Τοµογραφία Μετασχηµατισµός Radon

Σχετικά έγγραφα
Ανακατασκευή εικόνας από προβολές

Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα «Γεωχωρικές Τεχνολογίες» Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας. Εισηγητής Αναστάσιος Κεσίδης

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 9: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Τοµογραφική Ανακατασκευή εικόνας. Κ. ελήµπασης

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 2 η : Δισδιάστατα Σήματα & Συστήματα Μέρος 2

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Παρουσίαση Νο. 3. Δισδιάστατα σήματα και συστήματα #2

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Επεξεργασία Πολυµέσων. Δρ. Μαρία Κοζύρη Π.Μ.Σ. «Εφαρµοσµένη Πληροφορική» Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών Πανεπιστήµιο Θεσσαλίας

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

ΜΕΘΟ ΟΙ ΑΝΑΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΕΙΚΟΝΑΣ. Κωνσταντίνα Νικήτα, Ph.D., M.D. Αναπλ. Καθηγήτρια Εργαστήριο Βιοϊατρικών Προσοµοιώσεων και Απεικονιστικής Τεχνολογίας

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΥΣΗ FOURIER ΔΙΑΚΡΙΤΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ. DTFT και Περιοδική/Κυκλική Συνέλιξη

HY Ιατρική Απεικόνιση. ιδάσκων: Kώστας Μαριάς

Κλασικη ιαφορικη Γεωµετρια

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Ακαδημαϊκό Έτος Παρουσίαση Νο. 2. Δισδιάστατα Σήματα και Συστήματα #1

ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΗΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΜΕ ΤΟ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ FOURIER

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας Ενότητα 2 η : Δισδιάστατα Σήματα & Συστήματα Μέρος 1

20-Φεβ-2009 ΗΜΥ Διακριτός Μετασχηματισμός Fourier

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 8: Ιδιότητες του Μετασχηματισμού Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Ψηφιακή Επεξεργασία και Ανάλυση Εικόνας. Ακαδημαϊκό Έτος Παρουσίαση Νο. 2. Δισδιάστατα Σήματα και Συστήματα #1

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 1: Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Εξεταστική Ιανουαρίου 2007 Μάθηµα: «Σήµατα και Συστήµατα»

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 2: Στοιχειώδη Σήματα Συνεχούς Χρόνου. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Μετασχηµατισµός FOURIER ιακριτού Χρόνου - DTFT. Οκτώβριος 2005 ΨΕΣ 1

Μετασχηµατισµός Ζ (z-tranform)

. Σήματα και Συστήματα

4. ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΟΥ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ FOURIER

Εφαρμοσμένα Μαθηματικά ΙΙ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΟΠΤΙΚΗΣ - ΟΠΤΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ & LASER ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ & Τ/Υ ΑΣΚΗΣΗ ΝΟ7 ΟΠΤΙΚΗ FOURIER. Γ. Μήτσου

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

(Computed Tomography, CT)

ΣΕΙΡΕΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ FOURIER. e ω. Το βασικό πρόβλημα στις σειρές Fourier είναι ο υπολογισμός των συντελεστών c

x(t)e jωt dt = e 2(t 1) u(t 1)e jωt dt = e 2 t 1 e jωt dt =

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

ΕΝΟΤΗΤΑ 12: ΑΠΟΚΡΙΣΗ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑΣ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ BODE

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 10: Γραμμικά Φίλτρα. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

Όταν θα έχουµε τελειώσει το Κεφάλαιο αυτό θα µπορούµε να:

Ανάλυση Κυκλωμάτων. Φώτης Πλέσσας Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Μηχανικών Υπολογιστών

Λύσεις στο επαναληπτικό διαγώνισμα 3

Σημαντικές χρονολογίες στην εξέλιξη της Υπολογιστικής Τομογραφίας

Σήματα και Συστήματα

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 7: Μετασχηματισμός Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Μετασχηµατισµός FOURIER ιακριτού χρόνου DTFT

Α. Αιτιολογήστε αν είναι γραμμικά ή όχι και χρονικά αμετάβλητα ή όχι.

