数字图像的傅里叶变换
一. 课程设计目的
（1）了解图像变换的意义和手段
（2）熟悉傅里叶变换的基本性质
（3）热练掌握FFT的方法反应用
（4）通过本实验掌握利用MATLAB编程实现数字图像的傅里叶变换
二.课程设计要求
（1）熟悉并掌握傅立叶变换
（2）了解傅立叶变换在图像处理中的应用
（3）通过实验了解二维频谱的分布特点
（4）用MATLAB实现傅立叶变换仿真
三.设计思路
1.相关知识原理
（1）应用傅里叶变换进行数字图像处理
数字图像处理（digital image processing）是用计算机对图像信息进行处理的一门技术，使利用计算机对图像进行各种处理的技术和方法。
20世纪20年代，图像处理首次得到应用。20世纪60年代中期，随电子计算机的发展得到普遍应用。60年代末，图像处理技术不断完善，逐渐成为一个新兴的学科。利用数字图像处理主要是为了修改图形，改善图像质量，或是从图像中提起有效信息，还有利用数字图像处理可以对图像进行体积压缩，便于传输和保存。数字图像处理主要研究以下内容：傅立叶变换、小波变换等各种图像变换；对图像进行编码和压缩；采用各种方法对图像进行复原和增强；对图像进行分割、描述和识别等。随着技术的发展，数字图像处理主要应用于通讯技术、宇宙探索遥感技术和生物工程等领域。
傅里叶变换在数字图像处理中广泛用于频谱分析，傅里叶变换是线性系统分析的一个有力工具，它使我们能够定量地分析诸如数字化系统，采样点，电子放大器，卷积滤波器，噪声，显示点等地作用（效应）。傅里叶变换（FT）是数字图像处理技术的基础，其通过在时空域和频率域来回切换图像，对图像的信息特
征进行提取和分析，简化了计算工作量，被喻为描述图像信息的第二种语言，广泛应用于图像变换，图像编码与压缩，图像分割，图像重建等。因此，对涉及数字图像处理的工作者，深入研究和掌握傅里叶变换及其扩展形式的特性，是很有价值得。
（2）关于傅里叶（Fourier）变换
在信号处理中，傅里叶变换可以将时域信号变到频域中进行处理，因此傅里叶变换在信号处理中有着特殊重要的地位。
傅里叶变换能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数（正弦和/或余弦函数）或者它们的积分的线性组合。在不同的研究领域，傅里叶变换具有多种不同的变体形式，如连续傅里叶变换和离散傅里叶变换。傅里叶变换属于谐波分析。傅里叶变换的逆变换容易求出,而且形式与正变换非常类似；正弦基函数是微分运算的本征函数,从而使得线性微分方程的求解可以转化为常系数的代数方程的求解.在线性时不变的物理系统内,频率是个不变的性质,从而系统对于复杂激励的响应可以通过组合其对不同频率正弦信号的响应来获取; 卷积定理指出:傅里叶变换可以化复杂的卷积运算为简单的乘积运算,从而提供了计算卷积的一种简单手段; 离散形式的傅里叶变换可以利用数字计算机快速的算出(其算法称为快速傅里叶变换算法(FFT)).
（3）傅里叶（Fourier）变换基本性质
a.线性性质
两函数之和的傅里叶变换等于各自变换之和。数学描述是：若函数f \left ( x\right )和g \left(x \right)的傅里叶变换\mathcal[f]和\mathcal[g]都存在，α和β为任意常系数，则\mathcal[\alpha f+\beta g]=\alpha \ mathcal[f]+\beta\mathcal[g]；傅里叶变换算符\mathcal可经归一化成为么正算符；
b.频移性质
若函数f \left( x\right )存在傅里叶变换，则对任意实数ω0，函数f(x) e^{i \omega_ x}也存在傅里叶变换，且有\mathcal[f(x)e^{i \omega_ x}]=F(\omega + \omega _0 ) 。式中花体\mathcal是傅里叶变换的作用算子，平体F表示变换的结果（复函数），e 为自然对数的底，i 为虚数单位\sqrt；
c.微分关系
若函数f \left( x\right )当|x|\rightarrow\infty时的极限为0，而其导函
数f'(x)的傅里叶变换存在，则有\mathcal[f'(x)]=-i \omega \mathcal[f(x)]，即导函数的傅里叶变换等于原函数的傅里叶变换乘以因子--iω。更一般地，若
f(\pm\infty)=f'(\pm\infty)=\ldots=f^{(k-1)}(\pm\infty)=0,\mathcal[f^{ (k)}(x)]存在，则\mathcal[f^{(k)}(x)]=(-i \omega)^ \mathcal[f] ，即 k 阶导数的傅里叶变换等于原函数的傅里叶变换乘以因子( ? iω)k。
d.卷积特性
若函数f \left( x\right )及g \left( x\right )都在(-\infty,+\infty)上绝对可积，则卷积函数f*g=\int_{-\infty}^{+\infty} f(x-\xi)g(\xi)d\xi的傅里叶变换存在，且\mathcal[f*g]=\mathcal[f]\cdot\mathcal[g] 。卷积性质的逆形式为\mathcal^[F(\omega)G(\omega)]= \mathcal^[F(\omega)] *\mathcal^ [G(\omega)] ，即两个函数乘积的傅里叶逆变换等于它们各自的傅里叶逆变换的卷积。
(4)傅里叶变换的不同变种
a..连续傅里叶变换
一般情况下,若“傅立叶变换”一词的前面未加任何限定语，则指的是“连续傅里叶变换”。“连续傅里叶变换”将平方可积的函数f(t) 表示成复指数函数的积分或级数形式。f(t)=\mathcal^[F(\omega)]=\frac{\sqrt{2\pi}} \int\limits_{-\infty}^\infty F(\omega) e^{i\omega t}\,d\omega. 上式其实表示的是连续傅里叶变换的逆变换，即将时间域的函数f(t)表示为频率域的函数F(ω)的积分。反过来,其正变换恰好是将频率域的函数F(ω)表示为时间域的函数f(t)的积分形式。一般可称函数f(t)为原函数,而称函数F(ω)为傅里叶变换的像函数,原函数和像函数构成一个傅立叶变换对(transform pair)。一种对连续傅里叶变换的推广称为分数傅里叶变换（Fractional Fourier Transform）。当f(t)为奇函数(或偶函数)时,其余弦(或正弦)分量将消亡,而可以称这时的变换为余弦转换(cosine transform) 或正弦转换(sine transform). 另一个值得注意的性质是,当f(t) 为纯实函数时,F(?ω) = F(ω)*成立.
