FFTW C2C:转换后的实数数据缺失对称性

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最近我在使用fftw及其c2c变换时遇到了一些问题(参见:3d c2c fft with fftw library)。因为我在使用fftw库时遇到了问题,所以我创建了一个新的问题,以便更具体地讨论这种情况。 由于我正在对实际数据进行复杂到复杂的转换,所以傅里叶空间中的转换数据应该是对称的:F[n] = con(F[N-n])。

现在我对一些小型测试数据块进行了一些转换,以检查转换后的数据是否对称。对于1D变换,一切都按预期工作,但对于更高维度的变换,我得到了真正意想不到的结果。

我正在使用fftwf_plan_dft_2d将8x8灰度图像转换为傅里叶空间,并且复杂结果如下:

n 
0 real 7971 imag 0 
1 real -437.279 imag -802.151 
2 real -289 imag -566 
3 real -182.721 imag 15.8486 
4 real 31 imag 0 
5 real -182.721 imag -15.8486 
6 real -289 imag 566 
7 real -437.279 imag 802.151 
8 real -1499.79 imag -315.233 
9 real 182.693 imag -74.5563 
10 real 55.9239 imag -12.8234 
11 real -84.7868 imag -9.10052 
12 real -14.4264 imag 211.208 
13 real 289.698 imag 214.723 
14 real 452.659 imag -246.279 
15 real 1136.35 imag -763.85 
16 real 409 imag -134 
17 real -141.865 imag 42.6396 
18 real -33 imag 122 
19 real 129.075 imag -49.7868 
20 real 1 imag -150 
21 real 109.865 imag -84.6396 
22 real 95 imag -142 
23 real -841.075 imag -92.2132 
24 real -108.207 imag -89.2325 
25 real -127.213 imag 28.8995 
26 real -36.6589 imag -8.27922 
27 real -74.6934 imag 43.4437 
28 real 70.4264 imag 29.2082 
29 real -88.3545 imag -81.8499 
30 real -127.924 imag -190.823 
31 real 230.302 imag 8.7229 
32 real -53 imag 0 
33 real -73.1127 imag -22.8578 
34 real -85 imag -82 
35 real -10.8873 imag 51.1421 
36 real -65 imag 0 
37 real -10.8873 imag -51.1421 
38 real -85 imag 82 
39 real -73.1127 imag 22.8578 
40 real -108.207 imag 89.2325 
41 real 230.302 imag -8.7229 
42 real -127.924 imag 190.823 
43 real -88.3545 imag 81.8499 
44 real 70.4264 imag -29.2082 
45 real -74.6934 imag -43.4437 
46 real -36.6589 imag 8.27922 
47 real -127.213 imag -28.8995 
48 real 409 imag 134 
49 real -841.075 imag 92.2132 
50 real 95 imag 142 
51 real 109.865 imag 84.6396 
52 real 1 imag 150 
53 real 129.075 imag 49.7868 
54 real -33 imag -122 
55 real -141.865 imag -42.6396 
56 real -1499.79 imag 315.233 
57 real 1136.35 imag 763.85 
58 real 452.659 imag 246.279 
59 real 289.698 imag -214.723 
60 real -14.4264 imag -211.208 
61 real -84.7868 imag 9.10052 
62 real 55.9239 imag 12.8234 
63 real 182.693 imag 74.5563

抱歉,这是一个冗长的数据列表,但它展示了我的问题。

例如,对于F[3]=-182.721 + 15.8486i,我期望F[64-3] = F[61] = -182.721 - 15.8486i,但是正如您所看到的,它是-84.7868 + 9.10052i。相反,F[3]的共轭位于索引5处,其他一些成对的数据也是如此。

如果存在某个系统,我无法找到它。

以下是完整代码:

QImage image("/Users/wolle/Desktop/wolf.png");
int w = image.width();
int h = image.height();
int size  = w * h;

cl_float *rawImage = imageToRaw(image); // converts a QImage into an rgb array [0..255]

fftwf_complex *complexImage = (fftwf_complex*) fftwf_malloc(sizeof(fftwf_complex) * size);
fftwf_complex *freqBuffer = (fftwf_complex*) fftwf_malloc(sizeof(fftwf_complex) * size);

// real data to complex data
for (int i = 0; i < size; i++)
{
    complexImage[i][0] = (float)rawImage[i];
    complexImage[i][1] = 0.0f;
}

fftwf_plan forward = fftwf_plan_dft_2d(w, h, complexImage, freqBuffer, FFTW_FORWARD, FFTW_ESTIMATE);

fftwf_execute(forward);

for (int y = 0; y < h; y++)
{
    for (int x = 0; x < w; x++)
    {
        int gid = y * w + x;
        qDebug() << gid  << "real" << freqBuffer[gid][0] << "imag" << freqBuffer[gid][1];
    }
}

我很乐意为您提供帮助。 :-D
问候,
Wolf

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我不确定我理解。您提到16x16图像,但您的数据只有64个项目长度。而且,该列表中所有项目看起来都有共轭对... - Oliver Charlesworth
1个回答

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对于2D傅里叶变换,当x为实数时,FFT(x)仍然是共轭对称的。但这是在二维情况下。因此,索引为16*x+y的(x,y)元素应该是索引为16*(16-x mod 16)+(16-y mod 16)的(16-x,16-y)元素的共轭,当y不为0时,它为272-16*x-y mod 256。
但我认为尽管您说了16x16,但实际上您指的是8x8。因此,在8*x+y处的(x,y)与8*(8-x mod 8)+(8-y mod 8)处的(8-x,8-y)共轭。
特别地,例如,当x=0时,共轭元素为y和8-y,包括例如3和5,正如您所发现的那样。
(当x=0或y=0时,“8-y mod 8”之类的内容意味着0。)

还有一件事:在 x = y = 0 的情况下,我得到了第一个元素 7917 + 0i,据我所见,它没有对应物。 - DerHandwerk
当我使用过滤器时,我必须将其应用于fcon(f)。就我所看到的,我必须确保不会再次应用过滤器响应。对吗? - DerHandwerk
我认为我犯了一个错误。fcon(f)到原点的距离相同,因此从滤波器的视角(例如低通滤波器)来看它们是相等的,因为abs(x,x) = abs(-x,-x)。因此它们被同样地过滤,只需应用一次滤波器响应即可。 - DerHandwerk
没错。你真的不应该把过滤器看作是你对 f 做的一件事,而对 con(f) 做的另一件事;它是一个对称的单一事物。 - Gareth McCaughan
就我看来,拥有奇数大小的数据是有益的,因为这样总会有一个“中间”的容器。 - DerHandwerk
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