2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換...
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A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
2016年度秋学期 画像情報処理
浅野 晃 関西大学総合情報学部
離散フーリエ変換と離散コサイン変換第9回
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
JPEG方式による画像圧縮画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
(著作権の問題により画像をはずしました)
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
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, Kan
sai U
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JPEG方式による画像圧縮画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
(著作権の問題により画像をはずしました)
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2016年度秋学期 画像情報処理
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JPEG方式による画像圧縮画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
8×8ピクセルずつのセルに分解
(著作権の問題により画像をはずしました)
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2016年度秋学期 画像情報処理
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, Kan
sai U
niv.
JPEG方式による画像圧縮画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
ひとつのセルを,これらの波の重ね合わせで表す8×8ピクセルずつの
セルに分解
(著作権の問題により画像をはずしました)
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A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
JPEG方式による画像圧縮画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
ひとつのセルを,これらの波の重ね合わせで表す8×8ピクセルずつの
セルに分解
細かい部分は,どの画像でも大してかわらないから,省略しても気づかない
(著作権の問題により画像をはずしました)
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
JPEG方式による画像圧縮画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
ひとつのセルを,これらの波の重ね合わせで表す8×8ピクセルずつの
セルに分解
細かい部分は,どの画像でも大してかわらないから,省略しても気づかない
省略すると,データ量が減る
(著作権の問題により画像をはずしました)
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2016年度秋学期 画像情報処理
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, Kan
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niv.
Karhunen-Loève変換(KL変換)画像を主成分に変換してから伝送する
p画素の画像1
p
第1~第p / 2
主成分だけを伝達する
主成分に変換
もとの画素に戻す
p画素の画像(情報の損失が最小)
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2016年度秋学期 画像情報処理
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, Kan
sai U
niv.
Karhunen-Loève変換(KL変換)画像を主成分に変換してから伝送する
p画素の画像1
p
第1~第p / 2
主成分だけを伝達する
主成分に変換
もとの画素に戻す
p画素の画像(情報の損失が最小)
データ量が半分でも 情報の損失は最小
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2016年度秋学期 画像情報処理
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, Kan
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niv.
KL変換の大問題
主成分を求めるには, 分散共分散行列が必要
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, Kan
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KL変換の大問題
主成分を求めるには, 分散共分散行列が必要
分散共分散行列を求めるには, 「いまから取り扱うすべての画像」が 事前にわかっていないといけない
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, Kan
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KL変換の大問題
主成分を求めるには, 分散共分散行列が必要
分散共分散行列を求めるには, 「いまから取り扱うすべての画像」が 事前にわかっていないといけない
そんなことは不可能。
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2016年度秋学期 画像情報処理
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, Kan
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niv.
そこで
原画像Xは,m2個の基底画像にそれぞれ 変換後画像Zの各要素をかけて足し合わせたものになっている
ベクトルの直交変換を,行列の直交変換におきかえて,どういう変換か見えるようにする
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2016年度秋学期 画像情報処理
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, Kan
sai U
niv.
JPEG方式による画像圧縮画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
ひとつのセルを,8×8の波画像の重ね合わせで表す8×8ピクセルずつの
セルに分解
細かい部分は,どの画像でも大してかわらないから,省略しても気づかない
省略すると,データ量が減る
(著作権の問題により画像をはずしました)
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2016年度秋学期 画像情報処理
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sano
, Kan
sai U
niv.