b..傅里叶级数
连续形式的傅里叶变换其实是傅里叶级数的推广，因为积分其实是一种极限形式的求和算子而已。对于周期函数，其傅里叶级数是存在的：f(x) =
\sum_{n=-\infty}^{\infty} F_n \,e^ , 其中Fn 为复振幅。对于实值函数，
函数的傅里叶级数可以写成：f(x) = \fraca_0 + \sum_{n=1}^\inf ty\left[a
_n\cos(nx)+b_n\sin(nx)\right],其中an 和bn 是实频率分量的振幅。 c..离散时间傅里叶变换
离散傅里叶变换是离散时间傅里叶变换（DTFT ）的特例（有时作为后者的近似）。DTFT 在时域上离散，在频域上则是周期的。DTFT 可以被看作是傅里叶级数的逆。
d..离散傅里叶变换
为了在科学计算和数字信号处理等领域使用计算机进行傅里叶变换，必须将函数xn 定义在离散点而非连续域内，且须满足有限性或周期性条件。这种情况下, 使用离散傅里叶变换，将函数 xn 表示为下面的求和形式：x_n = \frac1 \sum_{k=0}^ X_k e^{i\frac{2\pi} kn} \qquad n = 0,\dots,N-1 其中Xk 是傅里叶振幅。直接使用这个公式计算的计算复杂度为\mathcal(n^2)，而快速傅里叶变换（FFT ）可以将复杂度改进为\mathcal(n \log n)。计算复杂度的降低以及数字电路计算能力的发展使得DFT 成为在信号处理领域十分实用且重要的方法。在阿贝尔群上的统一描述以上各种傅里叶变换可以被更统一的表述成任意局部紧致的阿贝尔群上的傅里叶变换。这一问题属于调和分析的范畴。在调和分析中, 一个变换从一个群变换到它的对偶群(dual group)。此外，将傅里叶变换与卷积相联系的卷积定理在调和分析中也有类似的结论。傅里叶变换的广义理论基础参见庞特里雅金对偶性（英文版）中的介绍。
e.时频分析变换
小波变换，chirplet 转换和分数傅里叶转换试图得到时间信号的频率信息。同时解析频率和时间的能力在数学上受不确定性原理的限制。
傅里叶变换是一种函数的正交变换，如果将信号以函数来描述，正交变换的含义就是将一个函数分解成一组正交函数的线性组合。傅里叶正、逆变换的计算公式分别为：
dt e t f j F t j ωω-+∞
∞-?=
)(）（
逆变换： ωωπ
ωd e j F t f t j ?=?+∞∞-)(21)( 显然，对一个非周期信号，其频谱为连续谱。
对于二维信号，二维Fourier 变换定义为：
dxdy e y x f v u F vy ux j )
(2),(,+-∞∞-∞∞-??=
π）（
逆变换： dudv e v u F y x f vy ux j ??
∞∞-∞
∞-+=
)(2),(),(π 在数字图像处理领域中，f(x,y)可以用来表示一幅图像，而F(u,v)就表示该图像的频谱。
二维离散傅里叶变换为：
∑∑-=-=-=1010)*(2),(1),(N i N k N k n N i m j e k i f N
n m F π
逆变换： )*(21010),(1),(N k n N i m j N i N k e
n m F N k i f π∑∑-=-==
快速傅里叶变换（FFT ）要达到的目的是，将前面所给出的傅里叶变换的计算公式，通过一定的整理之后，找到一个可以将复杂的连加运算转换为简单的两个数相加运算的重复的方法，已减小傅里叶变换的计算时间代价。
经过傅里叶变换之后，可以获得原图像信号的频域分布情况。由于图像中不同特性的像素具有不同的频域特性，因此，可以在频域上设计相应的滤波器，以达到滤除某些信息，或者保留某些信息的目的。另外，因为傅里叶变换后，时域与频域形成了对偶运算关系，因此通过傅里叶变换也可以达到某些运算的简化目的。
2.应用软件MATLAB 简介
MATLAB Compiler 是一种编译工具，它能够将那些利用MATLAB 提供的编程语言——M 语言编写的函数文件编译生成标准的C/C++语言源文件，而生成的标准C/C++源代码可以被任何一种C/C++编译器编译生成函数库或者可执行文件，这样就可以扩展MATLAB 功能，使MATLAB 能够同其他高级编程语言(例如C/C++语言)进行混合应用，取长补短，以提高程序的运行效率，丰富程序开发的手段。 MATLAB 除了能够和C/C++语言集成开发以外，目前的MATLAB 还提供了和Java 语言接口的能力，并且它还支持COM 标准，能够和任何一种支持COM 标准的软件协同工作。另外，在Release 13中，包含了MATLAB Compiler 的扩展产
品——MATLAB COM Builder和Excel Builder，分别用来将MATLAB的函数文件打包成COM组件或者Excel插件，将MATLAB应用程序算法集成到相应的开发工具或者应用软件中。
MATLAB的主要特点：（1）语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。（2）运算符丰富。由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。（3）MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if 语句），又有面向对象编程的特性。（4）程序限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。（5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。（6）MATLAB 的图形功能强大。在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。（7）MATLAB 的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。（8）功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。（9）源程序的开放性。开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。
四．设计步骤
（1）打开计算机，安装和启动MATLAB程序；程序组中“work”文件夹中应有待处理的图像文件
（2）利用MatLab工具箱中的函数编制FFT频谱显示的函数
（3）调入、显示获得的图像，图像存储格式应为“.tif”
（4）对该程序进行编译，检查错误并纠正
（5）运行，并显示结果，比较差异
五.程序代码
i=imread('cameraman.tif'); %读入原图像文件
figure(1); %设定窗口
imshow(i); %显示原图像
colorbar; %显示图像的颜色条
title('原图像') %图像命名
j=fft2(i); %二维离散傅立叶变换