Σχεδίαση με Ηλεκτρονικούς Υπολογιστές

1 3 (a2 ρ 2 ) 3/2 ] b V = [(a 2 b 2 ) 3/2 a 3 ] 3 (1) V total = 2V V total = 4π 3 (2)

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών. Σήματα. και. Συστήματα

ΛΥΣΕΙΣ ΑΣΚΗΣΕΩΝ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗΣ ΠΕΡΙΟ ΟΥ ΙΟΥΝΙΟΥ 2004., η οποία όµως µπορεί να γραφεί µε την παρακάτω µορφή: 1 e

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο. Μετασχηματισμός FOURIER Διακριτού Χρόνου DTFT. (Discrete Time Fourier Transform) ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ Σ. ΦΩΤΟΠΟΥΛΟΣ ΔΠΜΣ 1/ 45

ΦΥΣ Διαλ Κινηµατική και Δυναµική Κυκλικής κίνησης

5.1 Συναρτήσεις δύο ή περισσοτέρων µεταβλητών

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑ Ανώτατο Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά Τεχνολογικού Τομέα ΣΗΜΑΤΑ & ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Ενότητα : ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ Ζ (ΖTransform)

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ ΙΙ ιδάσκων : Ε. Στεφανόπουλος 12 ιουνιου 2017

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο. Μετασχηματισμός FOURIER Διακριτού Χρόνου DTFT

Ειδικά Θέµατα Υπολογιστικής Όρασης & Γραφικής. Εµµανουήλ Ζ. Ψαράκης & Αθανάσιος Τσακαλίδης Πολυτεχνική Σχολή Τµήµα Μηχανικών Η/Υ & Πληροφορικής

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΔΙΑΚΡΙΤΟΥ ΧΡΟΝΟΥ

ΑΝΑΠΤΥΓΜA - ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ FOURIER ΑΝΑΛΟΓΙΚΩΝ ΣΗΜΑΤΩΝ. Περιγράψουµε τον τρόπο ανάπτυξης σε σειρά Fourier ενός περιοδικού αναλογικού σήµατος.

Μάθημα 10 ο. Περιγραφή Σχήματος ΤΜΗΥΠ / ΕΕΣΤ 1

Παραδείγµατα σχέσεων διασποράς Παραπάνω, φαίνεται η απόκριση ενός διηλεκτρικού µέσου σε

Δυναμική Μηχανών I. Απόκριση Γραμμικών Συστημάτων στο. Πεδίο της Συχνότητας

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΛΟΠΟΝΝΗΣΟΥ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ ΚΑΙ ΓΡΑΦΙΚΩΝ

Προηγµένες Υπηρεσίες Τηλεκπαίδευσης στο Τ.Ε.Ι. Σερρών

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ο. Μετασχηματισμός FOURIER Διακριτού Χρόνου DTFT. (Discrete Time Fourier Transform) ΨΗΦΙΑΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΗΜΑΤΟΣ Σ. ΦΩΤΟΠΟΥΛΟΣ ΔΠΜΣ 1 / 55

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΠΟΛΥΜΕΣΩΝ & ΓΡΑΦΙΚΩΝ. Τρισδιάστατοι γεωμετρικοί μετασχηματισμοί

Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα «Γεωχωρικές Τεχνολογίες» Ψηφιακή Επεξεργασία Εικόνας. Εισηγητής Αναστάσιος Κεσίδης

Κανόνας της αλυσίδας. J ανοικτά διαστήματα) ώστε ( ), ( ) ( ) ( ) fog ' x = f ' g x g ' x, x I (2)

Εφαρμογή στις ψηφιακές επικοινωνίες

Ο μετασχηματισμός Fourier

Γεωμετρικοί μετασχηματιμοί εικόνας

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

x[n] = e u[n 1] 4 x[n] = u[n 1] 4 X(z) = z 1 H(z) = (1 0.5z 1 )(1 + 4z 2 ) z 2 (βʹ) H(z) = H min (z)h lin (z) 4 z 1 1 z 1 (z 1 4 )(z 1) (1)

Ενότητα 4: Φιλτράρισµα στο Πεδίο Συχνοτήτων (ΙΙ)

website:

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 13: Μελέτη ΓΧΑ Συστημάτων με τον Μετασχηματισμό Laplace. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

1. Κινηµατική. x dt (1.1) η ταχύτητα είναι. και η επιτάχυνση ax = lim = =. (1.2) Ο δεύτερος νόµος του Νεύτωνα παίρνει τη µορφή: (1.

