图像处理项目教程

本书以通俗明了的方式带领读者入门图像处理技术。教学团队联合企业专家，从企业项目中提取典型工作任务，精心设计了从简单到复杂的9个项目，包括搭建开发环境——图像基础、图像打码——图像基本操作、照片美化——图像变换、简易画图板——图形用户界面、图像融合——直方图与图像金字塔、图像换背景——图像分割、物品自动计数——图像轮廓、全景照片拼接——图像特征点、人脸检测与人脸识别。 本书可以作为高校信息技术或人工智能相关专业的教材，也可以作为图像处理应用的开发人员和从事图像处理技术研究的科研人员的参考书。

伍辉，副教授，46岁，湖北开放大学（湖北科技职业学院）人工智能技术应用专业负责人。2000年6月毕业于湖南大学，获本科学历、学士学位，2006年4月毕业于武汉邮电科学研究院，获硕士研究生学历、硕士学位。在中船重工集团第七0九研究所和烽火通信工作多年，有丰富的企业工作经验，参与了3项国家级的光网络科研项目以及多项大型研发项目。发表科研教研类论文多篇，主持参与多项研究课题，包括人工智能技术应用专业人才培养模式改革、产学研创新研究、工匠精神和现代学徒制等；获微课教学比赛省级二等奖、国家三等奖；指导学生参加一带一路金砖国家大赛全国一等奖，互联网+创新创业大赛省级金奖、国家铜奖，职业技能大赛获得全国二等奖等。参与全省职业院校课程标准研制，具有丰富的专业建设、教育教学的经验。

项目一　搭建开发环境——图像基础　001 知识目标　001 技能目标　001 情景描述　001 知识准备　002 1.1　图像处理　002 1.2　计算机视觉库OpenCV　004 1.3　开发环境　007 1.4　图像处理的基本流程　007 任务实现　008 任务1.1　下载并安装Python　008 任务1.2　下载并安装OpenCV　010 任务1.3　下载并安装PyCharm　011 任务1.4　新建项目并配置环境　012 任务1.5　运行OpenCV的示例程序　014 提高与拓展　016 【提高】了解其他与图像处理相关的库　016 【拓展】2022年北京冬奥会上的人工智能　017 思考与练习　018 项目二　图像打码——图像基本操作　019 知识目标　019 技能目标　019 情景描述　019 知识准备　020 2.1　图像与视频的基础知识　020 2.2　图像与视频的读取、显示、写入　026 2.3　NumPy的基本操作　031 2.4　图像的基本操作　033 任务实现　042 任务2.1　对图像局部进行遮挡　042 任务2.2　对图像进行打码　043 提高与拓展　044 【提高】随机打码算法　044 【拓展】ImageNet数据集　044 思考与练习　045 项目三　照片美化——图像变换　047 知识目标　047 技能目标　047 情景描述　047 知识准备　048 3.1　图像的几何变换　049 3.2　图像滤波　054 3.3　图像的形态变换　064 任务实现　069 任务　图像变换　069 提高与拓展　070 【提高】更多美化效果　070 【拓展】眼见不一定为实——视错觉现象　072 思考与练习　073 项目四　简易画图板——图形用户界面　075 知识目标　075 技能目标　075 情景描述　075 知识准备　076 4.1　窗口的操作　076 4.2　绘制图形　079 4.3　鼠标交互　084 4.4　滑动条　086 任务实现　088 任务4.1　在窗口中随着鼠标指针移动的轨迹绘图　089 任务4.2　右击清空画图板　089 提高与拓展　090 【提高】用滑动条设置画笔的粗细　090 【拓展】我国的人工智能产业简介　092 思考与练习　092 项目五　图像融合——直方图与图像金字塔　094 知识目标　094 技能目标　094 情景描述　094 知识准备　095 5.1　直方图　095 5.2　计算和绘制直方图　097 5.3　直方图的应用　101 5.4　图像金字塔　105 5.5　图像金字塔的构造　106 5.6　图像金字塔的应用　109 任务实现　112 任务5.1　直方图均衡化　112 任务5.2　用图像金字塔实现图像融合　113 提高与拓展　114 【提高】色彩均衡　114 【拓展】图像缩放攻击　116 思考与练习　116 项目六　图像换背景——图像分割　118 知识目标　118 技能目标　118 情景描述　118 知识准备　119 6.1　阈值处理　119 6.2　边缘检测　126 6.3　分水岭算法　127 6.4　交互式前景提取　132 任务实现　136 任务6.1　选取合适的图像分割方法进行图像分割　136 任务6.2　更换背景　137 提高与拓展　138 【提高】鼠标交互的前景提取　138 【拓展】无人驾驶技术中的道路标志检测　140 思考与练习　142 项目七　物品自动计数——图像轮廓　144 知识目标　144 技能目标　144 情景描述　144 知识准备　144 7.1　查找并绘制轮廓　145 7.2　轮廓的外包　148 7.3　轮廓的特征　155 7.4　轮廓的高级属性　156 任务实现　157 任务7.1　根据颜色分割图像　158 任务7.2　查找图像中的轮廓　158 任务7.3　判别轮廓形状是否为圆　159 任务7.4　在圆心处标序号并计数　160 提高与拓展　161 【提高】轮廓的特征矩　161 【拓展】可以挑战专业画师的AI绘画　162 思考与练习　163 项目八　全景照片拼接——图像特征点　165 知识目标　165 技能目标　165 情景描述　165 知识准备　166 8.1　特征点的含义　166 8.2　角点检测　167 8.3　特征匹配　175 8.4　霍夫变换　181 任务实现　185 任务8.1　特征点检测　185 任务8.2　特征匹配　186 任务8.3　对第二张图像进行透视变换　186 任务8.4　图像拼接　187 提高与拓展　188 【提高】无缝拼接　188 【拓展】VR技术下的《清明上河图》，带你“穿越”回千年前的汴京　189 思考与练习　190 项目九　人脸识别考勤程序——人脸检测与人脸识别　192 知识目标　192 技能目标　192 情景描述　192 知识准备　194 9.1　人脸检测　194 9.2　人脸识别　202 任务实现　208 任务9.1　用摄像头采集人脸图像　209 任务9.2　人脸识别考勤　210 提高与拓展　211 【提高】HOG特征检测器与行人检测　211 【拓展】这个大学的男生、女生的“平均脸”长这样　213 思考与练习　215