JPEG方式による画像圧縮画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
ひとつのセルを,8×8の波画像の重ね合わせで表す8×8ピクセルずつの
セルに分解
細かい部分は,どの画像でも大してかわらないから,省略しても気づかない
省略すると,データ量が減る
波画像のひとつひとつが基底画像
(著作権の問題により画像をはずしました)
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JPEG方式による画像圧縮画像を波の重ね合わせで表わし,一部を省略して,データ量を減らす
ひとつのセルを,8×8の波画像の重ね合わせで表す8×8ピクセルずつの
セルに分解
細かい部分は,どの画像でも大してかわらないから,省略しても気づかない
省略すると,データ量が減る
波画像のひとつひとつが基底画像
(著作権の問題により画像をはずしました)
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2016年度秋学期 画像情報処理
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そこで
原画像Xは,m2個の基底画像にそれぞれ 変換後画像Zの各要素をかけて足し合わせたものになっている
ベクトルの直交変換を,行列の直交変換におきかえて,どういう変換か見えるようにする
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2016年度秋学期 画像情報処理
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, Kan
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そこで
原画像Xは,m2個の基底画像にそれぞれ 変換後画像Zの各要素をかけて足し合わせたものになっている
ベクトルの直交変換を,行列の直交変換におきかえて,どういう変換か見えるようにする
どういう直交変換(ユニタリー変換)を用いるかを,基底画像を目でみて決める
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そこで
原画像Xは,m2個の基底画像にそれぞれ 変換後画像Zの各要素をかけて足し合わせたものになっている
ベクトルの直交変換を,行列の直交変換におきかえて,どういう変換か見えるようにする
どういう直交変換(ユニタリー変換)を用いるかを,基底画像を目でみて決める
波の基底画像を用いる→フーリエ変換
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, Kan
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離散フーリエ変換を行列で
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2016年度秋学期 画像情報処理
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, Kan
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2次元フーリエ変換
F (νx, νy) =
∫∫ ∞
−∞f(x, y) exp{−i2π(νxx+ νyy)}dxdy
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2016年度秋学期 画像情報処理
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, Kan
sai U
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2次元フーリエ変換
指数関数の性質から
F (νx, νy) =
∫∫ ∞
−∞f(x, y) exp{−i2π(νxx+ νyy)}dxdy
F (νx, νy) =
∫∫ ∞
−∞f(x, y) exp(−i2πνxx) exp(−i2πνyy)dxdy
=
∫ ∞
−∞
[∫ ∞
−∞f(x, y) exp(−i2πνxx)dx
]exp(−i2πνyy)dy
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2016年度秋学期 画像情報処理
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, Kan
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2次元フーリエ変換
指数関数の性質から
x方向のフーリエ変換
F (νx, νy) =
∫∫ ∞
−∞f(x, y) exp{−i2π(νxx+ νyy)}dxdy
F (νx, νy) =
∫∫ ∞
−∞f(x, y) exp(−i2πνxx) exp(−i2πνyy)dxdy
=
∫ ∞
−∞
[∫ ∞
−∞f(x, y) exp(−i2πνxx)dx
]exp(−i2πνyy)dy
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2016年度秋学期 画像情報処理
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sano
, Kan
sai U
niv.
2次元フーリエ変換
指数関数の性質から
x方向のフーリエ変換 y方向の フーリエ変換
F (νx, νy) =
∫∫ ∞
−∞f(x, y) exp{−i2π(νxx+ νyy)}dxdy
F (νx, νy) =
∫∫ ∞
−∞f(x, y) exp(−i2πνxx) exp(−i2πνyy)dxdy
=
∫ ∞
−∞
[∫ ∞
−∞f(x, y) exp(−i2πνxx)dx
]exp(−i2πνyy)dy
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
2次元フーリエ変換
指数関数の性質から
x方向のフーリエ変換 y方向の フーリエ変換
F (νx, νy) =
∫∫ ∞
−∞f(x, y) exp{−i2π(νxx+ νyy)}dxdy
F (νx, νy) =
∫∫ ∞
−∞f(x, y) exp(−i2πνxx) exp(−i2πνyy)dxdy
=
∫ ∞
−∞
[∫ ∞
−∞f(x, y) exp(−i2πνxx)dx
]exp(−i2πνyy)dy
2次元フーリエ変換は分離可能
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
2次元離散フーリエ変換1次元離散フーリエ変換
U(k) =
N−1∑
n=0
u(n) exp(−i2πk
Nn) (k = 0, 1, . . . , N − 1)
![Page 28: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/28.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
2次元離散フーリエ変換1次元離散フーリエ変換
U(k) =
N−1∑
n=0
u(n) exp(−i2πk
Nn) (k = 0, 1, . . . , N − 1)
![Page 29: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/29.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
2次元離散フーリエ変換1次元離散フーリエ変換
U(k) =
N−1∑
n=0
u(n) exp(−i2πk
Nn) (k = 0, 1, . . . , N − 1)
![Page 30: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/30.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
2次元離散フーリエ変換1次元離散フーリエ変換
U(k) =
N−1∑
n=0
u(n) exp(−i2πk
Nn) (k = 0, 1, . . . , N − 1)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[M−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Mm)
]exp(−i2π
l
Nn)
2次元離散フーリエ変換(分離可能な形式)
