(精心整理)像的傅里叶变换

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图像傅里叶变换详解

图像傅里叶变换冈萨雷斯版<图像处理>里面的解释非常形象：一个恰当的比喻是将傅里叶变换比作一个玻璃棱镜。

棱镜是可以将光分解为不同颜色的物理仪器，每个成分的颜色由波长（或频率）来决定。

傅里叶变换可以看作是数学上的棱镜，将函数基于频率分解为不同的成分。

当我们考虑光时,讨论它的光谱或频率谱。

同样, 傅立叶变换使我们能通过频率成分来分析一个函数。

Fourier theory讲的就是：任何信号（如图像信号）都可以表示成一系列正弦信号的叠加，在图像领域就是将图像brightness variation 作为正弦变量。

比如下图的正弦模式可在单傅里叶中由三个分量编码：频率f、幅值A、相位γ这三个value可以描述正弦图像中的所有信息。

1.frequencyfrequency在空间域上可由亮度调节，例如左图的frequency比右图的frequency 低……2.幅值magnitude（amplitude）sin函数的幅值用于描述对比度，或者说是图像中最明和最暗的峰值之间的差。

（一个负幅值表示一个对比逆转，即明暗交换。

）3.相位表示相对于原始波形，这个波形的偏移量（左or右）。

=================================================================一个傅里叶变换编码是一系列正弦曲线的编码，他们的频率从0开始（即没有调整，相位为0，平均亮度处），到尼奎斯特频率（即数字图像中可被编码的最高频率，它和像素大小、resolution有关）。

傅里叶变换同时将图像中所有频率进行编码：一个只包含一个频率f1的信号在频谱上横坐标f为f1的点处绘制一个单峰值，峰值高度等于对应的振幅amplitude，或者正弦曲线信号的高度。

如下图所示。

DC term直流信号对应于频率为0的点，表示整幅图像的平均亮度，如果直流信号DC=0就表示整幅图像平均亮度的像素点个数=0，可推出灰度图中，正弦曲线在正负值之间交替变化，但是由于灰度图中没有负值，所以所有的真实图像都有一个正的DC term，如上图所示。

图像变换傅立叶频谱图

f (x) F (u)e j2uxdu
3）傅立叶变换特征参数
f (x, y) F (u, v)e j2 (uxvy)dudv
F(u,v) R(u,v) jI(u,v)
频谱/模
F(u, v) R2 (u, v) I 2 (u, v)
能量谱/功率谱 P(u,v) F(u,v) 2 R2 (u,v) I 2 (u,v)
图像变换
图像变换主要有：傅立叶变换、主成份变换、缨帽变换、代数运算、彩色变换
其中傅立叶（Fourier）变换的应用非常是广泛的，非常有名的变换之一。
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2、傅立叶变换
傅立叶（Fourier），法国数学及物理学家，傅立叶级数（三角级数）创始人。
1801年任伊泽尔省地方长官，1817年当选科学院院士，1822年任该院终身秘书，后又任法兰西学院终身秘书和理工科大学校务委员会主席。
➢ 频率域图像
频率域的理解：
傅立叶变换以前，图像是由对在连续空间（现实空间）上的采样得到一系列点的集合，我们习惯用一个二维矩阵表示空间上各点，则图像可由 z=f(x,y)来表示。实际上对图像进行二维傅立叶变换得到频谱图，就是图像梯度的分布图，当然频谱图上的各点与原·图像上各点并不存在一一对应的关系，即使在不移频的情况下也是没有。傅立叶频谱图上我们看到的明暗不一的亮点，实际上图像上某一点（像素灰度值）与它的邻域点差异的强弱，即梯度的大小，也即该点的频率的大小（可以这么理解，图像中的低频部分指低梯度的点，高频部分梯度大的点）
原图
傅立叶变换
频域图
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原图
傅立叶变换后的频域图
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常用傅里叶变换表

常用傅里叶变换表傅里叶变换（Fourier Transform）是一种重要的信号处理方法，可以将一个信号表示为频域上的复合波。

在实际应用中，我们常常需要用到一些常用的傅里叶变换表来简化计算过程。

下面是常用的傅里叶变换表。

1. 频域采样点数与时间域采样点数的对应关系：当时间域采样点数为 N 时，对应的频域采样点数为 N/2+1。

采样点数越多，则频域分辨率越高，对于高频信号的分析会更准确。

2. 傅里叶变换对称性：傅里叶变换具有一定的对称性，包括对称性、共轭对称性和反对称性。

利用这些对称性，我们可以简化计算过程。

- 偶函数的频谱是实数，在频域中左右对称；- 奇函数的频谱是虚数，具有共轭对称；- 复合偶函数和复合奇函数的频谱会具有反对称性。

3. 常用信号的傅里叶变换表：以下是一些常见的信号的傅里叶变换表：- 矩形脉冲信号（Rectangular Pulse）的傅里叶变换：矩形脉冲信号在时域上是一个宽度有限且幅度为常数的信号。

