数字图像处理频率域滤波 傅里叶变换及混淆

频率域滤波理论知识

  • 一、离散傅里叶变换
    • 1.1单变量离散傅里叶变换DFT
    • 1.2双变量离散傅里叶变换DFT
  • 二、混淆
    • 无可避免的混淆

一、离散傅里叶变换

1.1单变量离散傅里叶变换DFT

X ( K ) = ∑ n = 0 N − 1 x ( n ) W N k n , 0 ≤ k ≤ N − 1 X(K)=\sum_{n=0}^{N-1}x(n)W_N^{kn}, 0\le k \le N-1 X(K)=n=0N1x(n)WNkn,0kN1
x ( n ) = 1 N ∑ k = 0 N − 1 X ( k ) W N − k n , 0 ≤ n ≤ N − 1 x(n)=\frac{1}{N}\sum_{k=0}^{N-1}X(k)W_N^{-kn}, 0\le n \le N-1 x(n)=N1k=0N1X(k)WNkn,0nN1
其中 W N k n = e − j 2 π N × k n W_N^{kn}=e^{\frac{-j2\pi}{N}\times kn} WNkn=eNj2π×kn

1.2双变量离散傅里叶变换DFT

F ( u , v ) = ∑ x = 0 M − 1 ∑ y = 0 N − 1 f ( x , y ) W M u x W N v y , 0 ≤ u ≤ M − 1 0 ≤ v ≤ N − 1 F(u,v)=\sum_{x=0}^{M-1}\sum_{y=0}^{N-1}f(x,y)W_M^{ux}W_N^{vy}, 0\le u \le M-1 \hspace{2mm} 0\le v \le N-1 F(u,v)=x=0M1y=0N1f(x,y)WMuxWNvy,0uM10vN1
f ( x , y ) = 1 M N ∑ u = 0 M − 1 ∑ v = 0 N − 1 F ( u , v ) W M − u x W N − v y , 0 ≤ x ≤ M − 1 0 ≤ y ≤ N − 1 f(x,y)=\frac{1}{MN}\sum_{u=0}^{M-1}\sum_{v=0}^{N-1}F(u,v)W_M^{-ux}W_N^{-vy}, 0\le x \le M-1 \hspace{2mm} 0\le y \le N-1 f(x,y)=MN1u=0M1v=0N1F(u,v)WMuxWNvy,0xM10yN1

二、混淆

无可避免的混淆

\quad 实际中,函数总是有时间限制的,这个时间限制就相当于给f(t)这个函数乘了一个函数 h ( t ) = 1 , 0 ≤ t ≤ T h(t)=1 ,0\le t \le T h(t)=1,0tT,但是这个h(t)不是带限函数(带限函数的傅里叶变换是有限的,关于原点对称),那么f(t)h(t)的傅里叶变换就不是带限的,h(t)引入了无限的频率分量。
\quad 但是,根据Nyquist采样定律,我们采样的频率应该大于信号傅里叶变换后最大频率的两倍,要不然就会导致欠采样。现在这个尴尬的处境就是,我们避免不了欠采样了,因为有无限的频率分量存在。换句话说:我们没有办法避免混淆!!!
\quad how to deal with?
\quad 在图像处理中,我们通过平滑输入函数来减少函数的高频分量,如对图像采用散焦方法,借此来降低混淆的影响,这种操作被称为抗混淆。这个操作要在函数被取样之前完成。

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