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 14 ΚΑΤΩ ΙΑΒΑΤΑ ΦΙΛΤΡΑ BESSEL-THOMSON

Θεώρημα δειγματοληψίας

Σήματα και Συστήματα. Διάλεξη 6: Ανάλυση Σημάτων σε Ανάπτυγμα Σειράς Fourier. Δρ. Μιχάλης Παρασκευάς Επίκουρος Καθηγητής

Παράδειγμα 14.2 Να βρεθεί ο μετασχηματισμός Laplace των συναρτήσεων

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Συνεπώς, η συνάρτηση µεταφοράς δεν µπορεί να οριστεί για z=0 ενώ µηδενίζεται όταν z=1. Εύκολα προκύπτει το διάγραµµα πόλων-µηδενικών ως εξής:

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Σερρών Τμήμα Πληροφορικής & Επικοινωνιών Σήματα και Συστήματα

s(t) = + 1 γ 2 (2 µονάδες)

m e j ω t } ja m sinωt A m cosωt

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

ΘΕΩΡΙΑ Β ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ. Μια παράσταση που περιέχει πράξεις με μεταβλητές (γράμματα) και αριθμούς καλείται αλγεβρική, όπως για παράδειγμα η : 2x+3y-8

Ψηφιακή Επεξεργασία Σημάτων

HMY 220: Σήματα και Συστήματα Ι

Τηλεπικοινωνίες. Ενότητα 2.2: Ανάλυση Fourier (Συνέχεια) Μιχάλας Άγγελος Τμήμα Μηχανικών Πληροφορικής ΤΕ

Εισαγωγή στις Τηλεπικοινωνίες. Δομή της παρουσίασης

Transcript:

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ Τοµογραφία Μετασχηµατισµός Radon Βιοϊατρική Τεχνολογία ιδάσκων: Σεργιάδης Γεώργιος

Τοµογραφία Ενδιαφερόµαστε για την κατάσταση στο εσωτερικό των οργανισµών. Χωρίς να έχουµε πρόσβαση (π.χ. µε εγχείρηση) Τοµογραφία = 3-D χαρτογράφηση του εσωτερικού. ιεγείροντας από εξωτερικά και συνδυάζοντας κατάλληλα τις διάφορες αποκρίσεις. Ανάλογα µε το είδος της διέγερσης: Αξονική µε ακτίνες Χ. Μαγνητική Με υπερήχους κτλ. Η τοµογραφία βασίζεται στην αξιοποίηση της αθροιστικής απόκρισης του συστήµατος σε διάφορες διευθύνσεις. Μαθηµατικώς: Ανακατασκευή της µίας εικόνας από τις προβολές της. Μαθηµατικά Εργαλεία: Radon και 2D Fourier.

Ποιοτική αρχή λειτουργίας Προς αναγνώριση - Άγνωστη Άλλες Υποψήφιες??

Μία Προβολή (για τις 0 ο ) Ακτίνα

Μετασχηµατισµός Radon Συνάρτηση-σήµα δύο µεταβλητών: f(x,y) Ο Radon ολοκληρώνει πάνω σε ευθείες: L ( t,θ ): t = x cosθ + y sinθ R ( t, θ ) = f ( x, y) δ ( t xcosθ ysinθ ) dxdy Antipodal symmetry: R( t, θ ) = R( t, θ + π ) Οι προβολές µετά από τις 180 ο επαναλαµβάνονται.

Μετασχηµατισµός Radon

Μετασχηµατισµός Radon Αντιστοιχίζει σηµεία σε ηµιτονοειδή Radon=Sinogram Στην θεωρία Pattern recognition και επεξεργασίας εικόνας συναντάται µε το όνοµα Hough Transform. R(t,θ) t θ (degrees)

Μετασχηµατισµός Radon Αντιστοιχίζει ευθείες σε σηµεία. R(t,θ) t θ (degrees)

Μετασχηµατισµός Radon Radon για την Phantom. R(t,θ) -150-100 -50 t 0 50 100 150 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees)

Μετασχηµατισµός Radon Radon για την Cameraman. R(t,θ) -150-100 -50 t 0 50 100 150 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees)

Μετασχηµατισµός Radon Παλαιό θέµα (Φεβρουάριος 2004): Ηπροβολήενόςσώµατος σε δυο άξονες που σχηµατίζουν γωνία 45 ο µεταξύ τους, είναι ίδια. Περιγράψτε δυο πιθανά σώµατα που δίνουν τέτοιες προβολές. To τετράγωνο είχε περιοδικό (κατά θ) Radon µε περίοδο 90 ο.