k=fftshift(j); %直流分量移到频谱中心
l=log(abs(k)); %数字图像的对数变换figure(2); %设定窗口
imshow(l,[]); %显示原图像
colorbar; %显示图像的颜色条
title('经过二维快速傅立叶变换后的图像') %图像命名
n=ifft2(j)/255; %逆二维快速傅里叶变换figure(3); %设定窗口
imshow(n); %显示原图像
colorbar; %显示图像的颜色条
title('经过二维快速傅立叶逆变换后的图像') %图像命名
m=fftshift(j); %直流分量移到频谱中心RR=real(m); %取傅立叶变换的实部
II=imag(m); %取傅立叶变换的虚部
A=sqrt(RR.^2+II.^2); %计算频谱幅值
A=(A-min(min(A)))/(max(max(A))-min(min(A)))*225;%归一化
figure(4); %设定窗口
imshow(A); %显示原图像
colorbar; %显示图像的颜色条
title('离散傅立叶频谱')；%图像命名
六．运行结果
对源代码检查无误后，进行运行，结果如下：
图1为输入的原图像，图2为经过二维快速傅立叶变换后的图像，图3为经过二维快速傅立叶逆变换后的图像，图4为离散傅立叶频谱，通过这四幅图可以看出一幅图片经过不同类型的傅里叶变换后，能够达到不同的处理效果。
图1 输入的原图像
图2 经过二维快速傅立叶变换后的图像
图3 经过二维快速傅里叶逆变换后的图像
图4 离散傅立叶频谱
七．结果分析
傅里叶变换（FT）是数字图像处理技术的基础，其通过在时空域和频率域来回切换图像，对图像的信息特征进行提取和分析，简化了计算工作量，被喻为描述图像信息的第二种语言，广泛应用于图像变换，图像编码与压缩，图像分割，图像重建等。
经过傅里叶变换之后，可以获得原图像信号的频域分布情况，经过逆变换后又会恢复到原图像，但图像的灰度值发生了变化。二维傅里叶变换可以处理较为复杂的图像，快速傅里叶变换会使运算相对简单化，图像经过离散傅立叶变换会得到该图像的频谱图。图像经过傅立叶变换后,得到的是图像的频域。也就是频率成分。这个频率成分表示的意义就是相邻像数之间数值（颜色，亮度等等）的变化，也就是说图像在空间上变化的越快，他对应在频域上的数值就越大。图像经过傅立叶变换后可以提取图像的轮廓或者边界。
八．参考文献
1.王家文 MATLAB 6.5 图形图像处理国防工业出版社
2.王晓丹,吴崇明编著基于MATLAB的系统分析与设计 [5] 图像处理西安电子科技大学出版社 2000
3.余成波编著数字图像处理及MATLAB实现重庆大学出版社 2003
4.郝文化主编 MATLAB图形图像处理应用教程中国水利水电出版社 2004
5.苏金明, 王永利编著 MATLAB图形图像电子工业出版社 2005
实验四 图像的傅立叶变换与频域滤波 一、 实验目的 1了解图像变换的意义和手段； 2熟悉傅里叶变换的基本性质； 3熟练掌握FFT 方法的应用； 4通过实验了解二维频谱的分布特点； 5通过本实验掌握利用MATLAB 编程实现数字图像的傅立叶变换。 6、掌握怎样利用傅立叶变换进行频域滤波 7、掌握频域滤波的概念及方法 8、熟练掌握频域空间的各类滤波器 9、利用MATLAB 程序进行频域滤波 二、 实验原理 1应用傅立叶变换进行图像处理 傅里叶变换是线性系统分析的一个有力工具，它能够定量地分析诸如数字化系统、采样点、电子放大器、卷积滤波器、噪音和显示点等的作用。通过实验培养这项技能，将有助于解决大多数图像处理问题。对任何想在工作中有效应用数字图像处理技术的人来说，把时间用在学习和掌握博里叶变换上是很有必要的。 2傅立叶（Fourier ）变换的定义 对于二维信号，二维Fourier 变换定义为 : ??∞ ∞ -+-==dxdy e y x f v u F y x f F vy ux j )(2),(),()},({π
二维离散傅立叶变换为： ∑ ∑-=+--==10)(21 01 ),(),(N y N y u M x u j M x MN e y x f v u F π 图像的傅立叶变换与一维信号的傅立叶变换变换一样，有快速算法，具体参见参考书目，有关傅立叶变换的快速算法的程序不难找到。实际上，现在有实现傅立叶变换的芯片，可以实时实现傅立叶变换。 3利用MATLAB 软件实现数字图像傅立叶变换的程序： I=imread(‘原图像名.gif’); %读入原图像文件 imshow(I); %显示原图像 fftI=fft2(I); %二维离散傅立叶变换 sfftI=fftshift(fftI); %直流分量移到频谱中心 RR=real(sfftI); %取傅立叶变换的实部 II=imag(sfftI); %取傅立叶变换的虚部 A=sqrt(RR.^2+II.^2);%计算频谱幅值 A=（A-min(min(A))）/(max(max(A))-min(min(A)))*225; %归一化 figure; %设定窗口 imshow(A); %显示原图像的频谱 域滤波分为低通滤波和高通滤波两类，对应的滤波器分别为低通滤波器和 高通滤波器。频域低通过滤的基本思想： G(u,v)=F(u,v)H(u,v) F(u,v)是需要钝化图像的傅立叶变换形式，H(u,v)是选取的一个低通过滤
傅里叶变换图像压缩
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
ＤSP实验进度汇报 组员：汪张扬、任艳波、陈雪松、谢聪、沈旭 任务分配：汪张扬由于考Ｇ,上周没有任务,沈旭负责自制二值图像的处理，陈雪松和谢聪负责其他图片的处理,任艳波负责搜集图像压缩评价的相关材料 以下为简要概括: 读入图像进行傅里叶变换和压缩 原始程序： a=imreａd(＇d:\１.jpｇ');b=figｕre;ｉｍshow（ａ);tiｔle（'原始图像'); F=fft2(ａ）; F_mｍ＝abs(Ｆ);fiｇｕrｅ；imshow(F）;tｉtle('原始幅度谱'）； Fshift＝fftｓｈiｆt（F）； Ｆ_m=abs(Fshiｆt);ｆｉguｒe;ｉｍshow(F_ｍ);ｔitle('幅度谱'); F_p＝ａnｇle(Fｓhｉfｔ);ｆｉguｒe;imshow（Ｆ_p）;title(＇相位谱＇）； Ｔ=＠fft2; B1=blkproc（a,[8 ８]，Ｔ);%将图像分块为８×8矩阵进行处理 fｉguｒe; imshｏw(ａ); ｔiｔle(＇原始图像')； mask=[１０0 ００0 00 0 10 0 0 0 0 0 ０0 1 ００0 0 ０ ０0 0 1 ００0 0 ００0 0 ０００0 0 0０0 0 1 0 0 0 0 0 000 1 0 ０0 0 0 ０0 ０1];％与该矩阵相乘去掉中间行,即高频部分 B2＝ｂlkproc(B1,[88］,'P1*x',mask)； fun=@ｉfft２； F3=blkproc(Ｂ2,[88],fun)； F＝mａt2graｙ(F３); fｉgure; iｍshow(F); ｔitｌe('压缩87．５%的图像'); 刚开始的原始图像:
