为什么用图像二维傅里叶变换的相位谱进行反变换,能够大致得到原图的形状,而幅度谱则不行呢?

如题所示。图像傅里叶变换幅度谱和相位谱有什么具体意义呢?谢谢!
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一句话,k空间中的幅度决定强度信息,相位决定位置位置信息。

先看结果

1、回顾2D-FT

我在之前的回答里面说过,二维傅里叶变换是将一个图像分解为很多个复平面波之和。

而k空间中储存的是一个复数,其幅度代表平面波的波动的大小,相位代表平面波的相位也就是偏离原点的多少

而最终,从k空间恢复图像的时候,是将每个复平面波乘上对应的复系数,相加而成。可以分为两步:1、乘波动大小(幅度)2、移动相应的距离(相位)。

详细查看这个回答。

二维傅里叶变换是怎么进行的?www.zhihu.com图标

2、具体的例子分析。

  • 若一个图像是实数图像,那么k空间是关于中心复共轭的。复共轭是为了使得复平面波相加的时候将虚部都互相抵消掉,只留下实部,然后所得图像就是实数图像。
  • 如果使得k空间的phase全部等于0,那么相当于平面波在相加的时候,都没有移动,所以图像一定会呈现一种周期性,而且中间的点一点很亮。这是因为复平面波没有移动,那么所有的平面波在中心点相位为0,exp(0)=1,因此相当于所有的幅度叠加在一起了。如下图:
  • 如果使得k空间的magnitude全部等于1,那么相当于平面波在相加的时候,只有移动,而没有了各个波的大小信息,低频成分和高频成分全都一样了,所以图像应该比较嘈杂,变化比较剧烈,但是能看见大体的轮廓,如下图:

将上面三种情况放在一起比较,可见保留phase的k空间经过变换后得到的图像更接近于原来图像,只不过噪声较大。而保留magnitude的k空间变换后是一种周期的图像,变换缓慢。

3、两个图像的mag和phase交换会怎样?

下面的这两个图像也显示了phase在直观上更能决定图像的形状。

  • 1
  • 2

可见,k空间中的phase保留的是位置信息,如果没有幅度或者,幅度错误,只是对比度会不同;而mag保留的是强度信息,没有phase的话,强度相加也是按照周期性相加。

因此:k空间中的幅度决定强度信息,相位决定位置位置信息。

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参考文献:A. Zisserman's lecture in B14 Image Analysis

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