傅里叶变换
傅里叶全部公式
傅里叶全部公式
傅里叶变换是一种将函数从时域（时间域）转换到频域的数学工具。
它通过将时域函数表示为不同频率的正弦和余弦函数的叠加来实现。
傅里叶变换和逆变换的公式如下：
傅里叶变换公式：F(ω) = ∫[−∞,+∞] f(t) e^−jωt dt
逆傅里叶变换公式：f(t) = (1 / 2π) ∫[−∞,+∞] F(ω) e^jωt dω
其中，f(t)是时域函数，F(ω)是频域函数，e是自然常数，j 是虚数单位√(-1)，ω是频率，t是时间。
此外，傅里叶级数展开公式也是傅里叶变换的一种形式，它用来将周期函数分解成一系列振幅和相位不同的正弦和余弦函数的和。
傅里叶级数展开公式：f(t) = a0/2 + ∑[n=1,∞] (an cos(nωt) + bn sin(nωt))
其中，a0、an、bn是常数系数，表示不同频率分量的振幅，ω是基本频率。
这些公式是傅里叶变换和级数展开的基础公式，用于将函数在时域和频域之间进行转换，并在信号处理、图像处理、通信等领域有广泛应用。
需要注意的是，傅里叶变换和级数展开还有一些特定的性质和变体公式，这些公式可以根据具体的应用场景进行扩展和变换。
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。
傅里叶变换和逆变换
傅里叶变换和逆变换傅里叶变换（Fourier Transform）是一种数学工具，用于将一个函数（或信号）从时域（时间域）转换到频域（频率域）表示。
它将一个函数分解成一系列基本频率的正弦和余弦波的和。
傅里叶变换在信号处理、图像处理、通信等领域中有广泛应用。
傅里叶变换的数学表达式如下：F(k) = ∫[f(x) * e^(-2πikx)] dx其中，F(k)是频域表示的函数，f(x)是时域的函数，e是自然对数的底，i是虚数单位，k是频率。
逆傅里叶变换（Inverse Fourier Transform）则是将频域表示的函数转换回时域表示的过程。
它可以通过傅里叶变换的逆运算来实现，将频域函数重新合成为原始的时域函数。
逆傅里叶变换的数学表达式如下：f(x) = (1/N) * Σ[F(k) * e^(2πikx)]其中，f(x)是逆变换后得到的时域函数，F(k)是频域函数，N是函数的长度或采样点数。
傅里叶变换和逆傅里叶变换是一对互为逆运算的数学变换。
傅里叶变换将时域函数转换为频域函数，可以提供信号的频谱信息；逆傅里叶变换则将频域函数转换回时域函数，恢复原始信号的信息。
这对变换在信号处理中广泛应用，帮助我们理解信号的频率特性和进行频域处理。
当我们应用傅里叶变换时，我们通常使用离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform，DFT）和离散逆傅里叶变换（Inverse Discrete Fourier Transform，IDFT）。
离散傅里叶变换将离散的时域序列转换为离散的频域序列，而离散逆傅里叶变换则将离散的频域序列转换回离散的时域序列。
离散傅里叶变换（DFT）的数学表达式如下：X(k) = Σ[x(n) * e^(-2πikn/N)]其中，X(k)是频域表示的序列，x(n)是时域的序列，e是自然对数的底，i是虚数单位，k是频率，N是序列的长度。
离散逆傅里叶变换（IDFT）的数学表达式如下：x(n) = (1/N) * Σ[X(k) * e^(2πikn/N)]其中，x(n)是逆变换后得到的时域序列，X(k)是频域序列，N是序列的长度。
常用的傅里叶变换
常用的傅里叶变换
傅里叶变换是一种非常重要的数学工具，在信号处理、图像处理、物理学、工程学等领域有着广泛的应用。
常用的傅里叶变换包括：