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
2次元離散フーリエ変換1次元離散フーリエ変換
U(k) =
N−1∑
n=0
u(n) exp(−i2πk
Nn) (k = 0, 1, . . . , N − 1)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[M−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Mm)
]exp(−i2π
l
Nn)
2次元離散フーリエ変換(分離可能な形式)
縦横の大きさが同じなら
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 32: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/32.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
2次元離散フーリエ変換1次元離散フーリエ変換
U(k) =
N−1∑
n=0
u(n) exp(−i2πk
Nn) (k = 0, 1, . . . , N − 1)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[M−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Mm)
]exp(−i2π
l
Nn)
2次元離散フーリエ変換(分離可能な形式)
縦横の大きさが同じなら
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 36: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/36.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 38: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/38.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 39: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/39.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 40: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/40.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 41: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/41.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 43: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/43.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 44: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/44.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 45: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/45.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 46: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/46.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 47: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/47.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 49: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/49.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 50: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/50.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 51: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/51.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 52: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/52.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
行列の直交変換の形で表す Z = RXR′
l↓k→
(Z = U(k, l)) = l↓n→(R) · n↓
m→(X = u(m,n)) · m↓
k→(R′)
U(k, l) =N−1∑
n=0
[N−1∑
m=0
u(m,n) exp(−i2πk
Nm)
]exp(−i2π
l
Nn)
![Page 53: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/53.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
前ページのように行列を配置すると
R′ =
m↓
k→⎛
⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎝
e−i2π 0N0 · · · e−i2π k
N0 · · · e−i2πN−1
N0
.... . .
e−i2π 0Nm e−i2π k
Nm
.... . .
e−i2π 0N(N−1) e−i2πN−1
N(N−1)
⎞
⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎠
R =
l↓
n→⎛
⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎝
e−i2π 0N0 · · · e−i2π 0
Nn · · · e−i2π 0
N(N−1)
.... . .
e−i2π lN0 e−i2π l
Nn
.... . .
e−i2πN−1N
0 e−i2πN−1N
(N−1)
⎞
⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎠
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換を行列で表す
指数関数がややこしいので
とおくと,
WN = exp(− i2π
N)
R =
⎛
⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎜⎝
W 0·0N · · · W 0·n
N · · · W0·(N−1)N
.... . .
W l·0N W ln
N...
. . .
W(N−1)·0N W
(N−1)(N−1)N
⎞
⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎟⎠
Z = RXR
![Page 55: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/55.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
ところで,本当にユニタリー?ある列と,ある列の複素共役の内積 異なる列なら0,同じ列なら1 ならユニタリー
N−1∑
l=0
W lnN · (W ln′
N )∗ =
N−1∑
l=0
exp(− i2πln
N) exp(− i2πln′
N)
=N−1∑
l=0
exp(− i{(n− n′)2π}lN
)
=N−1∑
l=0
W(n−n′)lN
N−1∑
l=0
W(n−n′)lN =
1−W(n−n′)NN
1−W(n−n′)N
