵论、各种最优化理论与方法、模糊数学、形式语言、人工智能原理、计算机软件设计、射影几何、微分几何、代数学、图论、张量分析、运动学、估计理论，等等。对于某些读者来讲，不可能也不必花费大量的精力和时间去学完上述每门课程，由于本书系在结构、选材及论述上的特点，读者只要具备一些必要的理论基础和相关基本知识便可以顺利地学完每一章的主要内容。对于希望深入学习、进行学术理论研究或从事技术应用研究的读者，应先行修完上述课程，并在学习该课程时根据本书系提供的参考文献参阅其他相关的科技资料。

图像信息处理是一个多阶段、多途径、多目标的信息处理过程。本册书深入、系统、广泛地阐述和论证了图像信息处理的重要内容——图像数据压缩、图像投影重建与视频图像检索，本册书是本书系的第一册《图像处理》、第二册《图像分析》的姊妹篇。第一册主要论述了关于图像信息处理的概貌，与图像处理有关的数学知识、视觉知识，图像的数学描述，图像的数字化，图像变换，图像增强，图像恢复。第二册主要论述了图像分割，图像描述与分析，数学形态学及其应用，小波变换及其应用等。

正如第一册书的前言所述，本套书得以出版是众多人员努力、支持的结果。本书由孙即祥主编，第一章的1．14．2，1．14．3，1．14．5，1．14．6，1．14．7由季虎撰写，1．15由姚伟、林成龙编写，第一章的其余部分和第二章由孙即祥撰写，第三章由唐波撰写，最后由孙即祥统稿。

本书的内容除了包含我们的某些科研成果之外，还取材于国内外诸多专家学者的研究成果、论文著作，对他们以及我们的研究生表示由衷的感谢。感谢原校长郭桂蓉院士、院长庄钊文教授以及其他院、系领导对本书的撰写给予的极大支持。

由于图像信息处理是一门不断发展的学科，新的理论、方法和技术、新的应用成果不断出现，再加上我们的学识水平及时间有限，可能没有完全达到笔者所希望的目标，也不可避免地存在各种错误和疏漏，敬请读者给予批评指正。

孙即祥

2005年5月

于国防科技大学