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图像的中频 高频 低频

图像处理基础知识

图像的频率指的是,图像灰度值变化剧烈程度的指标,是灰度值在平面空间上的梯度。

低频信息

就是指灰度值变化频率慢的信息,那就是连续而相近的亮度,这就是一张图片里的大色块,所以也常常说图像的主要成分是低频信息,因为低频信息占据了图像的大部分,所以也形成了图像的基本灰度等级。

中频信息

则是灰度值变化较快,所以在图像中,就是物体的边缘处,边缘处就是灰度变化较快的区域,所以中频信息决定了图像的基本结构,形成了图像的主要边缘结构。

高频信息

则是频率变化快,灰度值变化很快,对应的就是图像里的边缘,细节,以及一些噪点。所以高频信息构成了图像的边缘和细节,是对中频信息上对图像内容的进一步强化。

应用:傅里叶变换

就是将图像的灰度分布函数变换为图像的频率分布函数,在傅里叶变换之后得到的高频和低频信息,低频信号,一般代表着图像中亮度或者灰度值变化缓慢的区域,也就是图像中大片平摊的区域,描述了图像的主要部分,是对整个图像的综合度量。而高频分量,对应这图像变化剧烈的部分,也就是图像的边缘(轮廓)或者噪声(所以说图像噪声大部分时候都是在高频)以及细节部分。主要是对图像边缘和轮廓的度量,而人眼对高频分量比较敏感。

傅里叶变换

通常是为了便于在图像变换之后的数据上进行处理,处理之后再变换回来,因为在空间域上,我们对图像进行操作,使用均值滤波,那么噪声未知的像素点会被周围像素点求均值取代,可能效果会比原图号,但是这对原有图像有些信息造成损失,而如果将图像在频域上进行操作,噪声在频率上反映的是高频信息,通过设置相应的滤波器,滤除噪声,然后从频域还原回来,图像的信息不会有损失。

DFT: 二维离散傅里叶变换,令$$f(x,y)$$表示一张大小为 $$M\times N$$像素的图片

$$ F(u,v) = \sum^{M-1}{x=0}\sum^{N-1}{y = 0}f(x,y)e^{-j2\pi(\frac{ux}{M}+\frac{vy}{N})} $$

正反变换与变换核

图像变换的性质取决于变换核,对于上述大小为M \times N 的图像 f(x,y) 来说,表示为 T(u,v) 的二维线性变换通式子可以写作:

$$ T(u,v) =\sum^{M-1}{x=0}\sum^{N-1}{y = 0}f(x,y)r(x,y,u,v) $$

其中$$r(x,y,u,v)$$称作正变换核,其中 $$u, v$$称为变换向量,而 $$T(u,v)$$称为图像的正变换。如果已知正变换,可以利用对应的反变换还原输入图像:

$$ f(u,v) =\sum^{M-1}{x=0}\sum^{N-1}{y = 0}T(x,y)s(x,y,u,v) $$

其中$$s(x,y,u,v)$$称作正变换核,上面两个式子合称为变换对。

变换对的性质

  • 如果变换核满足$$r(x,y,u,v) = r_1(x, u)r_2(y,v)$$,就可以说变换核是可分离的。
  • 如果变换核的分解中得到的$$r_1(x,u)$$与$$r_2(y,v)$$功能一致,则称变换核是对称的。

如上面所给出的DFT,所以对应的iDFT为:

$$ f(x,y) = \frac{1}{MN}\sum^{M-1}{x = 0}\sum^{N-1}{y = 0}F(u,v)e^{j2\pi(\frac{ux}{M}+\frac{vy}{N})} $$

正变换核与反变换核心h

$$ r(x,y,u,v) =e^{-j2\pi(\frac{ux}{M}+\frac{vy}{N})} \ s(x,y,u,v) =e^{j2\pi(\frac{ux}{M}+\frac{vy}{N})} $$

证明是可分离的和对称的:

$$ r(x,y,u,v) =e^{-j2\pi(\frac{ux}{M}+\frac{vy}{N})} \ =e^{-j2\pi\frac{ux}{M}}e^{-j2\pi\frac{vy}{N}}=r_1(x, u)r_2(y,v)\\ $$

滤波和算子

滤波一词来自频率域(频率域就是我们通过傅里叶变换将空间域转为频率域),它是指通过或者拒绝一定的频率分量。

而在像素领域(空间域)上通常做的处理是中值滤波,均值滤波等平滑空间滤波器用来平滑噪声,或者一些锐化空间滤波器用来突出灰度的过渡部分(一般为区域的边界),而平滑是平均处理,类似空间积分,因为利用空间微分来实现锐化处理。对于在频域(一般就是经过傅里叶变换)上处理,一般的方法是高斯低通滤波(突出平滑,弱化边缘),高斯高通滤波(多尖锐细节,边缘细节),带通滤波(特定频率),它是一个用来增强图像中某个波段或频率并阻塞(或降低)其他频率波段的操作。

而算子一般就是卷积算子。

SRM

  • 通过建立不同的子模型,首先对训练样本中的图像的空间域信息进行提取,通过使用数十个一阶、二阶甚至高阶滤波器对图像进行处理,获得具有高度多样性的残差图像集合。
  • SRM隐写分析特征针对载体图像和一个由30个隐写分析滤波器组成的阵列卷积后生成的残差图像阵列进行提取。

参考资料

图像的低频,中频,高频信息含义?

有关于图像频率域和滤波的总结

数字图像处理-频率域滤波原理

傅里叶图像变换

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