opencv学习之:图像通过傅里叶变换进行低通高通滤波

文章目录

  • 傅里叶变换
    • 得到图片傅里叶变换频谱
    • 进行 shift 操作
    • 进行低通滤波(只保留中间低频的部分)
    • 高通滤波

import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.cm as c
def cv_show(img):
    cv2.imshow("img",img)
    cv2.waitKey(0)
    
    
def cv_read(img_file,gray=True):
    if gray == True:
        return cv2.imread(img_file,0)
    else:
        return cv2.imread(img_file)
  • 下文中使用的图片为 lena:
    opencv学习之:图像通过傅里叶变换进行低通高通滤波_第1张图片

傅里叶变换

opencv学习之:图像通过傅里叶变换进行低通高通滤波_第2张图片
在这里插入图片描述

得到图片傅里叶变换频谱

img = cv_read("./img.png")

float32_img = np.float32(img)
dft = cv2.dft(float32_img, flags=cv2.DFT_COMPLEX_OUTPUT)

cv_show(img)
dft.shape # 一个表示频域的横轴,一个表示频域的纵轴
(200, 200, 2)

opencv学习之:图像通过傅里叶变换进行低通高通滤波_第3张图片

'''这个时候,四个角的亮的部分是低频信号,我们通常通过 shift 把他们转换到中间位置'''
magnitude_spectrum = 20 * np.log(cv2.magnitude(dft[:,:,0],dft[:,:,1]))
plt.imshow(magnitude_spectrum,cmap=c.jet)

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进行 shift 操作

dft_shift = np.fft.fftshift(dft) # shift 操作值得是频谱搬移操作
magnitude_spectrum = 20 * np.log(cv2.magnitude(dft_shift[:,:,0],dft_shift[:,:,1]))
plt.imshow(magnitude_spectrum,c.jet)

opencv学习之:图像通过傅里叶变换进行低通高通滤波_第5张图片

进行低通滤波(只保留中间低频的部分)

lowpass_mask = np.zeros((*img.shape,2),np.uint8) # (200,200,2) 因为 shift 两个通道
## 找出中心点位置,以中心点位置画矩形进行 mask 滤波
midpoint = (int(img.shape[0] / 2),int(img.shape[1] / 2))
midpointx = midpoint[0]
midpointy = midpoint[1]
'''人为指定矩形区域,中心点上下左右都30个像素'''
lowpass_mask[midpointx-30 : midpointx+30, midpointy-30:midpointy+30] = 1
dft_shift = dft_shift * lowpass_mask
magnitude_spectrum = 20 * np.log(cv2.magnitude(dft_shift[:,:,0],dft_shift[:,:,1]))
plt.imshow(magnitude_spectrum,c.jet)

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# 将shift 过后的信号搬移回原来的位置
f_ishift = np.fft.ifftshift(dft_shift)
magnitude_spectrum = 20 * np.log(cv2.magnitude(f_ishift[:,:,0],f_ishift[:,:,1]))
plt.imshow(magnitude_spectrum)

opencv学习之:图像通过傅里叶变换进行低通高通滤波_第7张图片

# 进行反傅里叶变换
img_ = cv2.idft(f_ishift)
img_.shape
(200, 200, 2)
# 展示还原回来的两个分量通道
show = np.hstack((img_[:,:,0],img_[:,:,1]))
plt.imshow(show,cmap=c.jet)
cv_show(show)

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opencv学习之:图像通过傅里叶变换进行低通高通滤波_第9张图片

# 叠加展示还原回来的原图
img_back = cv2.magnitude(img_[:,:,0],img_[:,:,1])
cv_show(img_back)

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# 展示滤波前和滤波后的图
fig,(a,b) = plt.subplots(1,2)
a.imshow(img,cmap="gray")
b.imshow(img_back,cmap="gray")
plt.show()  # 可以看到低频信号都被保留了

opencv学习之:图像通过傅里叶变换进行低通高通滤波_第11张图片

高通滤波

img = cv_read("./img.png")

float32_img = np.float32(img)
dft = cv2.dft(float32_img, flags=cv2.DFT_COMPLEX_OUTPUT)

dft_shift = np.fft.fftshift(dft)
center_x,center_y = int(img.shape[0] / 2), int(img.shape[1] / 2)

highpass_mask = np.ones((*img.shape,2),np.uint8)
highpass_mask[center_x-30:center_x+30,center_y-30:center_y+30] = 0

f_shift = dft_shift * highpass_mask
f_ishift = np.fft.ifftshift(f_shift)
img_ = cv2.idft(f_ishift)
img_back = cv2.magnitude(img_[:,:,0],img_[:,:,1])

fig,(a,b) = plt.subplots(1,2)
a.imshow(img,cmap="gray")
b.imshow(img_back,cmap="gray")
plt.show()  # 可以看到只保留了高频信息

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