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第7章频率域图像增强汇编
计算机图形图像处理
频率域图像增强
谭光华
信息科学与工程学院
湖南大学
E-mail: guanghuatan@
2
本章内容
背景
傅里叶变换及频域介绍
平滑滤波器
锐化滤波器
实现
背景
频域图像增强
为什么要在频域研究图像增强
可以利用频率成分和图像内容之间的对应关系,简化图像的某些处理
噪声主要对应信号的高频分量,将图像转化到频域后,只需抑制高频分量即可
滤波在频域更为直观
使用的工具
傅里叶变换
傅里叶级数与傅里叶变换
傅里叶级数
任何周期函数都可以表示成不同频率的正弦和/或余弦加权和的形式
傅里叶变换
非周期函数也可以用
正弦和/或余弦乘以
加权函数的积分表示
4
用傅里叶级数和傅里叶变换表示的函数特征,可以完全通过傅里叶反变换来重建,不丢失任何信息
5
本章内容
背景
傅里叶变换及频域介绍
平滑滤波器
锐化滤波器
实现
一维傅里叶级数
傅里叶级数
f(x)是周期为 函数,在 上可积
如何求ak和bk?
傅里叶级数
三角函数的正交性
任意两个不同的函数的乘积为0
函数自身平方的积分不为0
傅里叶级数
傅里叶级数的系数计算
傅里叶级数
傅里叶级数的系数计算
傅里叶级数
傅里叶级数的系数计算
傅里叶级数
傅里叶级数
f(x)是周期为 函数,在 上可积
傅里叶级数
傅里叶级数
若f(x)的周期区间为 ,可以进行相应的坐标变换
傅里叶级数
傅里叶级数
傅里叶级数
若f(x)的周期区间为 ,可以进行相应的坐标变换
系数的计算
傅里叶级数
傅里叶级数
若f(x)的周期区间为
傅里叶级数——复数形式
傅里叶级数——复数形式
傅里叶级数的复数形式
傅里叶变换——非周期函数
由傅里叶级数到傅里叶变换
f(x)若为非周期函数,此时
一维傅里叶变换
傅里叶变换
傅里叶变换
反傅里叶变换
一维傅里叶变换
一维连续傅里叶变换及反变换
傅里叶级数?傅里叶变换
19
一维离散傅里叶变换
离散傅里叶变换
g(x)(x=0, 1, 2, …, M-1)的离散傅里叶变换
离散傅里叶变换(DFT,Discrete Fourier Transformation)
极坐标表示
21
实例
求脉冲方波信号的频谱函数
脉冲方波信号的表达式为:
其频谱函数为
22
二维傅里叶变换
二维傅里叶变换
正变换
逆变换
二维离散傅里叶变换
二维离散傅里叶变换
正变换
逆变换
极坐标表示
二维离散傅里叶变换的极坐标表示
幅度或频率谱为
R(u, v) 和I(u, v)分别为F(u, v)的实部和虚部
相位谱为
功率谱为
25
频率域滤波
傅里叶变换的频率分量与图像特征之间的联系
低频对应图像灰度值慢变化的分量,如图像的平滑部分
较高的频率对应图像中变化越来越快的灰度级,如边缘或噪声
频率为0的成分(u=v=0) 对应一幅图像的平均灰度级
26
频率域滤波
频域图像增强的基本原理
通过对某些频率分量进行抑制或增强,达到图像增强的目的
步骤
利用傅里叶变换将原始图像变换到频率域
利用变换函数 对 进行相应变换
利用傅里叶反变换变换回空域
频率域滤波
为了使得傅里叶变换后的低频部分位于图像中心,滤波前需先做中心变换
(-1)x+y乘以输入图像进行中心变换
计算中心变换后图像的DFT,即F(u,v)
用滤波器函数H(u,v)乘以F(u,v)
用H(u,v)分别乘以F(u,v)的实部和虚部(逐元素相乘)
计算3中结果的反DFT
计算4中结果的实部
若输入图像和H(u,v)均为实函数时,反傅里叶变换的虚部为0
由于计算的误差,反DFT一般有寄生的虚部成分,可以忽略
(-1)x+y乘以结果
频率域滤波
频域滤波流程
29
中心变换
为什么(-1)x+y乘以输入图像可将低频部分位于图像中心?
证明:
中心变换
实例
中心变换前后傅里叶变换的结果对比
31
一些基本的滤波器
陷波滤波器
低通(平滑)滤波器
高通(锐化)滤波器
32
陷波滤波器
定义
设置F(0, 0)=0(结果图像的平均值为0),而保留其他傅里叶变换的频率成分不变
除了原点处有凹陷外,其他均是常量函数
由于图像平均值为0而产生整体平均灰度级降低
33
陷波滤波器
由于图像平均值为0而产生整体平均灰度级降低
34
低通滤波器、高通滤波器
低通滤波器:使低频通过,高频衰减的滤波器
突出平滑过渡部分,抑制尖锐的细节部分
相当于空间域滤波的平滑处理,也称为平滑滤波器
高通滤波器:使高频通过,低频衰减的滤波器
突出边缘细节部分,减少平滑过渡部分
相当于空间滤波的锐化处理,也称为锐化滤波器
35
低通滤波器 VS 高通滤波器
36
高通
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