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譯 者 序

人類在認(rèn)知和理解周圍環(huán)境的過程中， 70%以上的信息都是通過眼睛獲取的。這樣， 視覺信息在計(jì)算機(jī)視覺和模式識(shí)別等領(lǐng)域體現(xiàn)為對(duì)圖像(包括視頻)的分析和理解。例如， 目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤、 異常行為識(shí)別與分析等計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的典型應(yīng)用， 它們的基礎(chǔ)內(nèi)容和關(guān)鍵步驟都是特征提取和圖像處理。

本書是由英國南安普敦大學(xué)的Mark Nixon教授和Sportradar公司的Alberto S. Aguado在前版的基礎(chǔ)上推出的改版之作(第三版)。該書自2006年4月出版及時(shí)版起， 就受到了讀者的廣泛好評(píng)， 并于2008年6月出版第二版。2010年， 受電子工業(yè)出版社委托， 我們組織翻譯了本書第二版。中文版同樣受到了讀者的廣泛好評(píng)， 短短兩年的印量已突破1萬冊(cè)。

相對(duì)于第二版， 本書的主要變化包括： 將高級(jí)特征提取劃分為固定形狀匹配與可變形形狀分析兩部分， 并且增加了新一章內(nèi)容(第9章)： 運(yùn)動(dòng)對(duì)象檢測(cè)與描述。此外， 其他的章節(jié)或者增加了少量新內(nèi)容， 或者修正了英文原著中的個(gè)別錯(cuò)誤。因此， 第三版的質(zhì)量更高?？傮w上看， 本書具有以下幾個(gè)特色。

首先， 本書的內(nèi)容、 重點(diǎn)突出。在簡要介紹計(jì)算機(jī)視覺的基礎(chǔ)概念和基本的圖像處理運(yùn)算后， 重點(diǎn)討論了低級(jí)和高級(jí)的特征提取， 包括邊緣檢測(cè)、 固定形狀匹配和可變形形狀分析。此外， 對(duì)目標(biāo)描述， 紋理描述、 分割及分類， 以及運(yùn)動(dòng)對(duì)象檢測(cè)等都進(jìn)行了深入的闡述。它突出了計(jì)算機(jī)視覺的主要問題——特征提取， 以清晰、 簡潔的語言， 闡述了圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺的基礎(chǔ)理論與技術(shù)。

其次， 本書的適用面廣。它適合于電子工程、 計(jì)算機(jī)科學(xué)、 計(jì)算機(jī)工程等專業(yè)的本科生作為教材使用， 也適合于從事圖像及視頻信號(hào)處理、 模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺等研究方向的博士、 研究生閱讀， 也可以作為相關(guān)專業(yè)的科研工作者參考用書。

再次， 本書提供了部分有參考價(jià)值的代碼和偽代碼。特別是， 書中提供的一些C語言或MATLAB語言的源代碼， 可以方便工程應(yīng)用時(shí)參考使用， 尤其適合于高校的博士、 碩士研究生進(jìn)行算法學(xué)習(xí)與研究時(shí)參考使用。

當(dāng)然， 特征提取是圖像模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)， 各種新算法和技術(shù)層出不窮。本書只提供了迄今為止本領(lǐng)域技術(shù)水平的諸多基礎(chǔ)內(nèi)容。盡管如此， 譯者仍然認(rèn)為， 本書是一本不可多得的好教材。

全書由湖南大學(xué)楊高波和李實(shí)英分工翻譯。其中， 本書的第1章至第4章和第6章至第8章由李實(shí)英翻譯， 前言、 第5章和第9章由楊高波翻譯， 全部附錄(第10—13章)由夏明、 陳日超、 蔣琴、 陳寧、 吳瀟和向仁華共同完成初稿翻譯， 楊高波進(jìn)行潤色。全書由李仁發(fā)教授審校。

把一種語言表達(dá)轉(zhuǎn)換成另一種語言是一件困難的事情?？此坪苤卑椎囊粋€(gè)詞雖然不難理解其詞義， 但是轉(zhuǎn)換語言進(jìn)行表達(dá)時(shí)往往需要煞費(fèi)苦心。本書作者語言詼諧， 行文有較多的口語化表達(dá)， 理解起來較為困難。此外， 還有大量過長的句子。在翻譯過程中， 譯者力求忠實(shí)地傳達(dá)書中所介紹的技術(shù)內(nèi)容， 并保持作者的行文風(fēng)格， 在此基礎(chǔ)上盡可能通俗易懂。但是， 我們出于教材的篇幅和嚴(yán)謹(jǐn)性考慮， 在翻譯中進(jìn)行了少量的簡化， 感興趣的讀者可以對(duì)照閱讀本書的英文版(已由電子工業(yè)出版社出版， ISBN： 9787121195273)。