其傅里叶变换在频域上是一个 sinc 函数，表达式为：F(w) = wwww(ww/2) / (ww/2)其中，w是信号的宽度，w是频率。

- 高斯函数（Gaussian Function）的傅里叶变换：高斯函数在时域上是一个钟形曲线，其傅里叶变换仍然是一个高斯函数。

傅里叶变换的表达式如下：F(w) = ww^(−w^2w^2/4w^2)其中，w是高斯函数的标准差，w是时间尺度。

- 正弦函数（Sine Function）的傅里叶变换：正弦函数在时域上是一个连续的周期函数。

其傅里叶变换也是一个周期函数，表达式为：F(w) = 0.5j (w(w−w)−w(w+w))其中，w是正弦函数的频率。

4. 傅里叶变换的性质：傅里叶变换具有很多重要的性质，包括线性性质、平移性质、尺度性质、卷积定理等。

这些性质在信号处理中起到了重要的作用，可以简化傅里叶变换的计算过程。

- 线性性质：傅里叶变换具有线性性质，即线性组合的函数的傅里叶变换等于各个函数的傅里叶变换之和。

傅里叶变换性质及常见函数傅里叶变换总结,表格打印版

（实偶函数）
（为虚、奇函数）
7
奇偶性
（为实、偶函数）
（为实、偶函数）
（为实、奇函数）
（为虚、奇函数）
8
尺度展缩
，
9
时域延迟
，
10
频移
▲初值：
（条件:）
（条件:）
（条件：）
11
时域微分
▲ 函数的性质
·
·
＊
＊
·
·
＊；
＊
·
·
＊
＊
·
12
时域积分
பைடு நூலகம்13
频域微分
14
频域积分
15
时域卷积
16
频域卷积
17
时域抽烟
序号
性质名称
▲信号功率:
（直流分量+各次谐波分量）
▲能量信号:
1.一个信号只能是功率信号或
能量信号二者之一,但也可
以两者都不是。
2.直流信号与周期信号为功率
信号；收敛和有界的非周期
信号为能量信号。
3.功率信号能量为∞,能量信
号功率为0.
1
唯一性
2
齐次性
3
叠加性
4
线性
5
折叠性
6
对称性
（一般函数）
（为实、偶函数）
18
频域抽样
常用时间信号傅里叶变换
常用非周期信号的傅里叶变换
周期信号的傅里叶变换
序号
↔
1
1
↔
2
↔
3
单位直流信号1
↔
4
5
6
一般周期信号
↔
其中
或,
或，

傅里叶变换常用公式

傅里叶变换常用公式1. 简介傅里叶变换是一种重要的数学工具，用于将一个信号从时域转换到频域。

它常被应用于信号处理、图像处理、通信等领域。

本文将介绍傅里叶变换的基本概念和常用公式。

2. 傅里叶级数傅里叶级数是傅里叶变换的基础，它用于将周期信号表示为一系列正弦和余弦函数的和。

傅里叶级数的公式如下：傅里叶级数公式傅里叶级数公式在上述公式中，f(t)表示周期为T的函数，a0是直流成分，ak和bk是傅里叶系数。

3. 傅里叶变换傅里叶变换是将非周期信号表示为一组连续的频谱的过程。

傅里叶变换的公式如下：傅里叶变换公式傅里叶变换公式在上述公式中，F(w)表示频域信号，f(t)表示时域信号，j是虚数单位。

4. 反傅里叶变换反傅里叶变换是将频域信号恢复为时域信号的过程。

反傅里叶变换的公式如下：反傅里叶变换公式反傅里叶变换公式在上述公式中，F(w)表示频域信号，f(t)表示时域信号。

5. 常见傅里叶变换公式下面列举了一些常见的傅里叶变换公式：5.1 正弦函数的傅里叶变换正弦函数的傅里叶变换的公式如下：正弦函数的傅里叶变换公式正弦函数的傅里叶变换公式在上述公式中，f(t)是正弦函数，F(w)是其频域信号。

