FFTW 和 OpenCV 的 C++ 接口，Mat 输出中的实部和虚部

Posted 2023-02-21

【中文标题】FFTW 和 OpenCV 的 C++ 接口，Mat 输出中的实部和虚部

【英文标题】：FFTW and OpenCV's C++ interface, real and imaginary part in Mat output

【发布时间】：2012-11-26 11:18:35

【问题描述】：

我正在尝试使用 C++ 接口使用 FFTW 3.3 和 OpenCV 2.1 编写 FFT/IFFT 函数。我看过很多使用旧 OpenCV 格式的示例，我进行了直接转换，但有些东西不起作用。

我的函数的目标是返回一个具有 FFT 实部和虚部的 Mat 对象，就像 dft 默认 OpenCV 函数一样。这是函数的代码。程序在将 im_data 复制到 data_in 的行中因内存问题而阻塞。

有人知道我做错了什么吗？谢谢

Mat fft_sr(Mat& I)


double          *im_data;
double          *realP_data;
double          *imP_data;

fftw_complex    *data_in;
fftw_complex    *fft;      

fftw_plan       plan_f;

int width     = I.cols;
int height    = I.rows;
int step      = I.step;

int             i, j, k;

Mat realP=Mat::zeros(height,width,CV_64F); // Real Part FFT
Mat imP=Mat::zeros(height,width,CV_64F); // Imaginary Part FFT


im_data = ( double* ) I.data;
realP_data = ( double* ) realP.data;
imP_data = ( double* ) imP.data;


data_in = ( fftw_complex* )fftw_malloc( sizeof( fftw_complex ) * width * height );
fft     = ( fftw_complex* )fftw_malloc( sizeof( fftw_complex ) * width * height );

// Problem Here
for( i = 0, k = 0 ; i < height ; i++ ) 
    for( j = 0 ; j < width ; j++ ) 
        data_in[k][0] = ( double )im_data[i * step + j];
        data_in[k][1] = ( double )0.0;
        k++;
    



plan_f = fftw_plan_dft_2d( height, width, data_in, fft,  FFTW_FORWARD,  FFTW_ESTIMATE );


fftw_execute( plan_f );

// Copy real and imaginary data
for( i = 0, k = 0 ; i < height ; i++ ) 
    for( j = 0 ; j < width ; j++ ) 
        realP_data[i * step + j] = ( double )fft[k][0];
        imP_data[i * step + j] = ( double )fft[k][1];
        k++;

    




Mat fft_I(I.size(),CV_64FC2);
Mat fftplanes[] = Mat_<double>(realP), Mat_<double>(imP);
merge(fftplanes, 2, fft_I);

fftw_destroy_plan(plan_f);
fftw_free(data_in);
fftw_free(fft);
return fft_I;   

【问题讨论】：

step 设置为什么？ “这里的问题”到底是什么意思？当您将行 std:cout << i << "/" << j << std::endl; 添加到产生问题的嵌套循环结构的内部循环主体时会发生什么？

步长固定为 4096（8 字节（CV_64F，64 位浮点数）* 512（行大小）），它们是 512x512 图像。添加这一行，它会在 i=64，j=506

处引发“访问冲突读取位置 0x04331000”

【参考方案1】：

您使用 step 错误。它旨在索引到Mat::data。由于您在将Mat::data 分配给im_data 时已经将Mat::data 转换为double*，因此您可以“通常”索引到im_data：

data_in[k][0] = im_data[i * width + j];

当使用step时，正确的索引方式是：

data_in[k][0] = ( double )I.data[i * step + j];

---

更新：

尝试按行访问您的图像。这样您就可以避免遇到步幅/步幅问题，同时仍然可以利用快速访问：

for (int i = 0; i < I.rows; i++)

    double* row = I.ptr<double>(i);

    for (int j = 0; j < I.cols; j++)
    
        // Do something with the current pixel.
        double someValue = row[j];
    

【讨论】：

很遗憾，经过多次测试，还是不行。昨天，我更改了您建议的行（以两种方式），但没有出现内存错误，我认为结果还可以。在不同的场景下测试后，它不能正常工作（在fft/ifft函数的同一行或类似的内存访问行中得到相同的错误）。当没有内存错误时，该函数不会正确返回图像的 FFT。

@aristos 我猜你仍然在其他地方做一些错误的索引。您是否有理由直接访问Mat::data？为什么不先使用Mat::at() 以实现更安全的内存访问并在以后提高性能？无论如何，在我提供更多帮助之前，您必须更新问题中的代码并准确描述发生错误的位置。

Mat::at() 比直接访问Mat::data 慢，不是吗？嗯，我试过了，但时间成本太高了，这就是我寻找替代品的原因

@aristos 我用一个新建议更新了我的答案。如果这没有帮助，请将您的问题重新处理为一个最小但完整的示例。

【参考方案2】：

我知道这很旧，但是当您使用 fftw 时，您需要初始化 fftw_complex *data_in 只有在为 fft 创建计划之后，如果我没记错的话，当您创建计划时，它会设置所有 *data_in 值为 0。 所以在计划之前分配，之后初始化！

【参考方案3】：

声明

im_data = ( double* ) I.data;

将im_data 定义为double 指向图像数据的指针。 我认为I 是双值图像应该是强制性的。