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遥感图像快速傅立叶变换新算法的研究与实现

作　者: 王刚
导　师: 赵忠明
学　校: 中国科学院研究生院（遥感应用研究所）
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 傅立叶变换 FFT FFTW 分块存储文件缓存并行处理
分类号: TP75
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
下　载: 426次
引　用: 1次
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内容摘要

图像的快速傅立叶变换是众多数字图像处理算法的关键步骤，也是各种频率域分析算法的第一步。现有的图像FFT算法存在处理速度缓慢的缺点，这严重制约了其各种应用的整体运算效率。本文在分析传统算法的速度瓶颈基础上，从两方面着手采取了一系列优化措施，一是提升FFT运算本身的速度，另一方面是在做行列转置过程中，优化读写磁盘操作的效率。这些优化措施主要包括： 1) 将国际上先进的FFTW算法引入到图像的二维FFT计算中。 2) 提出了以分块的方式存储二维FFT运算的中间结果，大幅提升行列转置时文件读写的效率。 3) 研究了文件缓存对存取文件数据速度的影响，对此进行了优化。 4) 采用并行处理方式，在进行FFT运算的同时进行中间数据的读写操作，解决了CPU长时间空闲的问题。这些改进大幅提升了图像的FFT运算速度，实验表明，本算法的处理速度是ERDAS遥感软件的4—5倍。另外，本算法程序还有使用简单，便于扩展的优点，可以很方便地推广到诸如小波变换、离散余弦变换等领域。

全文目录

第一章引言  6-12
  1.1 快速傅立叶变换在遥感图像处理中的应用  6-7
  1.2 大图像FFT处理技术现状  7-8
  1.3 研究思路  8-10
  1.4 全文组织结构  10-12
第二章经典FFT和改进的FFTW算法  12-32
  2.1 引言  12-13
  2.2 经典FFT的算法原理  13-23
    2.2.1 无多维索引映射的FFT  13-16
      ●Bluestein Chirp-z变换算法  13-14
      ●Rader算法  14-15
      Winagrad DFT算法  15-16
    2.2.2 有多维索引映射的FFT  16-22
      ●Cooley-TukeyFFT算法  17-20
      ●Good-ThomasFFT算法  20-21
      ●WinogradFFT算法  21-22
    2.2.3 各种算法比较  22-23
  2.3 FFTW算法的原理及应用  23-32
    2.3.1 FFTW原理  24-27
      2.3.1.1 执行器excutor原理  24-25
      2.3.1.2 计划plan的原理  25-26
      2.3.1.3 代码生成器的原理  26-27
    2.3.2 FFTW性能测评  27-32
第三章分块存储的文件结构  32-56
  3.1 引言  32-33
  3.2 分块存储原理和方法  33-42
    3.2.1 分块存储的基本思想  33-36
    3.2.2 处理大尺寸图像  36-38
    3.2.3 利用FFT的共扼对称性减小存储量  38-42
  3.3 图像尺寸的填充处理  42-47
    3.3.1 图像填充对频谱的影响  43-45
    3.3.2 理想填充尺寸的确定  45-47
  3.4 读写缓存的优化  47-52
  3.5 分块的尺寸  52-54
  3.6 本章小结  54-56
第四章并行处理  56-68
  4.1 引入多线程的意义  56-58
  4.2 多线程处理的实现  58-64
    4.2.1 WINDOWS系统下实现多线程的方式  58-61
      4.2.1.1 显式产生线程方式。  58-59
      4.2.1.2 采用异步读写方式  59-61
    4.2.2 线程间同步  61-64
  4.3 读写线程与FFT线程的速度竞赛  64-65
  4.4 实验结果  65-68
第五章实验结果  68-74
  5.1 算法的程序实现  68-71
  5.2 本算法与流行遥感软件的性能对比  71-74
第六章总结与展望  74-79
  6.1 算法的创新点  74-75
  6.2 算法的不足  75
  6.3 算法的扩展  75-77
  6.4 今后的展望  77-79
参考文献  79-80

遥感图像快速傅立叶变换新算法的研究与实现

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