5.2 余弦函数的傅里叶变换余弦函数的傅里叶变换的公式如下：余弦函数的傅里叶变换公式余弦函数的傅里叶变换公式在上述公式中，f(t)是余弦函数，F(w)是其频域信号。

5.3 矩形脉冲的傅里叶变换矩形脉冲的傅里叶变换的公式如下：矩形脉冲的傅里叶变换公式矩形脉冲的傅里叶变换公式在上述公式中，f(t)是矩形脉冲，F(w)是其频域信号。

5.4 高斯函数的傅里叶变换高斯函数的傅里叶变换的公式如下：高斯函数的傅里叶变换公式高斯函数的傅里叶变换公式在上述公式中，f(t)是高斯函数，F(w)是其频域信号。

6. 结论傅里叶变换是一种非常强大的数学工具，用于将信号从时域转换到频域。

本文介绍了傅里叶级数、傅里叶变换和反傅里叶变换的基本公式，并列举了一些常见的傅里叶变换公式。

图像处理中的傅里叶变换

性质
FFT是DFT的一种高效实现，它广泛应用于信号处理、图像处理等领域。
频域和时域的关系
频域
频域是描述信号频率特性的区域，通过傅里叶变换可以将时域信号转换为频域信号。在频域中，信号的频率成分可以被分析和处理。
时域
时域是描述信号时间变化的区域，即信号随时间的变化情况。在时域中，信号的幅度和时间信息可以被分析和处理。
其中n和k都是整数。
计算公式
X(k) = ∑_{n=0}^{N-1} x(n) * W_N^k * n，其中W_N=exp(-
2πi/N)是N次单位根。
性质
DFT是可逆的，即可以通过DFT 的反变换将频域信号转换回时域
信号。
快速傅里叶变换（FFT）
定义
快速傅里叶变换（FFT）是一种高效计算DFT的算法，它可以将DFT 的计算复杂度从O(N^2)降低到 O(NlogN)。
通过傅里叶变换，我们可以方便地实现图像的滤波操作，去除噪声或突出某些特征。同时，傅里叶变换还可以用于图像压缩，通过去除高频成分来减小图像数据量。此外，傅里叶变换还可以用于图像增强和图像识别，提高图像质量和识别准确率。
PART 02
傅里叶变换的基本原理
离散傅里叶变换（DFT）
定义
离散傅里叶变换（DFT）是一种将时域信号转换为频域信号的方法。它将一个有限长度的离散信号x(n)转换为一个复数序列X(k)，
傅里叶变换的物理意义是将图像中的每个像素点的灰度值表示为一系列正弦波和余弦波的叠加。这些正弦波和余弦波的频率和幅度可以通过傅里叶变换得到。
通过傅里叶变换，我们可以将图像中的边缘、纹理等高频成分和背景、平滑区域等低频成分分离出来，从而更好地理解和处理图像。

常见的傅里叶变换

常见的傅里叶变换
傅里叶变换（FourierTransformation）是在数学术语中指任何将时域信号转换成频域信号（包括反向转换）的一种算法。

它可以将任何时域函数转换为复杂的频率函数，并使用它来衡量信号的性质。

这种变换的另一种表达形式是“Fourier分析”，它可以用于分析和解释复杂的信号，以及从中提取有关信号频率和振幅的信息。

傅里叶变换的主要用途是将复杂的时域信号转换为频域信号，以便快速获取信号的性质。

它也被广泛用于信号处理，数字信号处理，图像处理，科学可视化，生物信号处理，信号检测，滤波器设计等领域。

它可以提取有关信号的重要特征，包括频率，振幅，相位等，这些特征在信号分析，处理和重构方面非常重要。

在数学中，傅里叶变换可以用来进行积分及其反向变换，以及用于传输函数系统的稳定性分析。

此外，它也可以用于语音处理，设计滤波器，图像处理等方面。

常见的傅里叶变换有：
1. 傅里叶变换（Fourier Transform）：这是最基本的傅里叶变换，它用于将时域函数转换为频域函数。

2. 快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform）：它是基于傅里叶变换的优化算法，可以将复杂信号的傅里叶变换运算时间减少到计算机可承受的最低水平。

3. 非负傅里叶变换（Non-negative Fourier Transform）：它是一种特殊的傅里叶变换，它只用非负数来表示傅里叶变换的系数，这
样可以更加精确地表示一个原始信号的复杂结构。