Matlab数字图像处理实验指导 实验目的： 通过实验，深入理解和掌握图像处理的基本技术，提高动手实践能力。 实验环境： Matlab变成 实验一图像的几何变换 实验内容：设计一个程序，能够实现图像的各种几何变换。 实验要求：读入图像，打开图像，实现图像的平移变换、比例缩放、转置变换、镜像变换、旋转变换等操作。 实验原理： 图像几何变换又称为图像空间变换，它将一幅图像中的坐标位置映射到另一幅图像中的新坐标位置。学习几何变换的关键就是要确定这种空间映射关系，以及映射过程中的变化参数。 几何变换不改变图像的像素值，只是在图像平面上进行像素的重新安排。一个几何变换需要两部分运算：首先是空间变换所需的运算，如平移、镜像和旋转等，需要用它来表示输出图像与输入图像之间的（像素）映射关系；此外，还需要使用灰度插值算法，因为按照这种变换关系进行计算，输出图像的像素可能被映射到输入图像的非整数坐标上。 设原图像f(x0,y0)经过几何变换产生的目标图像为g(x1,y1),则该空间变换（映射）关系可表示为： x1=s(x0,y0) y1=t(x0,y0) 其中，s(x0,y0)和t(x0,y0)为由f(x0,y0)到g(x1,y1)的坐标换变换函数。 一、图像平移 图像平移就是将图像中所有的点按照指定的平移量水平或者垂直移动。
二、图像镜像 镜像变换又分为水平镜像和垂直镜像。水平镜像即将图像左半部分和右半部分以图像竖直中轴线为中心轴进行对换；而竖直镜像则是将图像上半部分和下半部分以图像水平中轴线为中心轴进行对换。 三、图像转置 图像转置是将图像像素的x坐标和y坐标呼唤。图像的大小会随之改变——高度和宽度将呼唤。
傅里叶变换在图像处理中的作用 图像的频率是表征图像中灰度变化剧烈程度的指标，是灰度在平面空间上的梯度。如：大面积的沙漠在图像中是一片灰度变化缓慢的区域，对应的频率值很低；而对于地表属性变换剧烈的边缘区域在图像中是一片灰度变化剧烈的区域，对应的频率值较高。傅立叶变换在实际中有非常明显的物理意义，设f是一个能量有限的模拟信号，则其傅立叶变换就表示f的谱。从纯粹的数学意义上看，傅立叶变换是将一个函数转换为一系列周期函数来处理的。从物理效果看，傅立叶变换是将图像从空间域转换到频率域，其逆变换是将图像从频率域转换到空间域。换句话说，傅立叶变换的物理意义是将图像的灰度分布函数变换为图像的频率分布函数，傅立叶逆变换是将图像的频率分布函数变换为灰度分布函数 傅立叶变换以前，图像（未压缩的位图）是由对在连续空间（现实空间）上的采样得到一系列点的集合，我们习惯用一个二维矩阵表示空间上各点，则图像可由z=f(x,y)来表示。由于空间是三维的，图像是二维的，因此空间中物体在另一个维度上的关系就由梯度来表示，这样我们可以通过观察图像得知物体在三维空间中的对应关系。为什么要提梯度？因为实际上对图像进行二维傅立叶变换得到频谱图，就是图像梯度的分布图，当然频谱图上的各点与图像上各点并不存在一一对应的关系，即使在不移频的情况下也是没有。傅立叶频谱图上我们看到的明暗不一的亮点，实际上图像上某一点与邻域点差异的强弱，即梯度的大小，也即该点的频率的大小（可以这么理解，图像中的低频部分指低梯度的点，高频部分相反）。一般来讲，梯度大则该点的亮度强，否则该点亮度弱。这样通过观察傅立叶变换后的频谱图，也叫功率图，我们首先就可以看出，图像的能量分布，如果频谱图中暗的点数更多，那么实际图像是比较柔和的（因为各点与邻域差异都不大，梯度相对较小），反之，如果频谱图中亮的点数多，那么实际图像一定是尖锐的，边界分明且边界两边像素差异较大的。对频谱移频到原点以后，可以看出图像的频率分布是以原点为圆心，对称分布的。将频谱移频到圆心除了可以清晰地看出图像频率分布以外，还有一个好处，它可以分离出有周期性规律的干扰信号，比如正弦干扰，一副带有正弦干扰，移频到原点的频谱图上可以看出除了中心以外还存在以某一点为中心，对称分布的亮点集合，这个集合就是干扰噪音产生的，这时可以很直观的通过在该位置放置带阻滤波器消除干扰 注： 1、图像经过二维傅立叶变换后，其变换系数矩阵表明： 若变换矩阵Fn原点设在中心，其频谱能量集中分布在变换系数短阵的中心附近(图中阴影区)。若所用的二维傅立叶变换矩阵Fn的原点设在左上角，那么图像信号能量将集中在系数矩阵的四个角上。这是由二维傅立叶变换本身性质决定的。同时也表明一股图像能量集中低频区域。 2 、变换之后的图像在原点平移之前四角是低频，最亮，平移之后中间部分是低频，最亮，亮度大说明低频的能量大（幅角比较大） 傅立叶变换在图像处理中有非常非常的作用。因为不仅傅立叶分析涉及图像处理的很多方面，傅立叶的改进算法， 比如离散余弦变换，gabor与小波在图像处理中也有重要的分量。 印象中，傅立叶变换在图像处理以下几个话题都有重要作用： 1.图像增强与图像去噪 绝大部分噪音都是图像的高频分量，通过低通滤波器来滤除高频——噪声; 边缘也是图像的高频分量，可以通过添加高频分量来增强原始图像的边缘； 2.图像分割之边缘检测 提取图像高频分量
可见照片上面有着很有规律的条纹。那么其FFT频谱图上面就会有非常规则的点。这些点就是条纹在频域空间的对应。 如果擦掉这些点，做一次FFT反变换，那么就能够很好地恢复原图像。但是，不可避免的，图像变得有点模糊了 一般而言，高频率留下的是图像细节。低频率留下的是图像整体。
通过滤波永远只会使图像失去更多的信息，而不是增加细节。
计算机科学学院技术交流与讲座活动(学院会议室一教12楼)主要议题为： 1 物联网场景化应用技术，广州杰赛科技股份有限公司总工程师，傅仁轩研究员。 傅仁轩，1967年11月生，中国电子科技集团第七研究所，高级专家；广东省物联网协会专家；广东省安全技术防范协会专家委，广东省国防军工专家，广州市海珠区专业技术拔尖人才。主持科技部、省级重大重点项目40余项，获得中国电子集团科学技术奖等多项，主要从事信息处理，物联网应用的研究与开发工作。 2 生物识别技术在智能小区管理系统的应用，佛山科学技术学院教授级高工蒋业文。 蒋业文，1964年9月出生，美国Drexel大学生物医学工程学院访问学者，曾任中外合资佛山寰球通信器材有限公司总工程师、副总经理，兼职担任佛山市星光楼宇设备有限公司总工程师，现任佛山科学技术学院电子信息工程学院教授级高级工程师，硕士生导师。多年来从事嵌入式系统设计、数字图像处理、智能小区与安防技术等方面的研究和应用，主持开发的生物识别智能小区管理系统等多项电子产品获得了广泛的市场认可。主持完成10余项省级重大项目，其中的技术成果获国际先进水平和国内领先水平评价，并获得广东省科学技术奖励2项，佛山市科学技术奖励2项。 3 活动地点：计算机科学学院会议室。 时间：2017年10月20日本周五下午4:00-5：30.
