EVM/code/eulerian.py

"""
Abhängigkeiten:
- numpy
- scipy.signal (butter, lfilter)
- constants (für die Verwendung von 'alpha')

Autor: Roberto Gelsinger
Datum: 07.12.2023
Version: Modulversion
"""

import numpy as np
from scipy.signal import butter, lfilter
from constants import alpha

def fft_filter(video, freq_min, freq_max, fps):
    """
    
    Diese Funktion nimmt Videodaten, eine Frequenzbandbreite und die Bildrate (FPS) des Videos entgegen.
    Sie filtert das Video, um nur Frequenzen im angegebenen Band zu verstärken. Das verstärkte Video, die FFT-Daten
    und die Frequenzen werden zurückgegeben.

    Args:
    video (ndarray): Die Videodaten als ndarray.
    freq_min (float): Die untere Grenzfrequenz des zu verstärkenden Frequenzbands.
    freq_max (float): Die obere Grenzfrequenz des zu verstärkenden Frequenzbands.
    fps (int): Die Bildrate (Frames pro Sekunde) des Videos.

    Returns:
    tuple: Ein Tupel, bestehend aus:
      - amplified_video (ndarray): Das verstärkte Videodaten als ndarray.
      - fft (ndarray): Die FFT-Daten des verstärkten Videos.
      - frequencies (ndarray): Die zugehörigen Frequenzen der FFT.
    """
    nyquist = 0.5 * fps
    low = freq_min / nyquist
    high = freq_max / nyquist
    
    # Min-Max-Frequenzen filtern
    b, a = butter(4, [low, high], btype='band')

    filtered_video = np.zeros_like(video)
    for i in range(video.shape[2]):
        filtered_video[:, :, i] = lfilter(b, a, video[:, :, i])

    # Verstärkung
    amplified_video = np.abs(filtered_video) * alpha

    fft = np.fft.fft(amplified_video, axis=0)
    frequencies = np.fft.fftfreq(amplified_video.shape[0], d=1.0 / fps)

    return amplified_video, fft, frequencies