值得說明的是， 雖然我們盡量吸收了讀者對(duì)于本書第二版中文翻譯的一些意見和建議， 并對(duì)全文的翻譯重新進(jìn)行了潤飾， 但是由于時(shí)間倉促及譯者水平和經(jīng)驗(yàn)的不足， 本書離"信、 達(dá)、 雅"的翻譯原則仍有較大差距， 甚至仍然難免存在一些不當(dāng)之處， 懇請(qǐng)讀者提出寶貴的意見， 特別是對(duì)于一些專業(yè)術(shù)語翻譯的建議。譯者的聯(lián)系郵箱為yang.gaobo@hnu.edu.cn， 我們將認(rèn)真做好記錄， 并盡可能在重印或再版時(shí)進(jìn)行修訂。

廣大讀者對(duì)于中文版的厚愛和電子工業(yè)出版社的肯定， 是我們?cè)俅畏g第三版的較大動(dòng)力。本書在翻譯過程中， 得到了許多人士的幫助。電子工業(yè)出版社馬嵐編輯策劃了本書的出版， 并對(duì)翻譯過程的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行了指導(dǎo)。在中文及時(shí)版翻譯過程中， 趙鵬玉、 肖志鵬、 牛志國、 尚學(xué)智、 米超、 張然、 趙林詳、 陳日超、 蔣琴、 陳寧、 吳瀟和向仁華等參與了部分工作。對(duì)此， 譯者一并深表感謝。

譯 者

2013年9月于長沙岳麓山

前 言

第3版的"新"是什么

圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺已經(jīng)受到， 并且將持續(xù)受到許多研究與開發(fā)的影響。新的研究成果已整理成書， 因此本書也需要更新改版。我們一直提到， 書中包含了一些在其他正規(guī)的教材中尚未出現(xiàn)的圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)(確實(shí)如此， 也許一些內(nèi)容已經(jīng)出現(xiàn)在某些專著中， 但是這些專著很少包括一些基礎(chǔ)性知識(shí))。對(duì)于本書以前的版本， 這是正確的， 可以確定本版仍將如此。

在本版中， 全新的內(nèi)容是低級(jí)與高級(jí)特征提取與描述的新方法， 以及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、跟蹤與描述。我們還擴(kuò)展了本書， 通過更先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)提取與描述， 特別是強(qiáng)調(diào)了小波與尺度空間。當(dāng)然， 我們修正了以前版本的一些出版錯(cuò)誤， 并且在合適的地方引入了一些基礎(chǔ)性的材料， 更新了參考文獻(xiàn)， 特別是包含了更新的綜述與性能比較的資料。因此， 本書仍然是更新的、面向計(jì)算機(jī)視覺的特征提取與圖像處理教材。

為什么寫這本書

我們總是期望被問到， "究竟為什么寫一本關(guān)于計(jì)算機(jī)視覺的新書？"， 我們也確實(shí)是這樣被問的。一個(gè)普遍性的問題是："既然在書店中已有很多關(guān)于計(jì)算機(jī)視覺的好書， 正如后面即將引用的那些， 為何還要再寫一本呢？"這個(gè)問題的部分答案是任何教材都是此前已有資料的快照。計(jì)算機(jī)視覺， 作為一門利用計(jì)算機(jī)處理圖像的藝術(shù)， 已經(jīng)有眾多高水平的研究人員在此領(lǐng)域進(jìn)行了相當(dāng)多的研究， 并且近年來仍在增長。這意味著， 已經(jīng)發(fā)展了許多新的技術(shù)， 并且許多新的技術(shù)有待于遷移到教材中。但是， 它并不只是新研究：計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域技術(shù)的部分快速進(jìn)展， 仍然遺留了一些缺乏細(xì)節(jié)的領(lǐng)域。從研究的本質(zhì)看， 一個(gè)人不可能出版那些看上去只是填補(bǔ)歷史缺陷， 而不推動(dòng)知識(shí)進(jìn)步的技術(shù)資料。這就是為什么一本新的教材仍然能夠?qū)τ?jì)算機(jī)視覺的深化有所貢獻(xiàn)的原因。

， 技術(shù)本身繼續(xù)進(jìn)步。這意味著， 有新的硬件、新的編程語言、新的編程環(huán)境出現(xiàn)。特別是對(duì)于計(jì)算機(jī)視覺， 技術(shù)的進(jìn)步意味著計(jì)算能力、內(nèi)存等現(xiàn)在變得相對(duì)便宜?？梢钥隙?， 比起計(jì)算機(jī)視覺剛成為一個(gè)研究領(lǐng)域時(shí)， 它們現(xiàn)在更為便宜。作者之一在這里注意到， 用來寫作本書的筆記本電腦比他讀大學(xué)整個(gè)階段所使用的臺(tái)式機(jī)都具有更多的內(nèi)存， 更快的速度， 更大的磁盤空間和更好的圖形能力。然而， 作者本人并不太老。近年來， 由于技術(shù)進(jìn)步所帶來的一個(gè)更有利的變化是數(shù)學(xué)編程系統(tǒng)的發(fā)展。這些進(jìn)步允許我們關(guān)注于數(shù)學(xué)本身， 而不是實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)。有幾個(gè)更"尖端"的工具軟件， 例如本書所選用的MATLAB就是流行的。我們已經(jīng)在教學(xué)和科學(xué)研究中廣泛地使用， 而且我們認(rèn)為它在那里起了相當(dāng)重要的作用。在研究工作中， 它們幫助我們更快地發(fā)展新的技術(shù)， 并且評(píng)價(jià)它的最終實(shí)現(xiàn)， 對(duì)于教學(xué)工作， 現(xiàn)代便攜式計(jì)算機(jī)和數(shù)學(xué)系統(tǒng)在教學(xué)中聯(lián)合展示給學(xué)生， 不僅包括這些技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的， 而且包括如何以及為什么它們與傳統(tǒng)的教學(xué)資料一起， 以明確的關(guān)系共同起作用。

