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1/1數(shù)字圖像處理-第五章3(2)-資格考試認證
Chapter5DiscreteImageTransform5.1FundamentalConcept5.2CosineTransform5.3RectangularWaveTransform5.4Principle-ComponentAnalysisandK-LTransform5.5WaveletTransform
5.1FundamentalConcept5.1.1One-DimensionalDiscreteLinearTransform
Definition.ifxisanN1vectorandTisanNNmatrix,thenyTxdefinesalineartransformofthevectorx.ThematrixTisalsocalledthekernalmatrixofthetransform.Example:therotationofavectorinatwo-dimensionalcoordinatesystem.y1cosysin2sinx1xcos2
Inversion:theoriginalvectorcanberecoveredbytheinversetransformxT1yprovidedthatTisnonsingular.
5.1.21DdiscreteorthogonaltransformUnitarymatrix(酉矩陣):n階復(fù)方陣U的n個列向量是U空間的一個標準正交基,則U是酉矩陣(UnitaryMatrix)。一個簡潔的充分必要判別準則是:方陣U的共扼轉(zhuǎn)置乘以U等于單位陣,則U是酉矩陣。酉矩陣的逆矩陣與其伴隨矩陣相等。
5.1.21Ddiscreteorthogonaltransform
Unitarytransform:yTxIfTisaunitarymatrix,thenT1T*,andTT*T*TI。Orthogonaltransform:IfTisarealtransform,thentheunitarytransformisanorthogonalone.T1T,TTI。
Orthogonalbasis:eachlineoftheorthogonalmatrixTiscalleditsorthonormalbasis.ThismeansthatanyN-by-1sequencecanbeviewedasrepresentingavectorfromtheorigintoapointinN-dimensionalspace.Theorthonormalbasisareorthogonaltoeachother.
Insummary,aunitarylineartransformgeneratesy,avectorofNtransformcoefficients,eachofwhichiscomputedastheinnerproductoftheinputvectorxwithoneoftherowsofthetransformmatrixT.Theforwardtransform:Theinversetransform:
yTxxT1y
5.1.3Two-DimensionalDiscreteLinearTransform
ThegenerallineartransformthattakestheNNmatrixFintothetransformedNNmatrixGisGu,vx,y,u,vFx,yx0y0N1N1
0u,vN1
isthekernalfunctionofthetransform,whichisaN2N2blockmatrixhavingNrowsofNblocks,eachofwhichisanNNmatrix.Theblocksareindexedbyu,vandtheelementsofeachblockbyx,y.
Separatable:Ifthekernalfunctioncanbeseparatedintotheproductofrowwiseandcolumnwisecomponentfunctions.Forsome(u,v),x,y,u,vVcy,vVrx,uthenthetransformiscalledseparable.Itmeansthatitcanbecarriedoutintwosteps__N1Gu,vVcy,vfx,yVrx,ux0y0GTc'FTr'N1
Vr(xu)
Vc(yv)Tr
Example:2Dfunctione,xandytakes0,1.1輊0x2+y2x2y22犏ee22犏thematrixis犏1.Bute=ee2,
-1犏2ee犏臌0輊1e犏輊02犏whichisequalto犏e.1e犏犏e2臌犏臌
x2+y22
Symmetric:Ifthetwocomponentfunctionsareidentical,thetransfromisalsocalledsymmetric.N1GVy,vfx,yVx,uTFTx0y0ItisaunitarytransformifTisaunitarymatrix,calledthekernalmatrixN1
ofthetransform.TheinversetransformisFT1GT1T*GT*
OrthogonalTransformations:Aunitarymatrixwithrealelementsisorthogonal.F=T'GT'IfTisasymmetricmatrix,asisoftenthecase,thentheforwardandinversetransformsareidentical,sothatG=TFTandF=TGT
5.1.4BasisFunctionsAndBasisImages
TherowsofthekernalmatrixofaunitarytransformareasetofbasisinN-dimensionalvectorspace.TT*INormallytheentiresetisderivedfromthesamebasicfunctionform.Theinversetwo-dimensionaltransformcanbeviewedasreconstructingtheimagebysummingasetofproperlyweightedbasisimages.Fx,y'u,v,x,yGu,vu0v0N1N1
Eachelementinthetransformmatrix,G,isthecoefficientbywhichthecorrespondingbasisimageismultipliedinthesummation.
Eachbasismatrixischaracterizedbyahorizontalandaverticalspatialfrequency.Thematricesshownherearearrangedlefttorightandtoptobottominorderofincreasingfrequencies.
5.2CosineTransform5.2.1OnedimensionalDiscreteCosineTransformAsweknow,whenf(x)isanevenfunction,Fouriertransformisonlyreal.HowabouttheFouriertransformiff(x)isnot.
設(shè)一維離散序列fx,x0,1,2,
,N1,以12為中心反折,形成
N至1的序列,與原序列合并形成2N的偶序列。此時傅立葉變換的核函數(shù)為ej2uxN轉(zhuǎn)變?yōu)閑cos2x1u2N這時的變換就叫余弦變換1j2xu2N2
按傅立葉變換性質(zhì),虛部為0不進行運算,核函數(shù)等價于
因此余弦正變換:Fufxcos2x1u2Nx0為保證每行正交向量模=1,對上式進行歸一化處理,N1
FCf111f0F01246F18888888f1real(e)real(e)real(e)real(e)f2F2F3f3
Fuaufxcos2x1u2Nx0N1
1當u0時Nau2當u0時N余弦變換采納矩陣表示為FCCf其中核矩陣C中元素為Cu,xaucos2
x1u2N
直流系數(shù)DC(u=0時),溝通系數(shù)AC(其他)
c1cC=2...cn
余弦變換是正交變換,即0,lkcl,ck=1,lk
由于余弦變換是傅立葉變換的特例,傅立葉反變換的核矩陣即是W陣的共軛矩陣,對于余弦變換共軛矩陣即等于本身,因此fCTFC
5.2.2、二維余弦變換思想:如何形成二維偶函數(shù)?先水平做對折鏡象,然后再垂直做對折鏡象。偶對稱偶函數(shù):fx,yf1x,yfx,yfx,1yf1x,1yN1M1
當x,y0時當x0y0當x0y0當x
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