Μετασχηµατισµός Radon Παλαιό θέµα (Φεβρουάριος 2004): Ηπροβολήενόςσώµατος σε δυο άξονες που σχηµατίζουν γωνία 45 ο µεταξύ τους, είναι ίδια. Περιγράψτε δυο πιθανά σώµατα που δίνουν τέτοιες προβολές. Για ποιο σώµα οι προβολές του θα επαναλαµβάνονται περιοδικά µε περίοδο 45 ο? Οκτάγωνο? 45

Μετασχηµατισµός Radon Παλαιό θέµα (Φεβρουάριος 2004): Ηπροβολήενόςσώµατος σε δυο άξονες που σχηµατίζουν γωνία 45 ο µεταξύ τους, είναι ίδια. Περιγράψτε δυο πιθανά σώµατα που δίνουν τέτοιες προβολές. Για ποιο σώµα οι προβολές του θα επαναλαµβάνονται περιοδικά µε περίοδο 45 ο? Οκτάγωνο? R(t,θ) -150-100 -50 t 0 50 100 150 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees)

Μετασχηµατισµός Radon Παλαιό θέµα (Φεβρουάριος 2004): Ηπροβολήενόςσώµατος σε δυο άξονες που σχηµατίζουν γωνία 45 ο µεταξύ τους, είναι ίδια. Περιγράψτε δυο πιθανά σώµατα που δίνουν τέτοιες προβολές. Και φυσικά όλα τα κανονικά πολύγωνα µε αριθµό πλευρών ακέραιο πολλαπλάσιο του 8. Π.χ. 16γωνο R(t,θ) -150-100 -50 t 0 50 100 150 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees)

Μετασχηµατισµός Radon Παλαιό θέµα (Φεβρουάριος 2004): Ηπροβολήενόςσώµατος σε δυο άξονες που σχηµατίζουν γωνία 45 ο µεταξύ τους, είναι ίδια. Περιγράψτε δυο πιθανά σώµατα που δίνουν τέτοιες προβολές. Μέχρι και τον κύκλο... R(t,θ) 50 100 150 t 200 250 300 350 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees)

Προς τα πίσω προβολή Ηαπλούστερη µέθοδος ανακατασκευής της εικόνας από τις προβολές της. ίνει µία θολή (blurred) έκδοση της αρχικής. Αν και δεν χρησιµοποιείται, αποτελεί την βάση για σύγχρονες µεθόδους ανακατασκευής. Κάθε προβολή προβάλλεται προς τα πίσω. Ισότιµα: Αποδίδεται η ίδια τιµή σε όλα τα σηµεία που µπορεί να συνεισφέρουν στην προβολή.

Προς τα πίσω προβολή Ποιοτικά

Προς τα πίσω προβολή Ποιοτικά

Προς τα πίσω προβολή Radon Back-projection Μαθηµατικά: * 1 f ( x, y) = R( xcosθ + ysinθ, θ ) dθ 4π Αποδίδει τιµές εκεί που στην πραγµατικότητα δεν υπάρχει τίποτα. Star Artifact Πραγµατική Ανακατασκευασµένη µε απλό back-projection

Προς τα πίσω προβολή Star artifact

Προς τα πίσω προβολή Star artifact

Προς τα πίσω προβολή Star artifact

Προς τα πίσω προβολή Star artifact

1-D Fourier Transform Συνάρτηση-σήµα µίας µεταβλητής: f(t) Γράφεται σαν υπέρθεση (complex) ηµιτονοειδών : 1 j = ω ω t f ( t) F( ) e dω 2π Όπου: jωt F( ω ) = f ( t) e dt (Χρονική) συχνότητα = ρυθµός µεταβολής Rreal (e jω t ) ω=3 * 2 π 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0-0.2-0.4-0.6-0.8 j t e ω Θεώρηµα δειγµατοληψίας: Τ min 1 = 2 f max -1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 t

1-D Fourier Transform 1 60 0.8 0.6 50 f(t)=cos(ω t)) 0.4 0.2 0-0.2-0.4 F(ω) 40 30 20-0.6 10-0.8-1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 t 0-50 -40-30 -20-10 0 10 20 30 40 50 ω

2-D Fourier Transform Συνάρτηση-σήµα δύο µεταβλητών: f(x,y) Γράφεται σαν υπέρθεση (complex) δισδιάστατων ηµιτονοειδών: ( y) y x x j e ω ω + όπου d d e e F y x f y x y jy x jx y x ω ω ω ω π ω ω = ), ( 4 1 ), ( 2 dxdy e e y x f F y x f y jy x jx y x ω ω ω ω = ), ( ), ( ), (

2-D Fourier Transform Χωρική συχνότητα: Ρυθµός µεταβολής στο χώρο.