数字图像的傅里叶变换 一. 课程设计目的 （1）了解图像变换的意义和手段 （2）熟悉傅里叶变换的基本性质 （3）热练掌握FFT的方法反应用 （4）通过本实验掌握利用MATLAB编程实现数字图像的傅里叶变换 二.课程设计要求 （1）熟悉并掌握傅立叶变换 （2）了解傅立叶变换在图像处理中的应用 （3）通过实验了解二维频谱的分布特点 （4）用MATLAB实现傅立叶变换仿真 三.设计思路 1.相关知识原理 （1）应用傅里叶变换进行数字图像处理 数字图像处理（digital image processing）是用计算机对图像信息进行处理的一门技术，使利用计算机对图像进行各种处理的技术和方法。 20世纪20年代，图像处理首次得到应用。20世纪60年代中期，随电子计算机的发展得到普遍应用。60年代末，图像处理技术不断完善，逐渐成为一个新兴的学科。利用数字图像处理主要是为了修改图形，改善图像质量，或是从图像中提起有效信息，还有利用数字图像处理可以对图像进行体积压缩，便于传输和保存。数字图像处理主要研究以下内容：傅立叶变换、小波变换等各种图像变换；对图像进行编码和压缩；采用各种方法对图像进行复原和增强；对图像进行分割、描述和识别等。随着技术的发展，数字图像处理主要应用于通讯技术、宇宙探索遥感技术和生物工程等领域。 傅里叶变换在数字图像处理中广泛用于频谱分析，傅里叶变换是线性系统分析的一个有力工具，它使我们能够定量地分析诸如数字化系统，采样点，电子放大器，卷积滤波器，噪声，显示点等地作用（效应）。傅里叶变换（FT）是数字图像处理技术的基础，其通过在时空域和频率域来回切换图像，对图像的信息特
实验五图像的傅立叶变换和边缘提取 兰州大学信息学院 0级通信工程一班赵军伟 第一部分图像的傅立叶变换 一、实验目的 1.了解图像变换的意义和手段； 2. 熟悉傅里叶变换的基本性质； 3. 熟练掌握FFT的方法及应用； 4. 通过实验了解二维频谱的分布特点； 5. 通过本实验掌握利用MATLAB编程实现数字图像的傅立叶变换。 二、实验原理 1．应用傅立叶变换进行图像处理 傅里叶变换是线性系统分析的一个有力工具，它能够定量地分析诸如数字化系统、采样点、电子放大器、卷积滤波器、噪音和显示点等的作用。通过实验培养这项技能，将有助于解决大多数图像处理问题。对任何想在工作中有效应用数字图像处理技术的人来说，把时间用在学习和掌握博里叶变换上是很有必要的。b5E2RGbCAP 2．傅立叶 对于二维信号，二维Fourier变换定义为： 二维离散傅立叶变换为： 三、实验步骤 1.打开计算机，安装和启动MATLAB程序；程序组中“work”文件夹中应有待处理的图像文件； 2.利用MatLab工具箱中的函数编制FFT频谱显示的函数。 3. a>调入、显示三张不同的图像； b>对这三幅图像做FFT并利用自编的函数显示其频谱。 c>讨论不同的图像内容与FFT频谱之间的对应关系。 4．记录和整理实验报告。 四、实验仪器 1计算机， MATLAB软件； 3移动式存储器<软盘、U盘等）。 4记录用的笔、纸。 五、实验结果及程序 1.程序 I1=imread('F:\MATLAB学习\实验\picture\LENA.TIF'>。 %读入原图像文件p1EanqFDPw I2=imread('F:\MATLAB学习\实验\picture\cell.tif'>。 %读入原图像文件DXDiTa9E3d I3=imread('cameraman.tif'>。 %读入原图像文件 subplot(3,2,1>。imshow(I1>。 %显示原图像 fftI1=fft2(I1>。 %二维离散傅立叶变换sfftI1=fftshift(fftI1>。 %直流分量移到频谱中心 RR1=real(sfftI1>。 %取傅立叶变换的实部II1=imag(sfftI1>。 %取傅立叶变换的虚部A1=sqrt(RR1.^2+II1.^2>。 %计算频谱幅值 A1=(A1-min(min(A1>>>/(max(max(A1>>-min(min(A1>>>*225。%归一化RTCrpUDGiT subplot(3,2,2>。imshow(A1>。 %显示原图像的频谱 subplot(3,2,3>。imshow(I2>。 %显示原图像 fftI2=fft2(I2>。 %二维离散傅立叶变换sfftI2=fftshift(fftI2>。 %直流分量移到频谱中心RR2=real(sfftI2>。 %取傅立叶变换的实部II2=imag(sfftI2>。 %取傅立叶变换的虚部A2=sqrt(RR2.^2+II2.^2>。 %计算频谱幅值 图像的傅里叶变换 成绩 实验论文 题目：图像的傅里叶变换 学生姓名：代朋车 学生学号：1114020207 系别：电气信息工程学院 专业：电子信息工程 年级：2011级 任课教师：沈晓波 电气信息工程学院制 2013年12月 图像的傅里叶变换 学生：代朋车 任课教师：沈晓波 电气信息工程学院 电子信息工程 1实验题目 图像的傅里叶变换 2实验对象 声音信号（自己的声音）/图像信号（自选）/自定义时域信号 3 实验任务 （1） 自行录制一段自己的语音或下载一段音乐，完成FFT 运算，具体参数自行规 定 基本要求：显示原语音信号图像、FFT 频谱，要求以上图像显示在同一个fig ，最终还原语音信号。 （2） 自行下载一幅图，格式不限，完成FFT 运算，具体参数可自行设定。 基本要求：显示原点在中心位置，画出幅度谱、相位谱能量或功率谱、虚部、实部，最终还原图像信号，要求以上图像显示在同一个fig 。 4 实验原理 4.1理论基础 连续傅里叶变换的定义：函数f(x)的一维连续傅里叶变换由下式定义： 2()()j ux F u f x e dx π∞ --∞=? 式中, 21J =-。 F(u)的傅里叶反变换定义为： 2()()j ux f x F u e du π∞ -∞==? 这里f(x)是实函数，它的傅里叶变换F(u)通常是复函数。F(u)的实部、虚部、振幅、 能量和相位分别表示如下： 所示。F(u)傅里叶频谱、相位谱和能量谱分别表示如下； F(u)=R(u)+jI(u) 傅里叶频谱 )()(R |F |22u I u u +=）（ 相位谱 )(/)(arctan u R u I u =）（φ 能量谱 )()(|)(|222u I u R u F u +==E ） （ 同连续函数的傅里叶变换一样，离散函数的傅里叶变换也可推广到二维的情形，其二维离散傅里叶变换定义为： F(u,v)=∑∑==+1-N 0x 1-N 0y vy )/N (ux j2y)e F(x ,1πN 式中，u=0,1,2,…,N-1, v=0,1,2,…,N-1。二维离散傅里叶反变换定义为： F(x,y)=∑∑-=-=+101 0/)(2),(1N u N v N vy ux j e v u F N π 式中，x=0,1,2,…,N-1, y=0,1,2,…,N-1,u,v 是频率变量。与一维情况一样，二维函数的离散傅里叶频谱、相位谱和能量谱为： 傅里叶频谱 F(u,v)=),(),(22v u I v u R + 相位谱 ),(/),(arctan ,v u R v u I v u =）（φ 能量谱 ),(),(|),(|,222v u I v u R v u F v u +==E ） （ 4.2设计方案 4.2.1对音频进行FFT 运算 clear all; fs=8000; x1=wavread('安妮的仙境.wav'); t=(0:length(x1)-1)/8000; subplot(1,2,1); plot(t,x1) grid on;axis tight; title('原始语音信号'); xlabel('time(s)'); ylabel('幅度'); y1=fft(x1,2048); f=fs*(0:1023)/2048; %对信号做2048点FFT 变换 subplot(1,2,2); 图像傅里叶变换 冈萨雷斯版<图像处理>里面的解释非常形象：一个恰当的比喻是将傅里叶变换比作一个玻璃棱镜。