openCV的fftshift c ++实现

Question

我已经看过这个问题了 fftshift/ifftshift C/C++ source code

我正在尝试从 matlab 实现 fftshift

这是一维数组的代码来自 matlab 函数

numDims = ndims(x);
    idx = cell(1, numDims);
    for k = 1:numDims
        m = size(x, k);
        p = ceil(m/2);
        idx{k} = [p+1:m 1:p];
    end
y = x(idx{:});

我的 c++/openCV 代码是，fftshift 基本上做的是交换某个枢轴位置的值。
因为我似乎无法理解如何在 opencv 中为复数构建矩阵。
这里说
http://docs.opencv.org/modules/core/doc/operations_on_arrays.html#dft
CCS（复共轭对称
我认为将复数拆分为实数和虚数并交换它们会更容易。然后合并回一个矩阵。

cv::vector<float> distanceF (f.size());

//ff = fftshift(ff);
cv::Mat ff;
cv::dft(distanceF, ff, cv::DFT_COMPLEX_OUTPUT);

//Make place for both the complex and the real values
cv::Mat planes[] = {cv::Mat::zeros(distanceF.size(),1, CV_32F), cv::Mat::zeros(distanceF.size(),1, CV_32F)};
cv::split(ff, planes);                   // planes[0] = Re(DFT(I), planes[1] = Im(DFT(I))

int numDims = ff.dims;
for (int i = 0; i < numDims; i++)
{
    int m = ff.rows;
    int p = ceil(m/2);

}

我的问题是，由于我对 DFT 的输入是 vector<float>，我似乎无法创建平面垫来拆分复数？

你能想出一种更好的方法来交换 cv::mat 数据结构中的值吗？

Answer 1

这是我做的（又快又脏，可以优化）：

// taken from the opencv DFT example (see opencv/samples/cpp/dft.cpp within opencv v440 sourcecode package)
cv::Mat fftshift(const cv::Mat& mat){
    
    // create copy to not mess up the original matrix (ret is only a "window" over the provided matrix)
    cv::Mat cpy;
    mat.copyTo(cpy);

    // crop the spectrum, if it has an odd number of rows or columns
    cv::Mat ret = cpy(cv::Rect(0, 0, cpy.cols & -2, cpy.rows & -2));

    // rearrange the quadrants of Fourier image so that the origin is at the image center
    int cx = ret.cols/2;
    int cy = ret.rows/2;
    cv::Mat q0(ret, cv::Rect(0, 0, cx, cy));   // Top-Left - Create a ROI per quadrant
    cv::Mat q1(ret, cv::Rect(cx, 0, cx, cy));  // Top-Right
    cv::Mat q2(ret, cv::Rect(0, cy, cx, cy));  // Bottom-Left
    cv::Mat q3(ret, cv::Rect(cx, cy, cx, cy)); // Bottom-Right

    cv::Mat tmp; // swap quadrants (Top-Left with Bottom-Right)
    q0.copyTo(tmp);
    q3.copyTo(q0);
    tmp.copyTo(q3);
    q1.copyTo(tmp); // swap quadrant (Top-Right with Bottom-Left)
    q2.copyTo(q1);
    tmp.copyTo(q2);

    return ret;
}

// reverse the swapping of fftshift. (-> reverse the quadrant swapping)
cv::Mat ifftshift(const cv::Mat& mat){

    // create copy to not mess up the original matrix (ret is only a "window" over the provided matrix)
    cv::Mat cpy;
    mat.copyTo(cpy);

    // crop the spectrum, if it has an odd number of rows or columns
    cv::Mat ret = cpy(cv::Rect(0, 0, cpy.cols & -2, cpy.rows & -2));

    // rearrange the quadrants of Fourier image so that the origin is at the image center
    int cx = ret.cols/2;
    int cy = ret.rows/2;
    cv::Mat q0(ret, cv::Rect(0, 0, cx, cy));   // Top-Left - Create a ROI per quadrant
    cv::Mat q1(ret, cv::Rect(cx, 0, cx, cy));  // Top-Right
    cv::Mat q2(ret, cv::Rect(0, cy, cx, cy));  // Bottom-Left
    cv::Mat q3(ret, cv::Rect(cx, cy, cx, cy)); // Bottom-Right

    cv::Mat tmp; // swap quadrants (Bottom-Right with Top-Left)
    q3.copyTo(tmp);
    q0.copyTo(q3);
    tmp.copyTo(q0);
    q2.copyTo(tmp); // swap quadrant (Bottom-Left with Top-Right)
    q1.copyTo(q2);
    tmp.copyTo(q1);

    return ret;
}

Answer 2

我知道，这是一个相当古老的线程，但我今天在寻找改变 fft-result 的解决方案时发现了它。也许我在这个网站和其他资源的帮助下编写的这个小功能，可能对未来的读者搜索网络并最终来到这里有所帮助。

bool FftShift(const Mat& src, Mat& dst)
{
  if(src.empty()) return true;

  const uint h=src.rows, w=src.cols;        // height and width of src-image
  const uint qh=h>>1, qw=w>>1;              // height and width of the quadrants

  Mat qTL(src, Rect(   0,    0, qw, qh));   // define the quadrants in respect to
  Mat qTR(src, Rect(w-qw,    0, qw, qh));   // the outer dimensions of the matrix.
  Mat qBL(src, Rect(   0, h-qh, qw, qh));   // thus, with odd sizes, the center
  Mat qBR(src, Rect(w-qw, h-qh, qw, qh));   // line(s) get(s) omitted.