2-D Fourier Transform Είναι διαχωρίσιµος: Πρώτα 1-D FT κατά στήλες και µετά 1-D FFT κατά γραµµές F F ( jxωx 1 ω x, y) = f ( x, y) e dx jyωy ( ω x, ωy) F1 ( ωx, y) e = dy Θεώρηµα δειγµατοληψίας: x min = 2 1 f x max y = min 2 1 f y max

2-D Fourier Transform Μία εικόνα που µεταβάλλεται συνηµιτονοειδώς κατά x 2D Fourier: ύο ώσεις (συµµετρία γύρω από το (ω x,ω y )=(0,0)) 30 IM1( x, y) cos = x 256

2-D Fourier Transform Ηίδια εικόνα µε µία µετατόπιση απλά. Πλάτος 2D Fourier ίδιο. Μεταβάλλεται η µόνο η φάση του. 30 30 IM 2 ( x, y) = cos x + sin x 256 256

2-D Fourier Transform Ηίδια εικόνα περιεστραµένη κατά 120 ο 2D Fourier: Περιστρέφεται κατά τον ίδιο τρόπο. o IM 120( x, y) = Rotate( IM,120 ) 1 1

2-D Fourier Transform Ηίδια εικόνα (η µετατοπισµένη) περιεστραµένη κατά 240 ο 2D Fourier: Περιστρέφεται κατά τον ίδιο τρόπο. o IM 240( x, y) = Rotate( IM,240 ) 2 2

2-D Fourier Transform Το άθροισµα των τριών προηγούµενων Εικόνα µε τέλεια εξαγωνική δοµή. ΓΡΑΜΜΙΚΟΤΗΤΑ του 2D Fourier. IM = IM + IM 120 + IM 240 1 1 2 Εικόνα επιφάνειας HOPG (Higly oriented Pyrolytic graphite).

2-D Fourier Transform Scaling και προς όλες τις κατευθύνσεις 2D Fourier: Αντίστροφο scaling x y IM _ S2 = IM, 2 2

2-D Fourier Transform Scaling µόνο κατά x 2D Fourier: Αντίστροφο scaling µόνο κατά y. ( ) IM _ Sx = IM 2, x y

2-D Fourier Transform Συνέλιξη στο χωρικό πεδίο Πολλαπλασιασµός στο πεδίο χωρικών συχνοτήτων Lenna Ζωνοπερατό φίλτρο Lenna φιλτρασµένη Fourier 2D Lenna Fourier 2D Φίλτρου Lenna φιλτρασµένη 2D Fourier

Πολικός (Polar) Fourier Transform O 2-D Fourier Transform είναι υπολογισµένος σε καρτεσιανές συντετατέγµες ωx,ωy. Σε πολικές συντεταγµένες έχουµε τον polar Fourier. ω x = ω cos(θ ) ω y = ω sin(θ ) PF ( ω, θ ) = F( ω cosθ, ω sinθ )

Θεώρηµα κεντρικής φέτας (Projection Slice Theorem) ΑΠΟΤΕΛΕΙ ΤΗ ΒΑΣΗ ΓΙΑ ΤΙΣ ΣΥΓΧΡΟΝΕΣ ΜΕΘΟ ΟΥΣ ΑΝΑΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ. Μία προβολή στον Radon R1(t)=R(t,θ) (συγκεκριµένη θ) και ο PF για την ίδια θ PF1(ω)=PF(ω,θ), αποτελούν ζεύγος 1-D FT. 1 D FT PF1 ( ω) R1 ( t) { R( t, )} PF( ω, θ ) = FT θ t { PF( ω, )} R( t, θ ) = IFT θ t

Θεώρηµα κεντρικής φέτας (Projection Slice Theorem) R(t,θ) -60-40 -20 t 0 20 40 60 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees)

Θεώρηµα κεντρικής φέτας (Projection Slice Theorem)

