13. Преобразование Фурье для изображений в ImageJ

  Рет қаралды 2,369

Юрий Петров

2 жыл бұрын

Преобразование Фурье изображений, прямое и обратное. Измерение периодов. Фурье-фильтрация. Прямая и обратная задачи о свёртке.
00:00:13 Меню FFT
00:00:51 Преобразование Фурье в случае изображений
00:05:11 Окно Фурье-образа в ImageJ
00:08:39 Использование Фурье-образа для фильтров
00:10:43 Полосовой Фурье-фильтр
00:13:23 Пользовательский Фурье-фильтр
00:14:25 Просмотр комплексного Фуье-образа и преобразования Хартли
00:15:04 Математические операции с Фурье-образами (Корреляция, свертка, обратная свертка - деконволюция)
00:17:07 Краткий итог

Пікірлер: 8
@yurii_petrov
@yurii_petrov Жыл бұрын
Поскольку многие используют эту серию видео как справочник по командам и функциям ImageJ, сделал общее оглавление для всех видеосюжетов со ссылками на отдельные части: dzen.ru/a/ZFezUxF6lnJ9ZZVV
@science_engineering
@science_engineering Жыл бұрын
Юрий, тут вы не совсем правы (8-я минута). ImajeJ по результатам FFT показывает и амплитуду, и фазу: если приглядеться, то в строке состояния видны значения "r" и "theta", т.е. амплитуда и фаза (фаза суть угол). Без фазовой составляющей невозможно восстановить исходный сигнал, т.е. выполнить обратное преобр-е Фурье. Когда в наличии лишь амплитудная составляющая, мы можем определить лишь относительные уровни серого суммируемых изображений, но у нас не будет их относительных сдвигов друг от друга (фаза), т.е. потеряется пространственная связность изображения... Про это дело можно почитать, если в гугле вбить запрос "spatial frequency domain" - вторая ссылка, в разделе Discrete Fourier Transform и ниже в разделе про фильтрацию (кидаю ссылку, коммент удаляется). p.s.: переслушал, понял что тупанул: вы сказали , что выводится только амплитудный спектр. Так точно)
@yurii_petrov
@yurii_petrov Жыл бұрын
Как было справедливо замечено, выводится все же только амплитудный спектр. Значения r и theta в сроке состояния - это радиус и угол в полярных координатах на Фурье-образе, причем радиус приводится не в пространстве частот, а в единицах периода на исходном изображении, я про это говорю на 00:05:12 Если вдаваться в детали преобразования Фурье в ImageJ, то на самом деле ImageJ сначала делает быстрое преобразование Хартли (это свертка с суммой синуса и косинуса), потом из него находит вещественную и мнимую части Фурье-образа, как полусумму и полуразность симметричных частот, а потом находит амплитуду Фурье-образа, переводит в логарифмический масштаб и 8-битный формат и выводит в это окно. Комплексный Фурье-образ хранится отдельно, в 32-битном формате, как Вы правильно заметили, без полной информации не получится правильного обратного преобразования. В принципе можно вывести на экран и результат преобразования Хартли, и комплексный Фурье-образ в виде стека, и амплитудный спектр без логарифмического масштаба. Про это я вскользь упомянул на 00:14:27.
@science_engineering
@science_engineering Жыл бұрын
@@yurii_petrov да, наверно важные моменты промотал)) к слову о деталях: а хэлп imageJ у них на сайте найти можно? Или можно скачать что-то типа офлайн справки?
@yurii_petrov
@yurii_petrov Жыл бұрын
В меню Help -> Documentation открывается страница с описанием всего. Там есть и он-лайн справка по командам и пунктам меню, и pdf скачать можно. Естественно все на английском.
@science_engineering
@science_engineering Жыл бұрын
глупый (а возможно и не совсем глупый) вопрос: Почему на амплитудном спектре изображения определённые гармоники отображаются не чёткими светлыми точками, а как звёзды на небе, в виде крестов? Это что-то типа дисперсии и расплывании волнового пакета, из-за того что мы используем цифровые технологии и ввиду электронного шума? Давно про чё-то похожее читал, уже подзабыть успел..)
@yurii_petrov
@yurii_petrov Жыл бұрын
Это не совсем про расплывание волнового пакета) Яркая точка на Фурье-образе означает, что на изображении присутствует идеально периодический сигнал. А идеально периодический сигнал должен быть бесконечно длинным. Если сигнал ограничен по протяженности, то в спектре возникают дополнительные частоты, как в радиосигнале с импульсной модуляцией, или как в дифракции волн на кристаллах конечного размера. В двумерном случае вместо яркой точки появляется пятно, размытое в тех направлениях, в которых ограничена область периодического сигнала. Чем меньше размеры области периодического сигнала, тем сильнее размытие. В примере на видео периодический сигнал заполняет все изображение, а значит размер изображения ограничивает размеры периодического сигнала, границы вертикальные и горизонтальные. Именно в этих направлениях и размывается спектр и появляются "кресты" у каждой яркой точки. Если повернуть квадратную область периодического сигнала, так, чтобы на изображении возникли границы под углом к краям изображения, то и направления "крестов" повернутся. Если ограничить область с периодическим сигналом кругом, то никаких крестов наблюдаться не будет, поскольку края наблюдаются во всех направлениях на примерно одинаковом расстоянии. Другими словами, форма пятен около максимумов амплитуды Фурье-образа обратна форме областей с периодическим сигналом на изображении. Чем больше места на изображении в каком-то направлении занимает периодический сигнал, тем меньше размеры в этом направлении у соответствующего пятна на Фурье-образе. Если периодический сигнал в одной ограниченной области складывается из нескольких частот, то точки для всех этих частот на Фурье-образе будут одинаково размываться. И на самом деле хвосты около ярких точек не всегда такие яркие, как кажутся из-за логарифмического масштаба.
@science_engineering
@science_engineering Жыл бұрын
@@yurii_petrov понял, спасибо. Чем больше читаю ваши ответы и смотрю ваши видео, тем больше понимаю как же я далёк от обработки изображений))) база какая никакая есть: работаю инженером-расчетчиком, сейчас вот в аспирантуре понадобилась обработка результатов экспериментов тонкой структуры импакта капли, поэтому выбрали ImajeJ. Кажется что математика/физика везде одна - да как бы не так: тут полно своих фишечек при работе с изображениями..)) интерпретация результатов и всё такое прочее..