4. 小波变换（Wavelet Transform）：它是一种相对傅里叶变换而言的更加复杂的算法，它可以更精确地描述复杂信号，更有效地提取信号特征。

傅里叶变换的原理及应用

傅里叶变换的原理及应用傅立叶变换是数学分析中一种重要的方法，它将一个函数或信号分解成一系列的正弦和余弦函数的加权和。

傅立叶变换的原理是基于傅立叶级数的展开和函数的内积的概念。

傅立叶变换的原理可以通过以下公式表示：F(ω) = ∫f(t)e^(-jωt)dt其中，F(ω)表示频域上的函数，f(t)表示时域上的函数，e^(-jωt)是复指数函数，ω是角频率。

这个公式将一个函数f(t)变换到它的频域表示F(ω)。

可以看到，傅立叶变换是一个连续函数转换到另一个连续函数的过程。

傅立叶变换的应用非常广泛，下面列举一些常见的应用：1. 信号处理：傅立叶变换可以将时域上的信号转换到频域上，通过分析信号在不同频率的成分，可以进行滤波、降噪、频率分析等操作，用于音频、图像、视频等信号处理领域。

2. 通信系统：傅立叶变换在通信系统中起到了重要作用。

通过将信号转换到频域上，可以方便地进行调制、解调、频率选择、频率多路复用等操作，提高通信质量和系统性能。

3. 图像处理：傅立叶变换可以应用于图像处理领域，通过对图像进行傅立叶变换，可以将图像的频域特征提取出来，用于图像增强、边缘检测、图像压缩等处理。

4. 数字信号处理：傅立叶变换在数字信号处理中也得到广泛应用。

通过将数字信号转换到频域上，可以进行数字滤波、谱分析、频谱估计等处理，用于音频处理、雷达信号处理等领域。

5. 量子力学：傅立叶变换在量子力学中也有重要的应用。

量子力学中的波函数可以通过傅立叶变换来表示，可以揭示波函数的能量分布、位置分布等信息。

6. 广义函数：傅立叶变换还可以用于处理广义函数，例如狄拉克δ函数。

通过傅立叶变换，可以将广义函数转换成正常的函数来进行处理。

总之，傅立叶变换是一种非常重要的数学工具，它可以将信号从时域转换到频域上，揭示出信号的频谱特征。

它在信号处理、通信系统、图像处理、量子力学等领域都有广泛应用。

它的原理基于正弦和余弦函数的复合，通过将函数分解成不同频率的成分来进行分析和处理。

常用傅里叶变换+定理+各种变换规律(推荐)

√
√
f
(t )
=
⎪⎧1 ⎨
−
t
⎪⎩
τ, t 0, t
<τ >τ
τSa 2
ωτ (
)
2
W Sa2 (Wt )
2π
2
F
(ω
)
=
⎪⎧1 ⎨
−
ω
⎪⎩
W,ω <W 0, ω > W
√ e−atu(t), Re{a} > 0
e −a t , Re{a} > 0 √
e−at cosω0tu(t), Re{a} > 0 √
)
√
时域微分性质时域积分性质
√ 时域卷
积性质
√ 对称性
d f (t) dt
∫t f (τ )dτ −∞
f (t) * h(t)
f (−t) f * (t)
f * (−t)
jωF (ω)
F(ω) + πF (0)δ (ω) jω F (ω)H (ω)
F (−ω) F * (−ω ) F * (ω )
−∞ 1/ 2
= ∫ exp(− j2πux)dx
rect
x a
=
1, 0,
−1/ 2
=1
1/2
exp(− j2πux)
− j2πu
-1/2
= sin(πu) πu
结论：
x ≤a 2
其它
= sinc(u) rect（x） F.T. sinc（u）
5
普遍型
F
rect
x a
= a sin(πau) πau
2
2
2
+∞
2π ∑ Fkδ (ω − kω0 ) k =−∞

傅里叶变换原理

傅里叶变换原理傅里叶变换是一种将信号从时域转换到频域的数学工具。

它的原理是将一个信号分解成不同频率的正弦和余弦波的叠加，从而得到信号在频域上的表示。

这种变换在信号处理、图像处理、通信系统等领域中得到广泛应用。

在傅里叶变换中，信号可以表示为一个连续的函数，通常用f(t)表示。

这个函数可以是任何类型的信号，例如音频信号、图像信号、电信号等。

傅里叶变换将这个函数分解成不同频率的正弦和余弦波的叠加，这些波的频率从0开始，一直到无穷大。

傅里叶变换的公式如下：F(ω) = ∫f(t)e^(-iωt)dt其中，F(ω)表示信号在频域上的表示，ω表示频率，e^(-iωt)表示一个复数，它的实部是cos(ωt)，虚部是sin(ωt)。