离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform, DFT）：用于对离散信号进行频域分析，将时域信号转换为频域信号。
快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform, FFT）：是计算离散傅里叶变换的一种高效算法，能够快速地计算离散信号的频谱。
傅里叶级数（Fourier Series）：用于将周期信号分解为一系列正弦和余弦函数的和，常用于分析周期性信号的频谱成分。
傅里叶变换（Fourier Transform）：用于对连续信号进行频域分析，将连续时域信号转换为连续频域信号，包括傅里叶正变换和傅里叶逆变换。
这些傅里叶变换在实际应用中起着重要作用，能够帮助我们理解信号的频域特性，进行滤波、压缩、频谱分析等操作。
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信号从时域转换到频域的数学工具。
它是以法国数学家傅里叶的名字命名的，用于分析信号的频谱成分。
在信号处理和通信领域，傅里叶变换被广泛应用于信号的频谱分析、滤波、解调和压缩等方面。
1. 正弦信号的傅里叶变换正弦信号是最简单的周期信号之一，它可以表示为一个频率和幅度确定的正弦函数。
对于一个正弦信号，它的傅里叶变换是一个由两个峰值组成的频谱图。
其中一个峰值位于正弦信号的频率上，另一个峰值位于负频率上，其幅度与正弦信号的幅度相等。
2. 方波信号的傅里叶变换方波信号是一种以方波函数为基础的周期信号。
方波信号可以表示为一系列正弦信号的叠加，其傅里叶变换是一个由多个峰值组成的频谱图。
频谱图上的峰值对应于方波信号中各个频率的成分。
3. 矩形脉冲信号的傅里叶变换矩形脉冲信号是一种在有限时间内突然变化的信号。
它在时域上表现为一个宽度有限的矩形脉冲，其傅里叶变换是一个以脉冲宽度为主要参数的频谱图。
频谱图上的峰值表示了矩形脉冲信号中各个频率的成分。
4. 高斯信号的傅里叶变换高斯信号是一种以高斯函数为基础的连续非周期信号。
高斯信号在时域上呈钟形分布，其傅里叶变换是一个以高斯函数为形状的频谱图。
频谱图上的峰值表示了高斯信号中各个频率的成分。
5. 三角波信号的傅里叶变换三角波信号是一种以三角函数为基础的周期信号。
三角波信号可以表示为一系列正弦信号的叠加，其傅里叶变换是一个以基频为主要参数的频谱图。
频谱图上的峰值对应于三角波信号中各个频率的成分。
6. 音频信号的傅里叶变换音频信号是一种连续时间的信号，它可以通过傅里叶变换转换为频域信号进行分析。
音频信号的傅里叶变换可以得到音频信号的频谱图，从而可以对音频信号进行频谱分析、滤波和合成等操作。
7. 语音信号的傅里叶变换语音信号是一种声音信号，它可以通过傅里叶变换转换为频域信号进行分析。
语音信号的傅里叶变换可以得到语音信号的频谱图，从而可以对语音信号进行声音分析、语音识别和语音合成等操作。
傅里叶变换(fft)
傅里叶变换(fft)
傅里叶变换（Fourier Transform）是一种将信号从时域（时间域）转换到频域（频率域）的数学工具。
它是一种将信号分解成不同频率成分的方法，可以用来分析和处理各种类型的信号，包括音频、图像、雷达信号等。
傅里叶变换的基本思想是，任何信号都可以看作是不同频率正弦波的叠加。
通过对信号进行傅里叶变换，可以将信号分解成不同频率成分的正弦波，并计算它们在信号中的相对强度。
这些频率成分可以用幅度和相位来描述，它们可以用来分析信号的频谱特性，如频率分布、谐波含量、峰值位置等。
傅里叶变换有多种形式，其中最常见的是快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）。
