时域卷积与频域乘积

原文:http://www.ilovematlab.cn/thread-443872-1-1.html


Correlationconvolution相关 卷积


卷积定理:时域的卷积等于频域乘积



情况一,矩阵不拓展:
p=[0,-1,0;-1,4,-1;0,-1,0];%
矩阵1
x=magic(5);%
矩阵2
a=conv2(x,p,'same');%
卷积结果

P=fft2(p,5,5);%
矩阵1FFT
X=fft2(x);%
矩阵2FFT
aa=X.*P;%
频域乘积
r=ifft2(aa);%
频域转换

a=
   21    73   -35     2   36
    66   -40    -5    5    13
   -23   -10    0    10    49
   13    -5     5    40  -40
    16    24    61  -47    31


r =

   5.0000  -10.0000         0  60.0000  -55.0000
   10.0000  -5.0000   55.0000  -60.0000   0.0000
  -10.0000   50.0000  -40.0000  -5.0000    5.0000
  45.0000  -45.0000  -10.0000   0.0000   10.0000
  -50.0000   10.0000  -5.0000    5.0000   40.0000




情况二,矩阵拓展:
p=[0,-1,0;-1,4,-1;0,-1,0];%
矩阵1
x=magic(5);%
矩阵2
a=conv2(x,p,'full');%
卷积结果

P=fft2(p,7,7);%
矩阵1FFT
X=fft2(x
77);%矩阵2FFT
aa=X.*P;%
频域乘积
r=ifft2(aa);%
频域转换

a=

     0   -17   -24   -1    -8   -15     0
  -17    21    73   -35     2   36   -15
   -23    66  -40    -5     5    13  -16
    -4   -23   -10    0    10    49   -22
  -10    13    -5     5   40   -40    -3
   -11   16    24    61   -47   31    -9
     0   -11  -18   -25    -2    -9    0


r =

  -0.0000  -17.0000  -24.0000   -1.0000  -8.0000  -15.0000   -0.0000
  -17.0000  21.0000   73.0000  -35.0000   2.0000   36.0000  -15.0000
  -23.0000  66.0000  -40.0000   -5.0000   5.0000   13.0000  -16.0000
  -4.0000  -23.0000  -10.0000   -0.0000  10.0000   49.0000  -22.0000
  -10.0000  13.0000   -5.0000    5.0000  40.0000  -40.0000   -3.0000
  -11.0000  16.0000   24.0000   61.0000  -47.0000  31.0000   -9.0000
   0.0000  -11.0000  -18.0000  -25.0000  -2.0000   -9.0000   -0.0000



在处理图像时,所用到的图像复原,都是在时域上做卷积,处理时都是将其转化到频域做乘积,然后再做傅里叶反变换。
但是函数在转化成频域时,做傅里叶变化并没有对矩阵扩展。。
例如图像I[n,m]大小,掩膜P[a,b].处理时是将P扩展到[n,m]大小,即fft2Pa,b;
而不是将IP都扩展到[n+a-1m+b-1];
经验证,都扩展到[n+a-1m+b-1]再做频域乘积,在经过傅里叶反变换得到的结果才和时域卷积的结果一致。
保持[n,m]大小得到的结果是不对的。
例如我上面写道的情况1和情况2,分别对应这两种情况。


掩膜:

  C = conv2(A, B) performs the 2-D convolution of matrices A and B.
    If [ma,na] = size(A), [mb,nb] = size(B), and [mc,nc] = size(C), then
    mc = max([ma+mb-1,ma,mb]) and nc = max([na+nb-1,na,nb]).
 
    C = conv2(H1, H2, A) first convolves each column of A with the vector
    H1 and then convolves each row of the result with the vector H2.  If
    n1 = length(H1), n2 = length(H2), and [mc,nc] = size(C) then
    mc = max([ma+n1-1,ma,n1]) and nc = max([na+n2-1,na,n2]).
    conv2(H1, H2, A) is equivalent to conv2(H1(:)*H2(:).', A) up to
    round-off.
 
    C = conv2(..., SHAPE) returns a subsection of the 2-D
    convolution with size specified by SHAPE:
      'full'  - (default) returns the full 2-D convolution,
      'same'  - returns the central part of the convolution
                that is the same size as A.
      'valid' - returns only those parts of the convolution
                that are computed without the zero-padded edges.

                size(C) = max([ma-max(0,mb-1),na-max(0,nb-1)],0).


关于full, same以及valid三种参数的区别,如下面的实例所示:

full



same



valid


你可能感兴趣的:(视觉相关)