  Mat tmp;
  hconcat(qBR, qBL, dst);                   // build destination matrix with switched
  hconcat(qTR, qTL, tmp);                   // quadrants 0 & 2 and 1 & 3 from source
  vconcat(dst, tmp, dst);

  return false;
}

Answer 3

我一直根据这篇文章自己实现它，我使用了运行良好的 Fabian 实现。但是当存在奇数行或奇数列时，就会出现移位不正确的问题。

然后您需要填充矩阵，然后删除多余的行或列。

   {bool flag_row = false;
    bool flag_col = false;

    if( (inputMatrix.rows % 2)>0)
    {
        cv::Mat row = cv::Mat::zeros(1,inputMatrix.cols, CV_64F);  
        inputMatrix.push_back(row);
        flag_row =true;
    }

    if( (inputMatrix.cols % 2)>0)
    {
        cv::Mat col = cv::Mat::zeros(1,inputMatrix.rows, CV_64F);  
        cv::Mat tmp;
        inputMatrix.copyTo(tmp);
        tmp=tmp.t();
        tmp.push_back(col);
        tmp=tmp.t();
        tmp.copyTo(inputMatrix);

        flag_col = true;
    }

    int cx = inputMatrix.cols/2.0;
    int cy = inputMatrix.rows/2.0;

    cv::Mat outputMatrix;
    inputMatrix.copyTo(outputMatrix);

    // rearrange the quadrants of Fourier image
    // so that the origin is at the image center
    cv::Mat tmp;
    cv::Mat q0(outputMatrix, cv::Rect(0, 0, cx, cy));
    cv::Mat q1(outputMatrix, cv::Rect(cx, 0, cx, cy));
    cv::Mat q2(outputMatrix, cv::Rect(0, cy, cx, cy));
    cv::Mat q3(outputMatrix, cv::Rect(cx, cy, cx, cy));

    q0.copyTo(tmp);
    q3.copyTo(q0);
    tmp.copyTo(q3);

    q1.copyTo(tmp);
    q2.copyTo(q1);
    tmp.copyTo(q2);

    int row = inputMatrix.rows;
    int col = inputMatrix.cols;
    if(flag_row)
    {
        outputMatrix = Tools::removerow(outputMatrix,row/2-1);
    }
    if(flag_col)
    {
        outputMatrix = Tools::removecol(outputMatrix,col/2-1);
    }

    return outputMatrix;

Answer 4

好的，这个帖子可能已经过时了，但可能对其他用户..看看示例：

opencv/samples/cpp/dft.cpp（第 66 - 80 行）

int cx = mag.cols/2;
int cy = mag.rows/2;

// rearrange the quadrants of Fourier image
// so that the origin is at the image center
Mat tmp;
Mat q0(mag, Rect(0, 0, cx, cy));
Mat q1(mag, Rect(cx, 0, cx, cy));
Mat q2(mag, Rect(0, cy, cx, cy));
Mat q3(mag, Rect(cx, cy, cx, cy));

q0.copyTo(tmp);
q3.copyTo(q0);
tmp.copyTo(q3);

q1.copyTo(tmp);
q2.copyTo(q1);
tmp.copyTo(q2);

我认为对于不同的维度来说，这是一种简洁明了的方式。

Answer 5

使用 adjustROI 和 copyTo 代替 .at() 怎么样？它肯定会更有效：

类似于（对于您的一维案例）：

Mat shifted(ff.size(),ff.type());
pivot = ff.cols / 2;
ff(Range::all(),Range(pivot + 1, ff.cols)).copyTo(shifted(Range::all(),Range(0,pivot)));
ff(Range::all(),Range(0,pivot+1)).copyTo(shifted(Range::all(),Range(pivot,ff.cols)));

对于 2D 的情况，应该再添加两行，并修改行范围...

Answer 6

在Matlab的实现中，主要代码有两行：

idx{k} = [p+1:m 1:p];
y = x(idx{:});

第一个相对于原始的获得正确的索引顺序；然后第二个根据索引顺序分配输出数组。因此，如果要在不进行数据交换的情况下重新编写Matlab的实现，则需要分配一个新数组并分配该数组。

Answer 7

这是供将来参考： 已经过测试，对于一维来说有点准确

    cv::Mat ff;
    cv::dft(distanceF, ff, cv::DFT_ROWS|cv::DFT_COMPLEX_OUTPUT);

    //Make place for both the complex and the real values
    cv::Mat planes[] = {cv::Mat::zeros(distanceF.size(),1, CV_32F), cv::Mat::zeros(distanceF.size(),1, CV_32F)};
    cv::split(ff, planes);                   // planes[0] = Re(DFT(I), planes[1] = Im(DFT(I))

    int m = planes[0].cols;
    int pivot = ceil(m/2);
    //duplicate FFT results with Complex conjugate in order to get exact matlab results

    for (int i = pivot + 1, k = pivot; i < planes[1].cols; i++, k--)
    {
         planes[1].at<float>(i) = planes[1].at<float>(k) * -1; 
         planes[0].at<float>(i) = planes[0].at<float>(k);
    }   

    //TODO maybe we need to see what happens for pair and odd ??
    float im  = planes[1].at<float>(0);
    float re = planes[0].at<float>(0);

    for (int i = 0; i < pivot; i++)
    {   
        //IM
        planes[1].at<float>(i) = planes[1].at<float>(pivot + i +1); 
        planes[1].at<float>(pivot +i +1) = planes[1].at<float>(i +1);

        //Real
        planes[0].at<float>(i) = planes[0].at<float>(pivot + i +1); 
        planes[0].at<float>(pivot +i +1) = planes[0].at<float>(i +1);
    }
    planes[1].at<float>(pivot) = im;
    planes[0].at<float>(pivot) = re;