=1−
(WN
N
)(n−n′)
1−W(n−n′)N
=1− 1(n−n′)
1−W(n−n′)N
= 0
N−1∑
l=0
W(n−n′)lN =
N−1∑
l=0
1 = N
異なる列(等比数列の和) 同じ列
![Page 56: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/56.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
ところで,本当にユニタリー?ある列と,ある列の複素共役の内積 異なる列なら0,同じ列なら1 ならユニタリー
N−1∑
l=0
W lnN · (W ln′
N )∗ =
N−1∑
l=0
exp(− i2πln
N) exp(− i2πln′
N)
=N−1∑
l=0
exp(− i{(n− n′)2π}lN
)
=N−1∑
l=0
W(n−n′)lN
N−1∑
l=0
W(n−n′)lN =
1−W(n−n′)NN
1−W(n−n′)N
=1−
(WN
N
)(n−n′)
1−W(n−n′)N
=1− 1(n−n′)
1−W(n−n′)N
= 0
N−1∑
l=0
W(n−n′)lN =
N−1∑
l=0
1 = N
異なる列(等比数列の和) 同じ列
OK
![Page 57: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/57.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
ところで,本当にユニタリー?ある列と,ある列の複素共役の内積 異なる列なら0,同じ列なら1 ならユニタリー
N−1∑
l=0
W lnN · (W ln′
N )∗ =
N−1∑
l=0
exp(− i2πln
N) exp(− i2πln′
N)
=N−1∑
l=0
exp(− i{(n− n′)2π}lN
)
=N−1∑
l=0
W(n−n′)lN
N−1∑
l=0
W(n−n′)lN =
1−W(n−n′)NN
1−W(n−n′)N
=1−
(WN
N
)(n−n′)
1−W(n−n′)N
=1− 1(n−n′)
1−W(n−n′)N
= 0
N−1∑
l=0
W(n−n′)lN =
N−1∑
l=0
1 = N
異なる列(等比数列の和) 同じ列
OK
NG
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
ユニタリー離散フーリエ変換
前ページの計算で RR′∗ = NI
![Page 59: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/59.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
ユニタリー離散フーリエ変換
前ページの計算で RR′∗ = NI
WN =1√N
exp(− i2π
N)
とおけば
![Page 60: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/60.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
ユニタリー離散フーリエ変換
前ページの計算で RR′∗ = NI
WN =1√N
exp(− i2π
N)
RR′∗ = I
とおけば
となって,ユニタリーになる
![Page 61: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/61.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
ユニタリー離散フーリエ変換
前ページの計算で RR′∗ = NI
WN =1√N
exp(− i2π
N)
X = R∗ZR∗
RR′∗ = I
とおけば
となって,ユニタリーになる
Z = RXR
![Page 62: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/62.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散コサイン変換
フーリエ変換では,複素数を扱う必要がある
実数だけで計算できる変換
R =
l↓
n→⎛
⎜⎜⎝
. . .
r(n, l). . .
⎞
⎟⎟⎠,
r(n, l) =
�1√N
l = 02√Ncos (2n+1)lπ
2N l ̸= 0
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
偶関数のフーリエ変換
離散コサイン変換は,関数を折り返して偶関数にしたもののフーリエ変換に相当
偶関数 f(x) = f(−x)
F (νx) =
∫ ∞
−∞f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
=
∫ 0
−∞f(x) exp{−i2π(νxx)}dx+
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
F (νx) =
∫ 0
∞f(−x) exp{−i2π(νx(−x))}(−dx) +
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
∞ ∞
のフーリエ変換
第1項の x を -x に変数変換
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2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
偶関数のフーリエ変換
離散コサイン変換は,関数を折り返して偶関数にしたもののフーリエ変換に相当
偶関数 f(x) = f(−x)
F (νx) =
∫ ∞
−∞f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
=
∫ 0
−∞f(x) exp{−i2π(νxx)}dx+
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
F (νx) =
∫ 0
∞f(−x) exp{−i2π(νx(−x))}(−dx) +
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
∞ ∞
のフーリエ変換
第1項の x を -x に変数変換
![Page 65: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/65.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
偶関数のフーリエ変換
離散コサイン変換は,関数を折り返して偶関数にしたもののフーリエ変換に相当
偶関数 f(x) = f(−x)
F (νx) =
∫ ∞
−∞f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
=
∫ 0
−∞f(x) exp{−i2π(νxx)}dx+
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
F (νx) =
∫ 0
∞f(−x) exp{−i2π(νx(−x))}(−dx) +
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
∞ ∞
のフーリエ変換
第1項の x を -x に変数変換
![Page 66: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/66.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
偶関数のフーリエ変換
離散コサイン変換は,関数を折り返して偶関数にしたもののフーリエ変換に相当
偶関数 f(x) = f(−x)
F (νx) =
∫ ∞
−∞f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
=
∫ 0
−∞f(x) exp{−i2π(νxx)}dx+
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
F (νx) =
∫ 0
∞f(−x) exp{−i2π(νx(−x))}(−dx) +
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
∞ ∞
のフーリエ変換
第1項の x を -x に変数変換
