一、概述

图像工程是一门系统地研究各种图像理论、技术和应用的交叉学科，是一个将数学、光学等基础科学的原理结合在图像应用中积累的实践经验而发展起来的，将各种图像技术集中联系起来的，对整个图像领域进行全面研究和应用推广的新学科[1]。

图像工程的研究方法与数学、物理学、生理学、心理学、电子学、计算机科学等学科相互借鉴，它的研究范围与模式识别、智能系统、计算机视觉、计算机图形学等专业互相交叉，它的研究进展与人工智能、神经网络、遗传算法、模糊逻辑等理论和技术密切相关，它的发展应用与生物医学、通信网络、文档处理、机器人自动化、遥感、测绘和军事侦察等许多领域紧密结合[1]。

图像工程技术所涉及的内容跨越教育部学科目录中的多个一级学科下的二级学科，包括“信息与通信工程”一级学科下的“信号与信息处理”二级学科，“控制科学与工程”一级学科下的“模式识别与智能系统”二级学科，以及“信计算机科学与技术”一级学科下的“计算机应用技术”二级学科。

《图像工程》教材是对各种典型图像技术的原理和方法的进行综合介绍的一套教材。该教材从1999年第一版出版以来，逐渐更新扩展，得到了广泛的重视和关注。前三版的累积印刷量已达到20多万册，在高校得到了广泛的使用。

2018年，《图像工程》系列教材出版了第4版。该版包括了上、中、下三册，还有一个合订本[2-5]。

下面，分总体规划和思路，内容选取和结构，方便教学和读者对第4版的特色进行介绍。

二、总体规划和思路

本节首先介绍对教材的整体考虑。

（一）覆盖范围

《图像工程》教材希望比较全面地覆盖各种图像技术。图像技术在广义上是各种与图像有关的技术的总称。计算机图像技术包括利用计算机和其他电子设备进行和完成的一系列计算工作，例如图像的采集、获取、编码、存储和传输，图像的合成和产生，图像水印的嵌入和提取，图像的显示和输出，图像的变换、增强、恢复、修复和投影重建，图像的分割，目标的检测、跟踪、表达和描述，目标特征的提取和测量，序列图像的校正，3-D景物的重建复原，图像数据库的建立、索引和抽取，图像的分类、表示和识别，图像模型的建立和匹配，图像和场景的解释和理解，以及基于它们的判断决策和行为规划等[6]。另外，图像技术还可包括为完成上述功能而进行的硬件设计及制作等方面的技术。

（二）内容层次

《图像工程》教材所覆盖的内容可以分为三个层次。从信号处理的角度看，对图像的加工可能有不同的需求，也需要有不同的输出。首先，图像是用来“看”的，提高图像的视觉质量应是基础的要求，这是（狭义的）图像处理所要解决的问题，图像处理的输出应是视觉质量有改善的图像。其次，人们常常对图像中的特定目标更感兴趣，对目标进行检测和提取，测量它们的定量指标非常有用，这是图像分析所要解决的问题。图像分析的输出应是对图像中感兴趣目标的描述数据。最后，图像是对客观世界的反映，所以要通过对图像内容含义的理解得出对原来客观场景的解释，从而指导和规划行动，这是图像理解所要解决的问题。图像理解的输出应是更为抽象的场景描述。

（三）对应课程

第4版《图像工程》教材根据图像工程的三个内容层次分为三册，即上册“图像处理”、中册“图像分析”和下册“图像理解”。这样，每册对应一个图像工程的层次，可用于不同类型的教学工作。其中：1.上册“图像处理”可用以开设本科生专业基础课，48～64学时。2.中册“图像分析”可用以开设本科生专业基础课或研究生专业选修课，32～48学时。3.下册“图像理解”可用以开设研究生专业选修课，32～48学时。

（四）教学考虑

从教学的角度考虑，第4版的三册《图像工程》教材有如下共同特点：1.尽快进入主题：三册书都从各自的第2章开始介绍课程正式内容，都把先修或预备内容分别安排在需先修部分的同一章之前，没有安排专门的基础知识章。这样从教学角度来说，更加实用，也突出了课程主线的内容。2.内容模块化：三册书的正式内容都分别结合进4个相关的学习单元，每个单元都围绕一个主题（自成体系，见下节），如图1所示。这样既加强了全书的系统性和结构性，也有利于复习考核。3.结构一致：三册书均包含15章正文和一个附录，它们结构相同，长度相近，均可用于一次授课。每章都有一节“总结和复习”，包括“各节小结和文献介绍”及“思考题和练习题”。4.提供主题索引：各册书后均仍有主题索引（并给出了英文），这样既方便在书中查找有关内容，又方便在网上查找有关文献和解释。事实上，该教材也是许多科研工作的参考材料，主题索引是很有需求的。