tb_qft2 — 2D typed op

• Datenarten: qimage → qimage

• Aufruf: fullseye.apply(img, "tb_qft2", a=0.5, b=0.5) (das 2-D-Modell ist ein Bild plus zwei skalare Regler a,b∈[0,1])

tb_qft2: input → output

*Die Abbildung ist die tatsächliche Ausgabe auf einer synthetischen 128×128-Eingabe. Links Eingabe, rechts Ausgabe. Punktwolken als Draufsicht-Streudiagramm (Helligkeit = z), 1-D-Reihen als Linie, Volumen als Maximum-Projektion entlang z, Videos als mittleres Bild, komplexe Bilder als Betrag; Rückgabewerte, die kein Bild ergeben, werden als Werte gezeigt.*

*Regler a ändert die Ausgabe nicht (gemessen: identisch bei 0,1 / 0,5 / 0,9).*

*Regler b ändert die Ausgabe nicht (gemessen: identisch bei 0,1 / 0,5 / 0,9).*

Stufen (die vorangehenden Ops → dieser Op, von links nach rechts):

▸ tb_qft2: Stufen (Doku-Website)

Auf anderen Bildern (synthetische Szene / Foto / Münzen. Obere Reihe: Eingaben, untere Reihe: deren Ausgaben. Regler auf Standard):

▸ tb_qft2: andere Eingaben (Doku-Website)

Verwendung

Quaternionen- (hyperkomplexe) 2-D-Fourier-Transformation. → (H, W, 4), zentriertes Spektrum.

> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.

The colour analogue of complexops.cx_fft: a colour image is transformed as one hypercomplex signal rather than three unrelated real ones. The kernel is exp(-mu * 2*pi*(u*x/W + v*y/H)) for a unit pure quaternion *mu* (default: the grey axis of RGB, Sangwine's choice), and because quaternions do not commute the kernel can be applied on either side:

• side="left" — F[u,v] = sum_{x,y} E(x,y,u,v) * f[x,y]

• side="right" — F[u,v] = sum_{x,y} f[x,y] * E(x,y,u,v)

The argument is required. Left and right are not a sign convention. On the fuzzer's (32, 32) dichromatic render they differ by max|F_L - F_R| = 19.11 against a peak modulus of 1045 (1.8 % of full scale) and on a random colour field by 33.35 against 892.9 (3.7 %; another seed gives 34.05 against 892) — with no exception and no NaN to mark the difference. Mixing them across a round trip is much worse, because there the disagreement is not attenuated by the spectrum's dynamic range: iqft2(qft2(q, "left"), "right") returns an image whose error reaches 1.113 on data whose own range is 0.9994 — a completely different picture that still looks like a picture. (On the grey-axis-dominated dichromatic render the same mistake costs only 0.054 against a range of 1.076, which is the dangerous case: a 5 % error is exactly the size that survives a visual check.)

The spectrum is returned centred (DC at the array centre, via fftshift), matching the convention complexops.cx_fft established for the cimage sort. iqft2 un-centres before inverting, and the round trip is exact: measured max|iqft2(qft2(q, s), s) - q| = 2.22e-15 for both sides on a standard-normal (32, 32, 4) field.

How it is computed, and why that is not a shortcut

Every quaternion splits as q = A + B*nu with A, B in the commutative subfield generated by mu (the *symplectic decomposition*, Ell & Sangwine 2007). The kernel commutes with A and *anti*-commutes past nu, so the whole transform reduces to two ordinary complex FFTs — for the left transform both with the standard kernel, for the right one of them with the conjugate kernel. That reduction is what makes left and right differ, and it is verified against a brute-force O(N^2) quaternion DFT written straight from the definition, on a 4x4 image, for three different mu and both sides: the largest disagreement over all six combinations is 8.2e-15. The fast path is checked against the definition, not against itself. The choice of the internal nu is likewise verified not to matter (two different nu, max difference 1.4e-14 — see _mu_basis).

Honest accounting against the channelwise baseline

Because the decomposition above is *linear* in the channels, the QFT is a fixed recombination of the three per-channel complex FFTs: rebuilding qft2(q, "left") from three numpy.fft.fft2 calls on the R, G and B planes agrees to max|err| = 1.14e-13. So this transform buys no information a channelwise FFT does not already contain, and this module does not claim it does. It also does not buy speed — it moves four real transforms' worth of data where the channelwise route moves three, and pays for the symplectic pack/unpack on top: measured on (256, 256), best of 20, 8.246 ms against 3.409 ms, i.e. 2.42x slower (run to run, 2.3x-2.4x). What it buys is that the four numbers stay one algebraic object, so a rotor can be applied to the spectrum and the colour meaning of mu survives the transform.

Raises ValueError: *qimage* is not a valid (H, W, 4) field; *side* is not 'left' / 'right'; *mu* is not a finite non-zero 3-vector.

Typed bridge of the quat op qft2 into the 2-D evolution registry: the same implementation, called under the op(v, a, b) convention. This op has no tunable parameter; a and b are unused.

Referenzen (Beispieldaten, Literatur)

• Katalog der Beispieldaten (Download-URLs / Lizenzen) — 2-D nutzt skimage.data (BSD/Public Domain) plus synthetische Bilder, 3-D nennt Download-URLs echter Datenquellen (Stanford, PDS, …).

• Herkunft und Literatur der Operatoren — die Quellen der Forschung/Verfahren, auf denen diese Operatorfamilie beruht.

In Studio ausprobieren

Das Programm unten ist nachweislich lauffähig (gleiche Eingabe wie die Abbildung). In der Studio-Hilfe wird dieser Block zu Schaltflächen, die es sofort laden und ausführen.

img_to_rgb 0.50 0.50
tb_rgb_to_quaternion 0.50 0.50
tb_qft2 0.50 0.50

▸ Diese Pipeline laden  ·  Laden & ausführen

Ausführbare Beispiele (verifizierte Samples, die diesen Operator wirklich aufrufen)

Die folgenden Beispiele rufen den zugrunde liegenden Ledger-Op qft2 auf. Dieser Brücken-Op ist dieselbe Implementierung, angepasst an die Konvention fn(v, a, b); das Verhalten gilt unverändert (nur die Aufrufform unterscheidet sich).

• quaternion_monogenic — py -3.11 examples/quaternion_monogenic.py

Typkompatible Folge-Operatoren (nehmen qimage als Eingabe)

identity · tb_quaternion_to_rgb · tb_quat_norm · tb_quat_conjugate_image · tb_quat_normalize_image · tb_monogenic_amplitude · tb_monogenic_phase · tb_monogenic_orientation

Gleiche Kategorie (typed)

tb_points_to_voxel · tb_estimate_point_normals · tb_iss_keypoints · tb_project_points · tb_render_point_depth · tb_statistical_outlier_removal · tb_radius_outlier_removal · tb_voxel_grid_downsample


*Provenance: ops.py — 2D Operator-Registry. Diese Notiz wird von tools/opdocs.py md erzeugt (nicht von Hand bearbeiten).*

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