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    前言

    本文为个人学习译文,可以在这里获取本文完整源码。

    印象

    说明

    1. 扩展图像至最优尺寸

    傅里叶变换需要依赖图像尺寸,而当图像尺寸为2、3、5的倍数时,傅里叶变换的性能最佳。我们使用 getOptimalDFTSize() 获取图像尺寸的最优值,使用 copyMakeBorder() 拓展图像边界至最优值。

    Mat padded;
    int m = getOptimalDFTSize( I.rows );
    int n = getOptimalDFTSize( I.cols );
    // 使用 0 填充图像的右边界和下边界
    copyMakeBorder(I, padded, 0, m - I.rows, 0, n - I.cols, BORDER_CONSTANT, Scalar::all(0));
    

    2. 创建用于存储傅里叶变换结果的内存

    傅里叶变换的结果为复数,所以创建2幅图像,分别用于存储 DFT 结果的实部和虚部。另外,频域范围比之空域大很多,所以需要使用32位浮点数。

    Mat planes[] = {Mat_<float>(padded), Mat::zeros(padded.size(), CV_32F)};
    Mat complexI;
    merge(planes, 2, complexI);
    

    3. 执行傅里叶变换

    dft(complexI, complexI); 
    

    4. 将傅里叶变换的复数结果转换为振幅

    DFT 的振幅为:

    [M = sqrt{Re(DFT(I))^2 + Im(DFT(I))^2} ]

    其中:(Re) 是复数的实部, (Im) 是复数的虚部

    split(complexI, planes);                   // planes[0] = Re(DFT(I), planes[1] = Im(DFT(I))
    magnitude(planes[0], planes[1], planes[0]);// planes[0] = magnitude
    Mat magI = planes[0];
    

    5. 将振幅转换为对数值

    傅里叶系数的动态范围太大了,不利于显示在屏幕上,所以转换为对数。

    [M_1 = log(1 + M) ]

    magI += Scalar::all(1); 
    log(magI, magI);
    

    6. 剪切和中心化

    在第一步我们拓展了图像的尺寸,所以需要裁剪掉。另外,为了达到更好的可视化效果,将原点移动到图像的中心。

    magI = magI(Rect(0, 0, magI.cols & -2, magI.rows & -2));
    int cx = magI.cols/2;
    int cy = magI.rows/2;
    
    Mat q0(magI, Rect(0, 0, cx, cy));   // Top-Left - Create a ROI per quadrant
    Mat q1(magI, Rect(cx, 0, cx, cy));  // Top-Right
    Mat q2(magI, Rect(0, cy, cx, cy));  // Bottom-Left
    Mat q3(magI, Rect(cx, cy, cx, cy)); // Bottom-Right
    
    Mat tmp;                           // swap quadrants (Top-Left with Bottom-Right)
    q0.copyTo(tmp);
    q3.copyTo(q0);
    tmp.copyTo(q3);
    
    q1.copyTo(tmp);                    // swap quadrant (Top-Right with Bottom-Left)
    q2.copyTo(q1);
    tmp.copyTo(q2);
    

    7. 归一化

    这个步骤的目的也是为了更好的可视化,因为我们此时得到的振幅依然超出了图像的显示范围(0-1),所以我们使用 normalize() 将我们的振幅归一化到该范围。

    normalize(magI, magI, 0, 1, CV_MINMAX); 
    

    参考

    OpenCV Doc - Discrete Fourier Transform

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/zdfffg/p/11826588.html
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