这个公式可以理解为将信号f(t)与一个复数e^(-iωt)相乘，然后对整个信号进行积分。

这个积分的结果就是信号在频域上的表示。

傅里叶变换的一个重要应用是信号滤波。

在信号处理中，我们经常需要去除一些噪声或者干扰信号。

这时候可以使用傅里叶变换将信号转换到频域上，然后通过滤波器去除不需要的频率成分，最后再将信号转换回时域。

这个过程被称为频域滤波。

傅里叶变换还可以用于信号压缩。

在图像处理中，我们经常需要将一张高分辨率的图像压缩成低分辨率的图像，以便在网络传输或者存储时节省带宽和存储空间。

这时候可以使用傅里叶变换将图像转换到频域上，然后去除高频成分，最后再将图像转换回时域。

这个过程被称为频域压缩。

傅里叶变换是一种非常重要的数学工具，它可以将信号从时域转换到频域，从而方便我们进行信号处理、图像处理、通信系统等领域的研究和应用。

图像的频率傅里叶变换（重点）

图像的频率不同频率信息在图像结构中有不同的作用。

图像的主要成分是低频信息，它形成了图像的基本灰度等级，对图像结构的决定作用较小；中频信息决定了图像的基本结构，形成了图像的主要边缘结构；高频信息形成了图像的边缘和细节，是在中频信息上对图像内容的进一步强化，即高频信息决定图像的分辨率与清晰度。

用傅里叶变换可以得到图像的频谱图：上面的图像左边是原图，右边是频谱图图像的频率是表征图像中灰度变化剧烈程度的指标，是灰度在平面空间上的梯度。

如：大面积的沙漠在图像中是一片灰度变化缓慢的区域，对应的频率值很低；而对于地表属性变换剧烈的边缘区域在图像中是一片灰度变化剧烈的区域，对应的频率值较高。

对图像而言，图像的边缘部分是突变部分，变化较快，因此反应在频域上是高频分量；图像的噪声大部分情况下是高频部分；图像平缓变化部分则为低频分量。

也就是说，傅立叶变换提供另外一个角度来观察图像，可以将图像从灰度分布转化到频率分布上来观察图像的特征。

图像进行二维傅立叶变换得到频谱图，就是图像梯度的分布图，当然频谱图上的各点与图像上各点并不存在一一对应的关系，即使在不移频的情况下也是没有。

傅立叶频谱图上我们看到的明暗不一的亮点，实际是上图像上某一点与邻域点差异的强弱，即梯度的大小，也即该点的频率的大小（可以这么理解，图像中的低频部分指低梯度的点，高频部分相反）。

图像傅立叶变换的物理意义图像的频率是表征图像中灰度变化剧烈程度的指标，是灰度在平面空间上的梯度。

傅立叶变换在实际中有非常明显的物理意义，设f是一个能量有限的模拟信号，则其傅立叶变换就表示f的频谱。

从纯粹的数学意义上看，傅立叶变换是将一个函数转换为一系列周期函数来处理的。

从物理效果看，傅立叶变换是将图像从空间域转换到频率域，其逆变换是将图像从频率域转换到空间域。

傅里叶变换结果解释

傅里叶变换结果解释傅里叶变换（Fourier Transform）是一种数学方法，用于将时域信号转换为频域信号。

它是数学家约瑟夫·傅里叶（Jean-Baptiste Joseph Fourier）在19世纪提出的，是信号处理领域中非常重要的基本工具。

傅里叶变换不仅可以将信号分解成一系列正弦和余弦函数的叠加，还可以在频域中对信号进行分析和处理。

傅里叶变换的数学表示为：F(ω) = ∫f(t)·e^(-iωt) dt其中，F(ω)表示频域中的复数表示，f(t)表示时域中的函数，ω是角频率，e是自然对数的底数。

