回顾:一维信号的概念和频域分析

关于一维信号的概念和频域分析,请见:

A0 音频信号综述、时域特征、卷积与傅里叶变换、频域特征

一、二维 DFT 变换介绍

1. 2D DFT 介绍

$$ F[p, q] = \sum_{n=0}^{N-1} \sum_{m=0}^{M-1} f[n, m] {\rm e}^{-j 2\pi (\frac{pn}{N} + \frac{qm}{M})} \\ f[n, m] = \frac 1{NM}\sum_{p=0}^{N-1} \sum_{q=0}^{M-1} F[p, q] {\rm e}^{j 2\pi (\frac{pn}{N} + \frac{qm}{M})} $$

一维中的对应:

$$ F[k] = \sum_{n= 0}^{N-1}f[n] \cdot {\rm e}^{-{\rm j} \frac{2\pi}{N} n k }, \ \ \ \ \ f[n] = \frac{1}{N} \sum_{k=0}^{N-1} F[k] \cdot {\rm e}^{{\rm j} \frac{2\pi}{N} nk} $$

频域结果具有周期性和对称性。幅度谱具有偶对称性,相位谱具有奇对称性。

2. 相位谱的重要性

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相位可以还原出轮廓。只有幅度只能还原出下图。

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二、采样与走样

下面四个图分别是对边长为 16、6、0.9174、0.4798 像素的黑白方块阵列的采样结果。后两者出现了明显走样。最后一张看上去还会觉得挺正常。

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所以图像在做采样「之前」要反走样,即低通滤波。

① 在计算机图形学领域:二维贴图转到三维空间后,再做二维采样的时候,需要做低通滤波,不然直接进行每点采样的话,会产生摩尔纹和锯齿(如图)。低通方法有Mipmap、各向异性过滤,详见参考阅读:

C4 着色 : 纹理的上采样 · 下采样

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② 图像传感器领域,则不太会有上面的问题,因为每个传感像素其实具有一定的物理大小——并不是在采样一个点,而是在采集一定区域一定时间内(快门时间)受光的平均值,因而已经在物理意义上做过了低通。当然各像素点也并不是完全填满排列的,所以有一定影响。

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