FFT是一种快速计算傅里叶变换的算法，它通过分治法将傅里叶变换的计算复杂度从O(N^2)降低到O(N log N)，其中N是信号的长度。
FFT广泛应用于信号处理、图像处理、音频处理、通信系统等领域。
除了FFT之外，还有其他的傅里叶变换算法，如离散余弦变换（Discrete Cosine Transform，DCT）、离散小波变换（Discrete Wavelet Transform，DWT）等。
这些算法在不同的应用场景中有不同的优缺点，需要根据具体的需求进行选择。
傅里叶变换基本公式
傅立叶变换是一种数学工具，用于将函数分解为其组成频率。
它是信号处理中的一个基本概念，具有广泛的应用，包括图像处理、数据压缩和通信系统。
傅里叶变换的基本公式由下式给出：
F(w) = ∫f(t)e^(-iwt)dt
在这个公式中，F(w) 是函数f(t) 的傅里叶变换，w 是频率。
符号∫表示积分，符号e^(-iwt)是复指数函数。
用于从其频率分量重建原始函数的逆傅里叶变换由下式给出：
f(t) = (1/2π) ∫F(w)e^(iwt)dw
式中，f(t)为原函数，F(w)为函数的傅里叶变换。
符号∫表示积分，符号e^(iwt)是复指数函数。
傅立叶变换具有许多重要的性质，例如线性、移位不变性和卷积定理，这使其成为分析和处理信号的强大工具。
它是许多领域广泛使用的技术，包括工程、物理和数学。
常用傅里叶变换公式大全
常用傅里叶变换公式大全傅里叶变换是一种重要的数学工具，它可以将时域信号转换为频域信号，从而更好地理解信号的特性。
下面就是常用的傅里叶变换公式大全：1、傅里叶变换：$$F(u)=\int_{-\infty}^{\infty}f(x)e^{-2\pi iux}dx$$2、傅里叶反变换：$$f(x)=\int_{-\infty}^{\infty}F(u)e^{2\pi iux}du$$3、离散傅里叶变换：$$F(u)=\sum_{n=-\infty}^{\infty}f(n)e^{-2\pi iun}$$4、离散傅里叶反变换：$$f(n)=\frac{1}{N}\sum_{u=-\infty}^{\infty}F(u)e^{2\pi iun}$$5、快速傅里叶变换：$$F(u)=\sum_{n=0}^{N-1}f(n)W_N^{nu}$$6、快速傅里叶反变换：$$f(n)=\frac{1}{N}\sum_{u=0}^{N-1}F(u)W_N^{-nu}$$7、离散余弦变换：$$F(u)=\sum_{n=0}^{N-1}f(n)\cos\frac{(2n+1)u\pi}{2N}$$8、离散余弦反变换：$$f(n)=\frac{1}{N}\sum_{u=0}^{N-1}F(u)\cos\frac{(2n+1)u\pi}{2N}$$9、离散正弦变换：$$F(u)=\sum_{n=0}^{N-1}f(n)\sin\frac{(2n+1)u\pi}{2N}$$10、离散正弦反变换：$$f(n)=\frac{1}{N}\sum_{u=0}^{N-1}F(u)\sin\frac{(2n+1)u\pi}{2N}$$以上就是常用的傅里叶变换公式大全，它们可以帮助我们更好地理解信号的特性，并且可以用来解决许多实际问题。
因此，傅里叶变换在科学研究和工程应用中都有着重要的作用。
傅里叶级数变换
数据压缩
通过傅里叶级数变换，可以实现 数据的压缩和解压缩，节省存储 空间和传输带宽。
在量子计算领域的应用
1 2
量子信号处理
利用傅里叶级数变换处理量子信号，有助于实现 量子通信和量子计算中的信息处理。
量子纠缠态分析
通过傅里叶级数变换，可以对量子纠缠态进行分 析和操作，有助于实现量子纠缠态的操控和应用。