傅里叶变换将f(t)从时域映射到频域，得到的结果可以反映信号在不同频率上的能量分布情况。

傅里叶变换的结果可以通过频谱图来表示，频谱图是将频率和幅度绘制在坐标轴上的图形。

频谱图可以提供关于信号频率成分的重要信息。

傅里叶变换的结果解释如下：1. 频率分量分析：傅里叶变换将信号分解为一系列不同频率的正弦和余弦波。

通过分析变换结果中的频率分量，可以了解信号中不同频率成分的贡献程度。

频率分量越高，代表信号中包含的高频信号越多。

2. 能量分布：傅里叶变换的结果反映了信号在不同频率上的能量分布情况。

在频谱图上，幅度越大代表该频率上的能量越强。

可以通过观察傅里叶变换结果的幅度谱，在频域中找到信号的主要频率成分。

3. 频域滤波：傅里叶变换可以用于频域滤波，即通过在频谱图上调整幅度谱，实现对信号中特定频率的滤波操作。

通过抑制或增强特定频率成分，可以对信号进行去噪、降噪、增强等操作。

4. 逆变换：傅里叶变换之后，可以进行逆变换将信号从频域回变为时域。

逆变换结果与原始信号相同，但可能存在微小的误差。

逆变换使得我们可以在频域对信号进行处理后，再将其还原到时域进行进一步的分析或应用。

总结起来，傅里叶变换是一种将信号从时域转换到频域的数学方法，其结果可以通过频谱图来表示。

通过观察傅里叶变换的频率分量、能量分布以及进行频域滤波和逆变换等操作，我们可以深入理解信号的特性和结构，为信号处理、图像处理、通信等领域提供基础工具和方法。

傅里叶变换本质及其公式解析

傅里叶变换本质及其公式解析在数学上，傅里叶变换可以用如下的公式表示：F(ω) = ∫[−∞,+∞]f(t)e^(−iωt)dt其中，F(ω)是频域表示函数f(t)的复数结果，ω是频率，t是时间，e是自然对数的底。

这个公式的解析可以分为两个部分进行解释。

首先，我们将函数f(t)看作一个在时间域内的波形，它的频域表示F(ω)是复平面上的一个点。

通过求解这个积分，我们得到了不同频率分量上的幅度和相位信息。

其次，我们将e^(−iωt)作为一个固定频率的正弦或余弦函数，它的角频率是ω。

通过将它与函数f(t)进行乘积并积分，我们对整个时间域内的波形进行了“扫描”。

如果f(t)中包含了与e^(−iωt)相同频率的分量，乘积后的值在积分过程中会叠加并增大；而如果f(t)不包含与e^(−iωt)相同频率的分量，乘积后的值在积分过程中会互相抵消并趋于零。

这样，通过求解这个积分，我们可以从时间域的角度看到不同频率分量在信号中的贡献。

傅里叶变换不仅可以用于分析信号的频谱特性，还可以用于信号的处理和合成。

在信号处理中，傅里叶变换可以将信号转换到频域进行滤波、降噪和特征提取等操作。

同时，通过将频域表示的信号进行反变换，我们可以将信号从频域再转换回时域。

傅里叶变换的应用非常广泛，几乎在所有领域都有涉及。

在通信领域，傅里叶变换被用于信号调制、解调和信道估计。

在图像处理领域，傅里叶变换被用于图像增强、去噪和特征提取。

在物理学和工程学中，傅里叶变换被用于分析和合成信号、振动和波动等。

总结起来，傅里叶变换通过将复杂的时域波形转换到频域，揭示出了信号中不同频率分量的存在。

它的公式解析是通过将函数与特定频率的正弦或余弦函数进行乘积，并求解积分，得到了不同频率分量上的幅度和相位信息。

傅里叶变换在信号处理、通信和图像处理等领域有广泛的应用。

(精心整理)图像的傅里叶变换

傅里叶变换的作用

傅里叶变换将信号分成不同频率成份。类似光学中的分色棱镜把白光按波长(频率)分成不同颜色，称数学棱镜。傅里叶变换的成份：直流分量和交流分量

信号变化的快慢与频率域的频率有关。噪声、边缘、跳跃部分代表图像的高频分量；背景区域和慢变部分代表图像的低频分量
二维DFT傅里叶变换

g ( x, y) G( , ) exp[ j 2 ( x y)]d d

G( , ) 是g(x,y)的频谱，物函数g(x,y)可以看作不同方 G( , )d d 向传播的单色平面波分量的线性叠加。 cos cos 为权重因子。空间频率表示了单色 , 平面波的传播方向。
I (u, v) R(u, v)
2
傅里叶变换中出现的变量u和v通常称为频率变量，空间频率可以理解为等相位线在x,y坐标投影的截距的倒数。
y Y
0
x X
相应的空间频率分别为
u
1 cos 1 cos ,v X Y
思考：噪声、线、细节、背景或平滑区域对应的空间频率特性？
F=fftshift(fft2(f)); G=fftshift(fft2(g)); subplot(223) imshow(log(abs(F+G)),[]) FG=fftshift(fft2(f+g)); title('DFT(f)+DFT(g)') subplot(224) imshow(log(abs(FG)),[]) title('DFT(f+g)')
R loga (1 KFmax ) loga (1 KFmin )
例题：对一幅图像实施二维DFT，显示并观察其频谱。解：源程序及运行结果如下： %对单缝进行快速傅里叶变换，以三种方式显示频谱， %即：直接显示（坐标原点在左上角）；把坐标原点平 %移至中心后显示；以对数方式显示。 f=zeros(512,512); f(246:266,230:276)=1; subplot(221),imshow(f,[]),title('单狭缝图像') F=fft2(f); %对图像进行快速傅里叶变换 S=abs(F); subplot(222) imshow(S,[]) %显示幅度谱 title('幅度谱（频谱坐标原点在坐上角）')