Θεώρηµα κεντρικής φέτας (Projection Slice Theorem) 1-D FT pair R(t,θ) -60-40 Θεώρηµα κεντρικής φέτας t -20 0 20 40 60 Καρτεσιανές σε πολικές 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees) Radon 2-D FT

t Θεώρηµα κεντρικής φέτας (Projection Slice Theorem) 1-D FT σε κάθε στήλη Image Radon -150-100 -50 0 50 100 150 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees)

Θεώρηµα κεντρικής φέτας (Projection Slice Theorem) 2-D Fourier Polar to Cartesian Polar Fourier 50 100 150 200 250 300 350 20 40 60 80 100 120 140 160 180

t Θεώρηµα κεντρικής φέτας (Projection Slice Theorem) Παρόµοια: Σώµα που οι προβολές του επαναλαµβάνονται περιοδικά κάθε 60 ο? ΕΞΑΓΩΝΟ, 12ΓΩΝΟ κτλ. Αλλά και: -150-100 -50 0 50 100 150 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees)

Μέθοδοι ανακατασκευής Αναλυτικές Μέθοδοι Fourier Προς τα πίσω προβολή µε φιλτράρισµα κανονικοποίηση Επαναληπτικές µέθοδοι

Ανακατασκευή Fourier Μέθοδος 1-D FT R(t,θ) -60-40 -20 1-D FT κατά t t 0 20 40 60 Πολικές σε καρτεσιάνες 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees) Radon 2-D IFT

Ανακατασκευή Fourier Μέθοδος Tα δεδοµένα µας είναι διακριτά σε πολικό πλέγµα. Για να πάρουµε σε καρτεσιανό πλέγµα τις τιµές του Fourier χρειάζονται διαδικασίες παρεµβολής (interpolation) Interpolation

Ανακατασκευή BackProjection µε φιλτράρισµα Αποδεικνύεται εύκολα ότι: H f*(x,y) (ανακατασκευασµένη µε απλό Back-Projection) και η πραγµατική f(x,y) ιαφέρουν στον Polar Fourier κατά έναν πολλαπλασιαστικό παράγοντα ω. * f ( x, y) * PF ( ω, θ ) f ( x, y) PF( ω, θ ) PF( ω, θ ) = ω PF * ( ω, θ )

t t Ανακατασκευή BackProjection µε φιλτράρισµα Πραγµατική Ανακατασκευασµένη µε απλό back-projection R(t,θ) R*(t,θ) 20 20 40 40 60 80 R( t, θ ) = IFT ( ω ) R * ( t, θ ) 60 80 100 100 120 120 140 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees) R(ω,θ) R*(ω,θ) 20 20 40 40 ω 60 80 PF( ω, θ ) = ω PF * ( ω, θ ) ω 60 80 100 100 120 120 140 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees)

Ανακατασκευή BackProjection µε φιλτράρισµα Απλά εξαλείφουµε αυτήν την διαφορά στον παράγοντα ω. Ορίζουµε τον κανονικοποιηµένο Polar Fourier: PF( ω, θ ) = ω PF( ω, θ ) Και τον κανονικοποιηµένο Radon (φιλτραρισµένες προβολές) R( t, θ ) = IFT { PF( ω, θ )} t R( t, θ ) = R( t, θ ) IFTt { ω } Κάνουµε Back-Projection τον R( t, θ )

t t Ανακατασκευή BackProjection µε φιλτράρισµα Πραγµατική Ανακατασκευασµένη µε φιλτράρισµα & back-projection R(t,θ) Normalized R(t,θ) 20 40 60 80 100 120 Φιλτράρισµαπροβολών { ω } R( t, ) R( t, θ ) IFTt > θ 20 40 60 80 100 120 140 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees) R(ω,θ) Normalized PF(ω,θ) 20 40 Κανονικοποίηση 20 40 ω 60 80 100 ω PF ( ω, θ ) > PF( ω, θ ) ω 60 80 100 120 120 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees) 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 θ (degrees)

Ανακατασκευή BackProjection µε φιλτράρισµα Στην ουσία κάνουµε ένα equalization (sharpening) για να ισορροπήσουµε την αλλοίωση που εισάγει το απλό backprojection (smoothing)

Ανακατασκευή BackProjection µε φιλτράρισµα Ποιοτικά: Γιατί εξαλείφεται το starartifact? Μετά το φιλτράρισµα οι προβολές παίρνουν και αρνητικές τιµές. Πριν. R(t,0) Μετά. Filtered R(t,0) 200 200 150 100 100 0 50 0-100 -50-200 -100-300 -150-200 0 50 100 150-400 0 50 100 150