棱镜是可以将光分解为不同颜色的物理仪器，每个成分的颜色由波长（或频率）来决定。傅里叶变换可以看作是数学上的棱镜，将函数基于频率分解为不同的成分。当我们考虑光时,讨论它的光谱或频率谱。同样, 傅立叶变换使我们能通过频率成分来分析一个函数。 Fourier theory讲的就是：任何信号（如图像信号）都可以表示成一系列正弦信号的叠加，在图像领域就是将图像brightness variation 作为正弦变量。比如下图的正弦模式可在单傅里叶中由三个分量编码：频率f、幅值A、相位γ这 三个value可以描述正弦图像中的所有信息。1.frequency frequency在空间域上可由亮度调节，例如左图的frequency比右图的frequency 低…… 2.幅值magnitude（amplitude）sin函数的幅值用于描述对比度，或者说是图像中最明和最暗的峰值之间的差。（一个负幅值表示一个对比逆转，即明暗交换。） 3.相位表示相对于原始波形，这个波形的偏移量（左or右）。=================================================================一个傅里叶变换编码是一系列正弦曲线的编码，他们的频率从0开始（即没有调整，相位为0，平均亮度处），到尼奎斯特频率（即数字图像中可被编码的最高频率，它和像素大小、resolution有关）。傅里叶变换同时将图像中所有频率进行编码：一个只包含一个频率f1的信号在频谱上横坐标f为f1的点处绘制一个单峰值，峰值高度等于对应的振幅amplitude，或者正弦曲线信号的高度。如下图所示。 实验三 图像的傅里叶变换 一、 实验目的 1.了解图像变换的意义和手段； 2.掌握FFT 变换方法及应用； 3.通过实验了解二维频谱的分布特点； 4.通过本实验掌握利用MATLAB 编程实现数字图像的傅立叶变换。 二、 实验原理 1 应用傅立叶变换进行图像处理 傅里叶变换是线性系统分析的一个有力工具，它能够定量地分析诸如数字化系统、采样点、 电子放大器、卷积滤波器、噪音和显示点等的作用。通过实验培养这项技能，将有助于解决 大多数图像处理问题。对任何想在工作中有效应用数字图像处理技术的人来说，把时间用在 学习和掌握博里叶变换上是很有必要的。 2 傅立叶（Fourier ）变换的定义 对于二维信号，二维Fourier 变换定义为： 2()(,)(,)j ux uy F u v f x y e dxdy π∞∞ -+-∞-∞= ?? 逆变换： 2()(,)(,)j ux uy f x y F u v e dudv π∞∞ +-∞-∞= ?? 二维离散傅立叶变换为： 11 2()00 1(,)(,)i k N N j m n N N i k F m n f i k e N π---+===∑∑ 逆变换： 11 2()00 1(,)(,)i k N N j m n N N m n f i k F m n e N π--+===∑∑ 三、 实验步骤及结果 步骤： 1将图像内容读入内存； 2用Fourier 变换算法，对图像作二维Fourier 变换； 3将其幅度谱进行搬移，在图像中心显示； 4用Fourier 系数的幅度进行Fourier 反变换； 5用Fourier系数的相位进行Fourier反变换； 6比较4、5的结果，评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度。 7记录和整理实验报告。 结果： 四、程序源代码 clear; I=imread('1.gif'); I=rgb2gray(I); subplot(3,3,1); imshow(I); title('1.gif'); E=fft2(double(I)); sfftI=fftshift(E); %正半轴部分和负半轴部分的图像分别关于各自的中心对称RR=real(sfftI); II=imag(sfftI); A=sqrt(RR.^2+II.^2); A=(A-min(min(A)))/(max(max(A))-min(min(A)))*225 ; subplot(3,3,2); 傅里叶变换及其在数字图像处理中的应用 王家硕 学号：1252015 一、 Fourier 变换 1. 一维连续傅里叶变换 设 f (x)为x 的实变函数，如果f (x)满足下面的狄里赫莱条件： （1）具有有限个间隔点。 （2）具有有限个极点。 （3）绝对可积。 则 f (x )的傅里叶变换（Fourier Transformation ，FT ）定义为: Fourier 正变换：dt e t f t f f F t j ? +∞ ∞ --==ωω)()]([)(； Fourier 逆变换：ωωπ ωd e f t F f t f t j ? ∞ +∞ ---= =)(21)]([)(1 ， 式中：1-= j ，ω 为频域变量。 f (x )与F (w )构成傅里叶变换对，可以证明傅里叶变换对总是存在的。由于f (x )为实函数，则它的傅里叶变换F (w )通常是复函数，于是F (w )可写成 F (w ) = R (w ) + j I (w ) (1) 式中：R (w )和I (w )分别是F (w )的实部和虚部。公式1可表示为指数形式： 式中： F (w ) 为f (x )的傅里叶幅度谱，f (w )为f (x )的相位谱。 2. 二维连续傅里叶变换 如果二维函数f (x , y )是连续可积的，即∞ 图像的傅立叶变换数字图像处理实验报告 ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 计算机与信息工程学院验证性实验报告 专业：通信工程 年级/班级：2011级 2013—2014学年第一学期 课程名称 数字图像处理 指导教师 段新涛 本组成员 学号姓名 实验地点 计科楼111 实验时间 周五5-6节 项目名称 图像的傅立叶变换 实验类型 验证性 一、实验目的 1了解图像变换的意义和手段； 2熟悉傅立叶变换的基本性质； 3熟练掌握FFT 变换方法及应用； 4通过实验了解二维频谱的分布特点； 5通过本实验掌握利用MATLAB 编程实现数字图像的傅立叶变换。 6评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度。 二、实验原理 1 应用傅立叶变换进行图像处理 傅里叶变换是线性系统分析的一个有力工具，它能够定量地分析诸如数字化系统、采样点、电子放大器、卷积滤波器、噪音和显示点等的作用。通过实验培养这项技能，将有助于解决大多数图像处理问题。对任何想在工作中有效应用数字图像处理技术的人来说，把时间用在学习和掌握博里叶变换上是很有必要的。 2 傅立叶（Fourier ）变换的定义 对于二维信号，二维Fourier 变换定义为： 2()(,)(,)j ux uy F u v f x y e dxdy π∞∞ -+-∞-∞= ?? 逆变换： 2()(,)(,)j ux uy f x y F u v e dudv π∞∞ +-∞-∞= ?? 