영상 처리

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해상도를 낮출 때 무엇이 손실되는가?

sampling

푸리에의 기발한 발상:

어떤 일변수 함수라도 서로 다른 주파수를 갖는 사인 및 코사인의 가중치 합으로 다시 표현될 수 있다

공간 도메인 대 주파수 도메인

  • 이미지 평면 자체
  • 픽셀의 직접 조작
  • 픽셀 위치의 변화는 장면의 변화에 대응함

  • 이미지의 푸리에 변환
  • 이미지의 변화율과 직접적으로 관련됨 –
  • 픽셀 위치의 변화는 주파수의 변화에 대응함

주파수 도메인 개요

  • 고주파수는 픽셀 간의 급격한 밝기 변화에 대응함
  • 저주파 성분은 대규모 이미지 구조에 대응함
  • 푸리에 변환을 통한 주파수 도메인 영상 처리

frequency

푸리에 변환의 정의 (1차원)

  • 순방향 푸리에 변환

$F(u) = \int_{-\infty}^{\infty} f(x)e^{-i2\pi ux}dx$

  • 역변환

$f(x) = \int_{-\infty}^{\infty} F(u)e^{i2\pi ux}du$

  • 참고:
    • $e^{iwx} = cos(\omega x) + i sin(\omega x)$
    • $\omega = 2 \pi u$가 각주파수일 때
    • u는 공간 주파수임
    • $i = \sqrt{-1} $

푸리에 변환의 성질

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푸리에 변환의 정의

  • 순방향 푸리에 변환
    • $ F(u, v) = \int_{-\infty}^{\infty}\int_{-\infty}^{\infty} f(x,y) e^{-2 \pi (ux + vy)} dx dy $
  • 역 푸리에 변환
    • f(x,y) = \int_{-\infty}^{\infty}\int_{-\infty}^{\infty} F(u, v) e ^{i2\pi (ux + vy) dudv $
  • 복소수 값을 가지는 정현파를 사용함

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이산 푸리에 변환 (DFT)

  • 순방향 이산 푸리에 변환
    • $ F(u,v) = \sum_{x=0}^{M-1} \sum_{y=0}^{N-1} f(x,y) e^{-i2\pi (\frac{ux}{M} + \frac{vy}{N})} $
  • 역 이산 푸리에 변환
    • $ f(x,y) = \frac{1}{MN} \sum_{u=0}^{M-1} \sum_{v=0}^{N-1} F(u,v) e^ {i2\pi ( \frac{ux}{M} + \frac{vy} {N} )}$

주파수 도메인 필터링

  • 각 $𝐹(𝑢, 𝑣)$는 모든 $f(x,y) $에 의존함
  • •푸리에 도메인의 주파수는 이미지의 패턴에 대응함 •
  • $𝐹(0,0)$의 값은 이미지의 모든 픽셀에 대한 평균 밝기임 •
  • 저주파수는 픽셀 간의 완만한 밝기 변화에 대응함 •
  • 고주파수는 픽셀 간의 급격한 밝기 변화에 대응함 •
  • 노이즈는 일반적으로 최고 주파수의 변동에 해당함

foutier

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