常用信号的傅里叶变换

常用信号的傅里叶变换
傅里叶变换是一种将函数从时域（时间域）转换到频域（频率域）的数学技术。

在信号处理中，傅里叶变换可以用来分析各种信号的频率成分。

下面是一些常见信号的傅里叶变换：
1. 正弦信号：正弦信号是基本的周期信号，其傅里叶变换是两个峰值的Delta函数，分别位于正负频率轴上。

峰值的高度与正弦信号的振幅成正比。

2. 方波信号：方波信号的傅里叶变换是一系列的Delta函数，位于基频和其倍频的频率轴上。

每个Delta函数的幅值与方波的斜率成正比。

3. 三角波信号：三角波信号的傅里叶变换是一系列的Delta函数，位于基频和其奇倍频的频率轴上。

每个Delta函数的幅值与三角波的斜率成正比，而且随着频率的增加而逐渐减小。

4. 窗函数信号：窗函数信号可以用来限制一个信号的频率范围。

常见的窗函数信号有矩形窗、汉宁窗、汉明窗等。

它们的傅里叶变换都是一系列的Delta函数，位于基频和其倍频的频率轴上。

不同的窗函数有不同的幅值分布。

5. 常见滤波器的傅里叶变换：滤波器可以用来去除一个信号的某些频率成分。

常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器等。

它们的傅里叶变换都有不同的频率响应曲线，用来描述信号在不同频率上的响应情况。

以上是一些常见信号的傅里叶变换，它们可以用来分析和处理各
种实际的信号。

在实际应用中，傅里叶变换经常和其它技术一起使用，如滤波、采样、量化等，以实现更复杂的信号处理任务。

傅里叶变换详细解释

傅里叶变换详细解释傅里叶变换是一种数学工具，可以将一个函数分解成一系列正弦和余弦函数的和。

它在信号处理、图像处理、通信和物理学等领域中广泛应用。

傅里叶变换的详细解释包括其定义、数学表达式、性质和应用等方面。

首先，傅里叶变换可以将一个连续函数f(t) 分解成一系列正弦和余弦函数的和。

这些正弦和余弦函数的频率是连续的，可以覆盖整个频谱。

傅里叶变换的定义如下：F(ω) = ∫f(t) e^(-jωt) dt其中，F(ω) 是傅里叶变换后的函数，f(t) 是原始函数，ω 是频率，e 是自然常数。

傅里叶变换的数学表达式可以用复数的形式来表示。

当函数 f(t) 是实函数时，傅里叶变换F(ω) 是一个复函数，具有实部和虚部。

实部表示函数在频域中的振幅，虚部表示函数在频域中的相位。

傅里叶变换有一些重要的性质。

首先，傅里叶变换具有线性性质，即对于常数a 和 b，有 F(a*f(t) + b*g(t)) = a*F(f(t)) + b*F(g(t))。

这使得傅里叶变换在信号处理中非常有用，可以将多个信号叠加在一起进行分析。

其次，傅里叶变换具有平移性质。

如果将函数 f(t) 在时间域上平移 t0，那么它的傅里叶变换F(ω) 在频域上也会相应地平移 e^(-jωt0)。

这个性质使得我们可以通过平移信号来改变其频谱。

另外，傅里叶变换还具有对称性质。

当函数 f(t) 是实函数时，其傅里叶变换F(ω) 的实部是偶函数，虚部是奇函数。

这个对称性质使得我们可以通过傅里叶变换将实函数分解成实部和虚部的和。

傅里叶变换在许多领域中有广泛的应用。

在信号处理中，傅里叶变换可以将时域上的信号转换成频域上的信号，从而可以分析信号的频谱特性。

例如，通过傅里叶变换，我们可以将音频信号转换成频谱图，可以分析音频信号中不同频率的成分。

在图像处理中，傅里叶变换可以将图像转换成频域上的图像，从而可以对图像进行频域滤波和增强处理。

例如，通过傅里叶变换，我们可以将模糊的图像恢复成清晰的图像，或者将图像中的噪声去除。

图像处理技术中的傅里叶变换方法介绍

图像处理技术中的傅里叶变换方法介绍傅里叶变换是一种将信号从时域转换到频域的方法，图像处理中广泛应用的一种数学工具。