二维离散傅立叶变换为： 112()00 1(,)(,)i k N N j m n N N i k F m n f i k e N π---+===∑∑ 逆变换： 112()001(,)(,)i k N N j m n N N m n f i k F m n e N π--+===∑∑ 傅立叶变换在图像处理中的作用 摘要：本文首先简述了傅立叶变换的原理及应用领域，介绍了傅立叶变换在数字图象处理中的重要地位和应用,分析了其变换的数学原理和方法，特别着重的是二维傅立叶变换和FFT(快速傅立叶变换)的原理，然后介绍了Matlab 软件，分析了Matlab 的好处，及其在数字图像处理和傅立叶变换计算上的使用，编出程序实现了其变换功能，给出了应用于图象压缩和图像去噪的实例。 关键词： 图象处理 傅立叶变换 Matlab 正文 傅里叶变换是将时域信号分解为不同频率的正弦信号或余弦函数叠加之和。傅立叶变换是数字图像处理技术的基础，其通过在时空域和频率域来回切换图像，对图像的信息特征进行提取和分析，简化了计算工作量，被喻为描述图像信息的第二种语言，广泛应用于图像变换，图像编码与压缩，图像分割，图像重建等。因此，对涉及数字图像处理的工作者，深入研究和掌握傅立叶变换及其扩展形式的特性，是很有价值得。把傅立叶变换的理论通其物理解释相结合，将有助于解决大多数图像处理问题。傅里叶变换可分为连续傅里叶变换、离散傅里叶变换、快速傅里叶变换。 3.1.1 连续傅里叶变换 函数f(x)的傅里叶变换存在的条件是满足狄里赫莱条件，即： 1）具有有限个间断点； 2）具有有限个极值点； 3）绝对可积。 （1）一维连续傅里叶变换及反变换： 单变量连续函数f(x)的傅里叶变换F(u)定义为： dx e x f u F ux j ? ∞∞--=π2)()( 其中12-=j ，x 称为时域变量，u 为频率变量。 当给定F(u)，通过傅里叶反变换可以得到f(x) du e u F x f ux j ?∞ ∞-=π2)()( （2）二维连续傅里叶变换及反变换： 二维连续函数f(x,y)的傅里叶变换F(u,v) 定义为： 5.图像的频域增强及傅里叶变换 傅立叶变换在图像处理中有非常非常的作用。因为不仅傅立叶分析涉及图像处理的很多方而，傅立叶的改进算法，比如离散余弦变换，gabor与小波在图像处理中也有重要的分量。 印象中，傅立叶变换在图像处理以下几个话题都有重要作用： 1.图像增强与图像去噪 绝大部分噪音都是图像的高频分呈：，通过低通滤波器来滤除髙频一一噪声；边缘也是图像的髙频分量，可以通过添加髙频分量来增强原始图像的边缘； 2?图像分割Z边缘检测 提取图像高频分量 3.图像特征提取： 形状特征：傅里叶描述子 纹理特征：直接通过傅里叶系数来汁算纹理特征 英他特征：将提取的特征值进行傅里叶变换来使特征具有平移、伸缩、旋转不变性 4.图像压缩 可以直接通过傅里叶系数来压缩数据：常用的离散余弦变换是傅立叶变换的实变换：傅立叶变换傅里叶变换是将时域信号分解为不同频率的正弦信号或余弦函数叠加之和。连续情况下要求原始信号在一个周期内满足绝对可积条件。离散情况下，傅里叶变换一左存在。冈萨雷斯版＜图像处理＞里而的解释非常形象：一个恰当的比喻是将傅里叶变换比作一个玻璃棱镜。棱镜是可以将光分解为不同颜色的物理仪器，每个成分的颜色由波长（或频率）来决泄。傅里叶变换可以看作是数学上的棱镜，将函数基于频率分解为不同的成分。当我们考虑光时, 讨论它的光谱或频率谱。同样,傅立叶变换使我们能通过频率成分来分析一个函数。 傅立叶变换有很多优良的性质。比如线性，对称性（可以用在计算信号的傅里叶变换里而）；时移性：函数在时域中的时移，对应于其在频率域中附加产生的相移，而幅度频谱则保持不变；频移性：函数在时域中乘以』wt,可以使整个频谱搬移W U这个也叫调制左理，通讯里而信号的频分复用需要用到这个特性（将不同的信号调制到不同的频段上同时传输）: 卷积泄理：时域卷积等于频域乘枳：时域乘积等于频域卷积（附加一个系数）。（图像处理里而这个是个重点）信号在频率域的表现在频域中，频率越大说明原始信号变化速度越快：频率越小说明原始信号越平缓。当频率为O时，表示直流信号，没有变化。因此，频率的大小反应了信号的变化快慢。高频分疑解释信号的突变部分，而低频分量决左信号的整体形象。 在图像处理中，频域反应了图像在空域灰度变化剧烈程度，也就是图像灰度的变化速度, 也就是图 5. 图像的频域增强及傅里叶变换 傅立叶变换在图像处理中有非常非常的作用。因为不仅傅立叶分析涉及图像处理的很多方面，傅立叶的改进算法，比如离散余弦变换，gabor与小波在图像处理中也有重要的分量。 印象中，傅立叶变换在图像处理以下几个话题都有重要作用： 1.图像增强与图像去噪 绝大部分噪音都是图像的高频分量，通过低通滤波器来滤除高频——噪声; 边缘也是图像的高频分量，可以通过添加高频分量来增强原始图像的边缘； 2.图像分割之边缘检测 提取图像高频分量 3.图像特征提取： 形状特征：傅里叶描述子 纹理特征：直接通过傅里叶系数来计算纹理特征 其他特征：将提取的特征值进行傅里叶变换来使特征具有平移、伸缩、旋转不变性 4.图像压缩 可以直接通过傅里叶系数来压缩数据；常用的离散余弦变换是傅立叶变换的实变换；傅立叶变换 傅里叶变换是将时域信号分解为不同频率的正弦信号或余弦函数叠加之和。连续情况下要求原始信号在一个周期内满足绝对可积条件。离散情况下，傅里叶变换一定存在。冈萨雷斯版<图像处理>里面的解释非常形象：一个恰当的比喻是将傅里叶变换比作一个玻璃棱镜。棱镜是可以将光分解为不同颜色的物理仪器，每个成分的颜色由波长（或频率）来决定。傅里叶变换可以看作是数学上的棱镜，将函数基于频率分解为不同的成分。当我们考虑光时,讨论它的光谱或频率谱。同样,傅立叶变换使我们能通过频率成分来分析一个函数。 傅立叶变换有很多优良的性质。比如线性，对称性（可以用在计算信号的傅里叶变换里面）;时移性：函数在时域中的时移，对应于其在频率域中附加产生的相移，而幅度频谱则保持不变；频移性：函数在时域中乘以，可以使整个频谱搬移w。这个也叫调制定理，通讯里面信号的频分复用需要用到这个特性（将不同的信号调制到不同的频段上同时传输）；卷积定理：时域卷积等于频域乘积；时域乘积等于频域卷积（附加一个系数）。（图像处理里面这个是个重点） 信号在频率域的表现 在频域中，频率越大说明原始信号变化速度越快；频率越小说明原始信号越平缓。当频 图像处理与傅里叶变换 1背景 傅里叶变换是一个非常复杂的理论，我们在图像处理中集中关注于其傅里叶离散变换离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform) 。 1.1离散傅立叶变换 图象是由灰度（RGB ）组成的二维离散数据矩阵，则对它进行傅立叶变换是离散的傅立叶变换。 对图像数据f(x,y)（x=0,1,… ,Ｍ-1； y=0,1,… ,N-1）。则其离散傅立叶变换定义可表示为： 式中，u=0,1,…, M-1;v= 0,1,…, N-1 其逆变换为 式中，x=0,1,…, M-1;y= 0,1,…, N-1 在图象处理中，一般总是选择方形数据，即Ｍ＝Ｎ 影像f(x,y)的振幅谱或傅立叶频谱： 相位谱： 能量谱（功率谱） ) 1(2exp ),(1),(101 ∑∑ -=-=????? ???? ??+-= M x N y N vy M ux i y x f MN v u F π) 2(2exp ),(1),(101 ∑∑ -=-=????? ???? ??