基于上述原因， 我們編寫了本書。有大量的資料本來可以包括進(jìn)來， 但我們選擇了忽略。用于展示學(xué)科的分類與結(jié)構(gòu)， 是我們自己構(gòu)造的。如果那些我們選擇忽略的技術(shù)是你們的工作或者你們所喜歡的工作， 對(duì)此我們很抱歉。由于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域涉及面相當(dāng)廣， 本書僅限于計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的圖像處理與特征提取。原因在于， 圖像處理與特征提取不僅是我們研究工作的重點(diǎn)， 也是其他的一些已經(jīng)出版的同類教材所關(guān)注的。當(dāng)然， 也有例外， 但是相當(dāng)少。然而， 它是計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用的主要目標(biāo)之一。我們旨在澄清它的一些起源和發(fā)展， 同時(shí)揭示使用數(shù)學(xué)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。正因如此， 我們心里懷揣著最初的目標(biāo)重新編寫了本書， 并且在后續(xù)的版本仍然保留這樣的想法。

本書與支持

本書的每一章都提供了圖像處理與計(jì)算機(jī)視覺的特征提取所涉及的特定信息包。每個(gè)信息包都是在原稿的基礎(chǔ)上， 通過參考更新的資料完成的。自然地， 在討論具體的實(shí)現(xiàn)之前， 通常需要關(guān)注理論上的發(fā)展。我們提供了我們所描述的絕大多數(shù)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)， 并應(yīng)用到選定的圖像集的處理。盡管我們工作的重點(diǎn)更多地放在醫(yī)學(xué)圖像的分析或者生物信息學(xué)(一門通過人的行為或心理特征識(shí)別人的科學(xué)， 類似于人臉識(shí)別)， 這些技術(shù)都是通用性的， 可以移植到其他的應(yīng)用領(lǐng)域。

讀者可以在本書的支持網(wǎng)站(www.ecs.soton.ac.uk/~msn/book/)找到大量的進(jìn)一步支持信息。首先， 可以得到與本書配套的工作表單(支持本教材的MATLAB和Mathcad實(shí)現(xiàn))， 以便讀者可以學(xué)習(xí)本書所描述的技術(shù)。那里， 還有演示網(wǎng)站。該網(wǎng)站將會(huì)盡可能地保持持續(xù)更新， 因?yàn)樗€包括了一些其他資料的鏈接， 如關(guān)于技術(shù)、應(yīng)用以及可得到的軟件、在線文獻(xiàn)的資料。， 在網(wǎng)站公布全部的勘誤信息?？闭`表的存在， 是我們的遺憾和責(zé)任。如果你找到了我們所不知道的錯(cuò)誤(不是指拼寫、語法和排版等錯(cuò)誤)， 請(qǐng)直接使用網(wǎng)站上的mailto給我們發(fā)郵件， 我們將非常感謝。

本書包含了一定數(shù)量的數(shù)學(xué)內(nèi)容， 它的目標(biāo)讀者群是電氣及電子工程， 軟件工程， 計(jì)算機(jī)科學(xué)， 以及數(shù)學(xué)或物理專業(yè)的高年級(jí)本科生和碩士研究生。計(jì)算機(jī)視覺可以被認(rèn)為是應(yīng)用數(shù)學(xué)的一個(gè)分支。實(shí)際上， 這里涉及的數(shù)學(xué)主要有微積分學(xué)和幾何學(xué)， 盡管它可能比傳統(tǒng)的課程講授更加詳細(xì)一些。可以肯定， 這里所使用的資料并不是都可以在南安普敦的大學(xué)課程里全部覆蓋到的。

第1章從計(jì)算機(jī)視覺的硬件、軟件和已有資料的綜述開始， 并且參考了有待進(jìn)一步發(fā)展的、更復(fù)雜的視覺系統(tǒng)：人類視覺系統(tǒng)。盡管關(guān)于處理本質(zhì)的確切細(xì)節(jié)仍然有待深化， 它仍然包含了相當(dāng)大范圍的硬件和軟件， 以便一個(gè)……