数字图像处理与傅里叶变换技术详解

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0 下载量 201 浏览量 更新于2024-12-01 收藏 4.14MB RAR 举报
资源摘要信息:"数字图像处理与傅里叶变换技术" 在数字图像处理领域,图像的各种处理方法和变换技术是基础且核心的内容。本资源文件名为"IMAGE-PROCESS.rar_傅里叶",其中"傅里叶"指的是傅里叶变换,一种广泛应用于信号处理领域的数学方法。通过对该压缩包文件的分析,我们可以提取以下几点详细知识点: 1. 数字图像的基本处理 - 直方图统计:图像的直方图是像素强度分布的图形表示,通过分析直方图可以了解图像的亮度和对比度信息。在数字图像处理中,直方图均衡化是一种常用的调整图像对比度的方法,通过改变图像直方图的形状使图像变得更加清晰。 - 几何变换:图像的几何变换指的是对图像进行平移、旋转、缩放和扭曲等操作。例如,图像旋转可以帮助校正倾斜的图像,而缩放则用于改变图像大小。 - 二值化:二值化处理是将图像从灰度图像转换为黑白两色图像的过程。通过设定一个阈值,所有高于该阈值的像素点被转换为白色,低于该阈值的像素点被转换为黑色。 2. 三大变换 - 傅里叶变换:傅里叶变换是将图像从空间域转换到频率域的数学方法,它可以揭示图像的频率组成。傅里叶变换在图像处理中的应用包括图像增强、去噪、边缘检测等。 - 沃尔什变换:沃尔什变换是一种类似于傅里叶变换的数学工具,主要用于处理数字信号。在图像处理中,沃尔什变换可以用于图像压缩和特征提取等领域。 - 离散余弦变换:离散余弦变换(DCT)是一种类似于傅里叶变换的数学变换,它在图像和视频编码中扮演重要角色,尤其是在JPEG和MPEG标准中。 3. 图像复原方法 - 图像复原是指尝试恢复出图像拍摄或传输过程中的失真部分,还原出尽可能接近原始图像的技术。常用的图像复原方法包括: - 去噪:去除图像中的噪声是图像复原的重要步骤,常见的去噪算法包括中值滤波、高斯滤波等。 - 模糊和锐化:模糊可能由于相机运动或焦点不准确造成,图像锐化可以增强图像的细节,改善视觉效果。 - 其他复原技术:还包括运动模糊复原、光照补偿、色彩校正等,这些技术可以根据具体的应用场景和需求来选择使用。 综上所述,"IMAGE-PROCESS.rar_傅里叶"这一资源文件中包含的数字图像处理技术,是通过使用直方图统计、几何变换、二值化处理来实现图像的基本处理,通过三大变换(傅里叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换)来深入分析图像的频率特性,并应用各种图像复原方法来恢复和优化图像质量。这些知识点不仅对于理解图像处理的基本原理至关重要,也是图像分析、图像识别、计算机视觉等领域不可或缺的基础。实验示例软件可能是用来演示这些技术的具体操作和效果,帮助学习者更好地理解和掌握这些概念和技术。

请详细解释以下代码:class BandedFourierLayer(nn.Module): def __init__(self, in_channels, out_channels, band, num_bands, length=201): super().__init__() self.length = length self.total_freqs = (self.length // 2) + 1 self.in_channels = in_channels self.out_channels = out_channels self.band = band # zero indexed self.num_bands = num_bands self.num_freqs = self.total_freqs // self.num_bands + (self.total_freqs % self.num_bands if self.band == self.num_bands - 1 else 0) self.start = self.band * (self.total_freqs // self.num_bands) self.end = self.start + self.num_freqs # case: from other frequencies self.weight = nn.Parameter(torch.empty((self.num_freqs, in_channels, out_channels), dtype=torch.cfloat)) self.bias = nn.Parameter(torch.empty((self.num_freqs, out_channels), dtype=torch.cfloat)) self.reset_parameters() def forward(self, input): # input - b t d b, t, _ = input.shape input_fft = fft.rfft(input, dim=1) output_fft = torch.zeros(b, t // 2 + 1, self.out_channels, device=input.device, dtype=torch.cfloat) output_fft[:, self.start:self.end] = self._forward(input_fft) return fft.irfft(output_fft, n=input.size(1), dim=1) def _forward(self, input): output = torch.einsum('bti,tio->bto', input[:, self.start:self.end], self.weight) return output + self.bias def reset_parameters(self) -> None: nn.init.kaiming_uniform_(self.weight, a=math.sqrt(5)) fan_in, _ = nn.init._calculate_fan_in_and_fan_out(self.weight) bound = 1 / math.sqrt(fan_in) if fan_in > 0 else 0 nn.init.uniform_(self.bias, -bound, bound)

2023-05-17 上传

def add_noise(image, epsilon, k): # 添加拉普拉斯噪声 # 进行离散傅里叶变换 f = np.fft.fft2(image) # 将零频率分量移到频谱中心 fshift = np.fft.fftshift(f) rows, cols = image.shape b = laplas(fshift, epsilon, k) # print(b) p = 0.5 noise = np.random.laplace(scale=b, size=(rows, cols)) + np.mean(f) * p # noise = np.random.laplace(0, 1/b, (rows, cols)) image_noise = fshift + noise f_ishift = np.fft.ifftshift(image_noise) # 进行逆离散傅里叶变换 image_back = np.fft.ifft2(f_ishift) image_back = np.real(image_back) return image_back def laplas(FIM, epsilon, k): FIM_k = FIM[:k, :k] # 给定隐私预算 epsilon # 计算给定隐私预算时的拉普拉斯机制的参数的最小值 # 计算每个系数的灵敏度 sensitivity = np.abs(FIM_k) / np.sqrt(epsilon) sensitivity2 = np.abs(FIM) / np.sqrt(epsilon) scale = sensitivity2 / epsilon # 计算拉普拉斯机制的参数 # 计算前 k×k 个 DFT 系数的最大值和最小值之差 delta_f = np.max(np.sqrt(np.real(FIM[:k, :k]) ** 2 + np.imag(FIM[:k, :k]) ** 2)) - np.min( np.sqrt(np.real(FIM[:k, :k]) ** 2 + np.imag(FIM[:k, :k]) ** 2)) # 计算拉普拉斯噪声的尺度参数 c = delta_f / epsilon d = delta_f * math.sqrt(2 * math.log(1.25 / 0.1)) / epsilon # a = np.min(sensitivity) / (epsilon * k**2) return d def add_noisy_image(): # 读取人脸图像 image = cv2.imread("image.jpg", cv2.IMREAD_GRAYSCALE) image = cv2.resize(image, (128, 128), interpolation=cv2.INTER_LINEAR) # 进行离散傅里叶变换 epsilon = 0.3 k = 50 image_back = add_noise(image, epsilon, k) im = cv2.resize(image_back, (47, 62), interpolation=cv2.INTER_LINEAR) # 将图像转换为整型并保存 image_back = np.uint8(im) cv2.imwrite("face_privacy.jpg", image_back) return image_back

2023-06-06 上传