+= M u N v N vy M ux i v u F MN y x f π) ,(),(),(2 2 v u I v u R v u F +=[] ),(/),(),(v u R v u I arctg v u =?) ,(),(),(),(222v u I v u R v u F v u E +== 1.2快速傅里叶变化 可分离性的优点是二维的傅立叶变换或逆变换由两个连续的一维傅立叶变换变换来实现，对于一个影像f(x,y)，可以先沿着其每一列求一维傅立叶变换，再对其每一行再求一维变换 正变化 逆变换 由于二维的傅立叶变换具有可分离性，故只讨论一维快速傅立叶变换。 正变换 逆变换 由于计算机进行运算的时间主要取决于所用的乘法的次数。 按照上式进行一维离散由空间域向频率域傅立叶变换时，对于N 个F ∑ ∑∑∑ -=-=-=-=? ???? ? ?????? ? = ?? ???? +=1 1 0101 )(2exp ),(1 )(2exp ),(1 )(2exp ),(1),(N v N u N u N v N vy i v u F N N ux i v u F N N vy ux i v u F NN y x f πππ∑ -=?? ? ???-= 1 2exp )(1)(N x N ux i x f N u F π∑ ∑ ∑∑ -=-=-=-=? ???? ? -?????? ? -= ?? ???? +-= 1 1 101 )(2exp ),(1 )( 2exp ),(1 )(2exp ),(1),(N y N x N x N y N vy i y x f N N ux i y x f N N vy ux i y x f NN v u F πππ∑ -=?? ????= 1 2exp )(1)(N u N ux i u F N x f π 一、 实验目的 1.了解图像变换的意义和手段； 2.掌握FFT 变换方法及应用； 3.通过实验了解二维频谱的分布特点； 4.通过本实验掌握利用MATLAB 编程实现数字图像的傅立叶变换。 二、 实验原理 1 应用傅立叶变换进行图像处理 傅里叶变换是线性系统分析的一个有力工具，它能够定量地分析诸如数字化系统、采样点、 电子放大器、卷积滤波器、噪音和显示点等的作用。通过实验培养这项技能，将有助于解决 大多数图像处理问题。对任何想在工作中有效应用数字图像处理技术的人来说，把时间用在 学习和掌握博里叶变换上是很有必要的。 2 傅立叶（Fourier ）变换的定义 对于二维信号，二维Fourier 变换定义为： 2()(,)(,)j ux uy F u v f x y e dxdy π∞∞ -+-∞-∞= ?? 逆变换： 2()(,)(,)j ux uy f x y F u v e dudv π∞∞ +-∞-∞= ?? 二维离散傅立叶变换为： 11 2()00 1(,)(,)i k N N j m n N N i k F m n f i k e N π---+===∑∑ 逆变换： 11 2()00 1(,)(,)i k N N j m n N N m n f i k F m n e N π--+===∑∑ 三、 实验步骤及结果 步骤： 1将图像内容读入内存； 2用Fourier 变换算法，对图像作二维Fourier 变换； 3将其幅度谱进行搬移，在图像中心显示； 4用Fourier 系数的幅度进行Fourier 反变换； 5用Fourier 系数的相位进行Fourier 反变换； 6比较4、5的结果，评价人眼对图像幅频特性和相频特性的敏感度。 7记录和整理实验报告。 结果： 傅里叶变换 一．实验内容： 1、傅里叶变换 二．实验目的： 1、理解傅里叶变换的原理 2、掌握傅里叶变换的性质 三．实验步骤： 1．首先构造一幅黑白二值图像，在128×128的黑色背景中心产生一个4×4的白 色方块，对其进行傅里叶变换；(Matlab 中用fft2实现2D 傅里叶变换) 2．把低频分量移到图象中心，而把高频分量移到四个角上；（方法有两种：其 一，在FT 以前对测试图象逐点加权(-1)^(i+j);其二，利用FFTSHIFT 函数）； 3．利用图象增强中动态范围压缩的方法增强2DFT ；（Y ＝C*log （1＋abs （X))）； 4．构造一幅黑白二值图像，在128×128的黑色背景中令第32行至36行、第 32列至第36列的值为1（即产生一个4×4的白色方块），对其进行傅里叶变换； 5．将上图旋转300，再进行傅里叶变换 (imrotate ) 6．构造二幅黑白二值图像，在128×128的黑色背景中分别令第60行至68行、 第60列至第68列的值为1，第64行至65行、第64列至第65列的值为1产生两幅图像，分别对这两幅图像进行傅里叶变换 四、原理分析、技术讨论、回答问题 1、对于第二幅图像（第一步与第四步图像的比较）,说明FOURIER 变换具有以下性质： )//(20000),(),(N vy M ux j e v u F y y x x f +-?--π 2、对于第三幅图像（第一步与第五步图像的比较）,说明FOURIER 变换具有以下性质： θcos r x = θs i n r y = αωc o s =u αωs i n =v ),(),(00θαωθθ+?+F r f 3、对于第四幅图像（第一步与第六步图像的比较）,说明FOURIER 变换具有以下性质： )/,/(||1 ),(b v a u F ab by ax f = 数字图像处理实验报告 班级：11研信息1班 姓名: 林雨辰 学号：10011311302 实验三图像的傅立叶变换 一、实验目的 1.了解图像变换的意义和手段； 2.熟悉傅里叶变换的基本性质； 3.熟练掌握FFT的方法及应用； 4.通过实验了解二维频谱的分布特点； 5.通过本实验掌握编程实现数字图像的傅立叶变换。 二、实验原理 1.应用傅立叶变换进行图像处理 傅里叶变换是线性系统分析的一个有力工具，它能够定量地分析诸如数字化系统、采样点、电子放大器、卷积滤波器、噪音和显示点等的作用。通过实验培养这项技能，将有助于解决大多数图像处理问题。对任何想在工作中有效应用数字图像处理技术的人来说，把时间用在学习和掌握博里叶变换上是很有必要的。 2.傅立叶（Fourier）变换的定义 对于二维信号，二维连续Fourier变换定义为： 二维离散傅立叶变换为： 图像的傅立叶变换与一维信号的傅立叶变换变换一样，有快速算法，具体参见参考书目，有关傅立叶变换的快速算法的程序不难找到。实际上，现在有实现傅立叶变换的芯片，可以实时实现傅立叶变换。 三，实验内容 1.根据二维离散Fourier变换的定义编写程序 2.实现图象的变换 3.画出图象的频谱图。实验图像：任选 四，实验要求 1、实验之前要预习 2、独立完成程序的编写 3、写出实验报告。 4、实验每组1人 五，实验程序及实验结果分析 1.数字图像处理的傅里叶变换 实验的程序代码： clear all close all A=imread('xingyueye.jpg'); %读入并且显示出一个图像文件 subplot(1,2,1); imshow(A); title('原始的图像'); %显示原始图像作为对照 if length(size(A))==3 A=rgb2gray(A); end subplot(1,2,2); imshow(A); title('灰度图像'); %对灰度图像进行傅里叶变换并输出频谱 A2=fft2(A); A2=fftshift(A2); %将图像进行二维傅里叶变换 figure,imshow(log(abs(A2)+1),[0,12]); %显示傅里叶变换后的图像图像的傅里叶变换
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