![Page 67: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/67.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
偶関数のフーリエ変換
離散コサイン変換は,関数を折り返して偶関数にしたもののフーリエ変換に相当
偶関数 f(x) = f(−x)
F (νx) =
∫ ∞
−∞f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
=
∫ 0
−∞f(x) exp{−i2π(νxx)}dx+
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
F (νx) =
∫ 0
∞f(−x) exp{−i2π(νx(−x))}(−dx) +
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
∞ ∞
のフーリエ変換
第1項の x を -x に変数変換
![Page 68: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/68.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
偶関数のフーリエ変換
F (νx) =
∫ ∞
0f(x) exp{i2π(νxx)}dx+
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
∞
整理すると
![Page 69: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/69.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
偶関数のフーリエ変換
F (νx) =
∫ ∞
0f(x) exp{i2π(νxx)}dx+
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
∞
F (νx) =
∫ ∞
0f(x) [exp{i2π(νxx)}+ exp{−i2π(νxx)}] dx
整理すると
![Page 70: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/70.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
偶関数のフーリエ変換
F (νx) =
∫ ∞
0f(x) exp{i2π(νxx)}dx+
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
∞
F (νx) =
∫ ∞
0f(x) [exp{i2π(νxx)}+ exp{−i2π(νxx)}] dx
整理すると
指数関数と三角関数の関係から
![Page 71: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/71.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
偶関数のフーリエ変換
F (νx) =
∫ ∞
0f(x) exp{i2π(νxx)}dx+
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
∞
F (νx) =
∫ ∞
0f(x) [exp{i2π(νxx)}+ exp{−i2π(νxx)}] dx
F (νx) = 2
∫ ∞
0f(x) cos 2π(νxx)dx
整理すると
指数関数と三角関数の関係から
![Page 72: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/72.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
偶関数のフーリエ変換
F (νx) =
∫ ∞
0f(x) exp{i2π(νxx)}dx+
∫ ∞
0f(x) exp{−i2π(νxx)}dx
∞
F (νx) =
∫ ∞
0f(x) [exp{i2π(νxx)}+ exp{−i2π(νxx)}] dx
F (νx) = 2
∫ ∞
0f(x) cos 2π(νxx)dx
整理すると
指数関数と三角関数の関係から
実数の計算になる
![Page 73: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/73.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換と正負の周波数
ν
k
[周波数空間]
1周期
N等分
[離散フーリエ変換]
周波数0
U(0)
正の周波数U(1), U(2), ..., U(N / 2 – 1)
負の周波数U(N – 1), U(N – 2), ..., U(N / 2)
[数列のフーリエ変換]
1次元
![Page 74: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/74.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
離散フーリエ変換と正負の周波数
2次元
k
l
0 N / 2 N – 1
N / 2
0
N – 1
正の周波数 負の周波数
正の周波数
負の周波数
A B
C D
入れ替える
(a)
k
l
0N / 2 N / 2 – 1
N / 2
0
N – 1
正の周波数負の周波数
正の周波数
負の周波数
D C
B A
(b)
N – 1
N / 2 – 1
![Page 75: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/75.jpg)
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
![Page 76: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/76.jpg)
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
実例
![Page 77: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/77.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
基底画像の例
コサイン変換 サイン変換
Hadamard変換(-1と1) Haar変換
(講義では, A. K. Jain, Fundamentals of Digital
Image Processing (1988)に出ている基底画像の例を使って説明しました。)
![Page 78: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/78.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
画像情報圧縮の例データ量:80KB データ量:16KB
![Page 79: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/79.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
画像情報圧縮の例データ量:80KB データ量:16KB
![Page 80: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/80.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
画像情報圧縮の例データ量:80KB データ量:16KB
(8×8ピクセルのセルが見える)
![Page 81: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/81.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
リンギング(モスキートノイズ)
![Page 82: 2016年度秋学期 画像情報処理 第9回 離散フーリエ変換と離散コサイン変換 (2016. 12. 1)](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022042600/58819f751a28ab1a398b4e59/html5/thumbnails/82.jpg)
2016年度秋学期 画像情報処理
A. A
sano
, Kan
sai U
niv.
リンギング(モスキートノイズ)