Ανακατασκευή BackProjection µε φιλτράρισµα Στο back-projection (για ένα σηµείο που δεν έχει τίποτα): Κάποιες προβολές συνεισφέρουν θετικά & κάποιες αρνητικά Μηδενικό άθροισµα. Πριν. R(t,0) Μετά. Filtered R(t,0) 200 200 150 100 100 0 50 0-100 -50-200 -100-300 -150-200 0 50 100 150-400 0 50 100 150

Επαναληπτικές µέθοδοι Βασίζονται στην επαναληπτική διόρθωση των τιµών της ανακατασκευασµένης εικόνας µέχρι: Προβολές της ανακατασκευασµένης ~Πραγµατικές προβολές. 1. Ξεκινούµε µε απλή Back-Projection. 2. Υπολογίζουµε τις προβολές της ανακατασκευασµένης. 3. Συγκρίνουµε µε τις προβολές της πραγµατικής εικόνας. 4. ιορθώνουµε: Π.χ. αν η υπολ. προβολή έχει τιµή µικρότερη από την πραγµ. προβολή αυξάνουµε τις τιµές της εικόνας που συνεισφέρουν στην προβολή. 5. Επιστρέφουµε στο βήµα 2 µέχρι να συγκλίνουµε.

Επαναληπτικές µέθοδοι - Παράδειγµα 0 2 3 0 1 1 2 1 0 3 0 1 1 0 1 0 5 5 4 2 2 6 6 2 1. Προβάλω σε 4 διευθύνσεις

Επαναληπτικές µέθοδοι - Παράδειγµα 0.5 1.48 1.52 0.81 1.22 1.08 1.48 1.02 0.7 1.41 0.77 1.04 0.87 0.58 1.17 0.31 5 5 4 2 2 6 6 2 2. Προβάλω προς τα πίσω

Επαναληπτικές µέθοδοι - Παράδειγµα 0.5 1.48 1.52 0.81 1.22 1.08 1.48 1.02 0.7 1.41 0.77 1.04 0.87 0.58 1.17 0.31 3. Ξαναπροβάλω στις 4 διευθύνσεις

Επαναληπτικές µέθοδοι - Παράδειγµα 0.5 1.48 1.52 0.81 1.22 1.08 1.48 1.02 0.7 1.41 0.77 1.04 0.87 0.58 1.17 0.31 3. Ξαναπροβάλω στις 4 διευθύνσεις

Επαναληπτικές µέθοδοι - Παράδειγµα 4. Αφαιρώ από τις προβολές της πραγµατικής εικόνας

Επαναληπτικές µέθοδοι - Παράδειγµα 4. Αφαιρώ από τις προβολές της πραγµατικής εικόνας

Επαναληπτικές µέθοδοι - Παράδειγµα -0.2 0.25 0.34-0.1 0.06 0.05 0.25 0-0.2 0.28-0.1 0 0-0.2 0.08-0.3 5. Προβάλω τις διαφορές προς τα πίσω

Επαναληπτικές µέθοδοι - Παράδειγµα -0.2 0.25 0.34-0.1 0.06 0.05 0.25 0-0.2 0.28-0.1 0 0-0.2 0.08-0.3 6. Προσθέτω στην προηγούµενη ανακατασκευασµένη

Επαναληπτικές µέθοδοι - Παράδειγµα 0.23 1.73 1.86 0.66 1.29 1.13 1.73 1.02 0.52 1.69 0.62 1.02 0.85 0.33 1.24 0 6. Προσθέτω στην προηγούµενη ανακατασκευασµένη

Επαναληπτικές µέθοδοι - Παράδειγµα Αρχική Με απλό backprojection Μετά από 10 επαναλήψεις 0.5 0.5 0.5 1 1 1 1.5 1.5 1.5 2 2 2 2.5 2.5 2.5 3 3 3 3.5 3.5 3.5 4 4 4 4.5 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 4.5 4.5 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0.5 0.5 1 1 1.5 1.5 2 2 2.5 2.5 3 3 3.5 3.5 4 4 4.5 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 4.5 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 Απόλυτη διαφορά από την αρχική Απόλυτη διαφορά από την αρχική

Επαναληπτικές µέθοδοι - Παράδειγµα 0.18 Μέσο τετραγωνικό σφάλµα 0.16 0.14 0.12 0.1 0.08 0.06 0.04 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Αριθµός επαναλήψεων