傅里叶变换将图像转换为频域信号，使我们能够观察和分析图像中不同频率的成分。

在图像处理领域，傅里叶变换常用于图像的滤波、去噪、增强等任务。

本文将介绍傅里叶变换的原理和在图像处理中的应用。

让我们了解一下傅里叶变换的原理。

傅里叶变换基于傅里叶级数展开的思想，将函数分解成一组正弦和余弦函数的和。

对于一维信号，傅里叶变换可以表示为以下公式：F(u) = ∫ f(x) * e^(-2πiux) dx其中，F(u)表示信号在频域中的复数表示，f(x)表示输入信号在时域中的复数表示，u表示频率，i为虚数单位。

在图像处理中，傅里叶变换可以应用于二维信号，即图像。

图像可以通过对其在两个方向上进行傅里叶变换，得到其在频率域上的表示。

图像的傅里叶变换可以表示为以下公式：F(u,v) = ∬ f(x,y) * e^(-2πi(ux+vy)) dx dy其中，F(u,v)表示图像在频率域中的复数表示，f(x,y)表示输入图像在空域中的灰度值，u和v表示频率，i为虚数单位。

在图像处理中，我们经常使用的是傅里叶变换的逆变换，即将图像从频域转换回空域。

逆傅里叶变换可以表示为以下公式：f(x,y) = ∬ F(u,v) * e^(2πi(ux+vy)) du dv通过逆傅里叶变换，我们可以将对图像进行频域操作后的图像恢复到原始的空域。

在图像处理中，傅里叶变换有着广泛的应用。

其中之一是频域滤波。

通过将图像转换到频域，在频域中对图像进行滤波操作，可以实现一些空域中难以实现的效果。

傅里叶变换后的频域图像中较低频率成分代表图像的平滑部分，较高频率成分代表图像的细节和边缘。

通过选择不同的滤波器，在频域中滤除或增强不同频率的成分，可以实现图像的模糊、锐化、边缘检测等效果。

傅里叶变换还可以用于图像的压缩和去噪。

在图像压缩中，通过对图像进行傅里叶变换，并保留较低频率成分来实现图像的压缩。

傅里叶变换超详细总结

“周期信号都可表示为谐波关系的正弦信号的加权”——傅里叶的第一个主要论点——“非周期信号都可用正弦信号的加权积分表示”——傅里叶的第二个主要论点——频域分析：傅里叶变换，自变量为 j Ω复频域分析：拉氏变换，自变量为 S = σ +j ΩZ域分析：Z 变换，自变量为z傅立叶级数是一种三角级数，它的一般形式是)sin cos (10t n b t n a A n n n ωω++∑∞=将周期性的(非正弦的)波,用一系列的正弦波的迭加来表示,然后对每一项正弦波进行分析,因此提出了把周期函数 f(x) 展开成三角级数01()sin()n n n f t A A n t ωϕ∞==++∑01(cos sin )n n n A a n t b n t ωω∞==++∑为了讨论如何把周期函数展开成三角级数，首先考虑三角函数系的正交性。

{}1,cos ,sin ,cos 2,sin 2,,cos ,sin ,t t t t n t n t ωωωωωω⋯⋯正交性:不同的基本单位向量的点积(内积)等于零,而相同的基本单位向量不等于零傅里叶变换•周期信号的傅里叶级数分析(FS)•非周期信号的傅里叶变换(FT)•周期序列的傅里叶级数（DFS）•非周期的离散时间信号的傅里叶变换（DTFT）•离散傅里叶变换（DFT）1 周期信号的傅里叶级数分析(FS)三角函数集是最重要的基本正交函数集，正、余弦函数都属是三角函数集。

优点：(1)三角函数是基本函数；(2)用三角函数表示信号，建立了时间与频率两个基本物理量之目的联系；(3)单频三角函数是简谐信号，简谐信号容易产生、传输、处理；(4)三角函数信号通过线性时不变系统后，仍为同频三角函数信号，仅幅度和相位有变化，计算方便。

由于三角函数的上述优点，周期信号通常被表示(分解)为无穷多个正弦信号之和。

利用欧拉公式还可以将三角函数表示为复指数函数，所以周期函数还可以展开成无穷多个复指数函数的之和，其优点是与三角函数级数相同。