前 言
When something can be read without effort, great effort has gone into its writing.
Enrique Jardiel Poncela
第四版是在前三版的基礎上修訂而成的，是前三版的發展與延續。像Gonzalez和Wintz於1977年和1987年出版的版本及Gonzalez和Woods於1992年、2002年和2008年出版的版本那樣，這個第六代版本同樣是為學生和教師編寫的。本書的主要目的是介紹數字圖像處理的基本概念和方法，為讀者在數字圖像處理領域進一步學習和研究奠定基礎。為了實現這些目的，本書再次把重點放在應用範圍不限於求解具體問題的基礎知識方面。本書的數學復雜性處於大學高年級本科生和一年級碩士研究生的水平，他們應先修了數學分析、向量、矩陣、概率、統計、線性繫統和計算機編程等課程。為方便讀者回顧這些背景知識，本書的配套網站提供了相關的教程。
本書40年來一直處於世界領先地位的主要原因之一是，我們不斷地關注並反映讀者不斷變化的教育需求。本版基於廣泛的調查，調查涉及30個國家和地區的150個機構的教師、學生和自學者。調查表明，這一版中需要涵蓋自上一版出版以來已經成熟的新內容，具體包括：
? 擴充關於空間濾波基本原理的內容。
? 更全面地介紹圖像變換的內容。
? 更完整地介紹有限差分，重點是邊緣檢測。
? 討論聚類、超像素及它們在區域分割中的應用。
? 涵蓋最大穩定極值區域的內容。
? 擴展特征提取的內容，包括尺度不變特征變換（SIFT）。
? 擴展神經網絡的內容，包含深度神經網絡、反向傳播、深度學習，尤其是深度卷積神經網絡。
? 在各章末尾提供更多的習題。
在包含新內容和重組內容的這一版中，我們試圖在嚴謹性、表述的明確性和調查結果之間保持合理的平衡。除新內容外，還更新和澄清了此前的部分文字。這一版中包含241幅新圖像、72個新圖表和135道新習題。
第四版的新內容
這個版本的亮點如下。
? 第1章：更新了一些圖形，改寫了部分文本以反映後續各章的變化。
? 第2章：為清楚起見，重寫了許多小節和例子，新增了14道習題。
? 第3章：重寫了空間濾波的基本概念，包括對可分離濾波核的討論，涵蓋了低通高斯核的性質，擴充了關於高通、帶阻和帶通濾波器的內容，包含了許多說明它們的用途的新例子。除文字修訂（包括6個新例子）外，本章增加了59幅新圖像、2幅新線條圖、15道新習題。
? 第4章：對本章中的幾節進行了修訂，以提高表述的清晰性。用35幅新圖像和4幅新線條圖代替了過時的圖表，新增了21道習題。
? 第5章：本章的修訂僅限於澄清和更正一些符號。增加了6幅新圖像、14道新習題。
? 第6章：澄清了幾節的內容，擴展了關於CMY和CMYK彩色模型的說明，增加了2幅新圖像。
? 第7章：這是新的一章，內容包括小波、幾個新變換及許多分散在全書中的圖像變換。本章的重點是從統一的視角來介紹這些變換。增加了24幅新圖像、20幅新曲線圖、25道新習題。
? 第8章：做了大量的澄清和少量的展示改進。
? 第9章：重寫了幾節的內容，包括重繪了幾幅線條圖，增加了18道新習題。
? 第10章：為清楚起見，重寫了幾節的內容，新增了有限差分、k均值聚類、超像素和圖割等內容，並使用4個新例子說明了這些新主題。增加了29幅新圖像、3幅新線條圖和6道新習題。
? 第11章：本章更新了許多主題，首先詳細介紹了特征類型的分類及其應用。除改進表達的清晰度外，增加了斜率變化編碼的內容，擴展了對骨架、中軸和距離變換的說明，增加了幾個新的基本描述子，如緊致度、圓度和偏心率等。新內容包括哈裡斯-斯蒂芬斯角點探測器及最大穩定極值區域的表述。本章的一個主要補充是關於尺度不變特征變換（SIFT）的全面討論。增加了65幅新圖像、15幅新線條圖和12道新習題。
? 第12章：本章進行了重大修訂，重寫了關於神經網絡和深度學習的內容。全面介紹了全連接深度神經網絡，從基本原理出發推導了反向傳播方程。首先用“傳統”的標量項表示了反向傳播方程，然後將其推廣為了非常適合於實現深度神經網絡的矩陣方程。通過與貝葉斯分類器比較，驗證了全連接網絡的有效性。調查結果中最應納入書中的主題之一是深度卷積神經網絡，因此在介紹深度全連接網絡後，新增了關於深度卷積神經網絡的一節。也就是說，我們推導了卷積網絡的反向傳播方程，說明了它們與“傳統”反向傳播方程的不同之處。然後用簡單的圖像說明了卷積網絡的應用，並將卷積網絡應用到了由數字和自然場景組成的大型圖像數據庫。增加了23幅新圖像、28幅新線條圖、12道新習題。
我們還首次創建了學生和教師支持包，讀者可以從本書的配套網站上下載它們。學生支持包中包含書中的許多原圖像和部分習題的答案。教師支持包中包含書中所有習題的答案、教學建議及PowerPoint課件（可修改）。每本新書都可免費得到一個支持包。
在2002年版啟動期間建立的本書配套網站一直非常成功，每月都會吸引超過25000名的讀者。這個網站針對第四版進行了升級。有關網站特點和內容的詳細信息，請參閱後面的致謝。
第四版反映了自2008年來讀者教育需求的變化。原稿完成後，數字圖像處理領域的發展並未停止。本書自1977年首次出版以來一直被讀者廣泛接受的原因之一是，它一直強調基本概念，並且這些基本概念隨著時間的推移一直保持相關性。這種方法試圖在迅速發展的知識體繫中提供某種程度的穩定性，而我們在編寫這一版時極力遵循同樣的原則。
Rafael C. Gonzalez
Richard E. Woods