解压缩处理
在解压缩过程中，傅里叶级数变换可以用于将压缩后的频率分量转换回原始像 素值，恢复出原始图像。解压缩过程与压缩过程相反，需要逆向操作以重建完 整图像。
傅里叶级数变换的未来发展
06
与挑战
高效算法的研究
01
快速傅里叶变换 （FFT）
针对傅里叶级数变换的快速算法， 能够显著降低计算复杂度，提高 计算效率。
02
并行计算
利用多核处理器或多计算节点并 行计算，加速傅里叶级数变换的 计算过程。
03
优化算法
研究更高效的算法，减少计算过 程中的冗余和复杂度，提高变换 的精度和速度。
在大数据和人工智能领域的应用
信号处理
在语音识别、图像处理、雷达信 号处理等领域，傅里叶级数变换 是关键技术之一。
机器学习
在深度学习中，傅里叶级数变换 可用于特征提取和降维，提高模 型的泛化能力。
傅里叶级数变换
目录
• 傅里叶级数变换概述 • 傅里叶级数变换的性质 • 傅里叶级数变换的运算 • 傅里叶级数变换在信号处理中的应
用
目录
• 傅里叶级数变换在图像处理中的应 用
• 傅里叶级数变换的未来发展与挑战
01
傅里叶级数变换概述
傅里叶级数变换的定义
傅里叶级数变换是一种数学工具，用于将一个函 数表示为无穷级数，其中每个项都是正弦和余弦 函数的线性组合。
傅里叶变化的条件
傅里叶变化的条件
傅里叶变换（Fourier transform）是一种将时域信号转化为频
域信号的数学方法。
其条件包括以下几点：
1. 可积条件（Integrability Condition）：信号必须在有限时间
内可积。
即信号的绝对值的积分要小于无穷大。
2. 绝对可和条件（Absolute Summability Condition）：信号的
绝对值的和要收敛。
即信号的绝对值要有有界的求和。
3. 平方可积条件（Square Integrability Condition）：信号的平
方必须在有限时间内可积。
即信号的平方的积分要小于无穷大。
4. 信号的幅度谱存在（Spectral Existence Condition）：信号的
傅里叶变换存在。
傅里叶变换是由信号的幅度谱决定的，因此，信号的幅度谱必须存在。
需要注意的是，这些条件只是确保傅里叶变换的存在性和可计算性，对于实际应用来说，并不一定需要满足所有条件。
傅里叶变换的11个性质公式
傅里叶变换的11个性质公式傅里叶变换的11个性质公式是傅立叶变换的基本性质，由他们可以推出其它性质。
其中包括线性性质、有穷性质、周期性质、旋转性质、折叠性质、应变性质、平移性质、对称性质、频域算子性质、滤波性质、压缩性质等共11条。
1、线性性质：如果x(t)和y(t)是两个信号，则有：X(ω)=F[x(t)]，Y(ω)=F[y(t)]，则有：X(ω)+Y(ω)=F[x(t)+y(t)]；αX(ω)=F[αx(t)]；X(ω)*Y(ω)=F[x(t)*y(t)]。
2、有穷性质：如果x(t)是有穷的，则X(ω)也是有穷的。
3、周期性质：如果x(t)在周期T内无穷重复，则X(ω)也在周期2π/T内无穷重复。
4、旋转性质：X(ω-ω0) = F[x(t)e^(-jω0t)]，即信号x(t)经过相位旋转成x(t)e^(-jω0t)，其傅里叶变换也会经过相位旋转成X(ω-ω0)。
5、折叠性质：X(ω+nω0)=F[x(t)e^(-jnω0t)]，即信号x(t)经过频率折叠后变为x(t)e^(-jnω0t)，其傅里叶变换也会经过频率折叠成X(ω+nω0)。
6、应变性质：X(aω)=F[x(at)]，即信号x(t)经过时间应变成x(at)，其傅里叶变换也会经过频率应变成X(aω)。
7、平移性质：X(ω-ω0) = F[x(t-t0)]，即信号x(t)经过时间平移成x(t-t0)，其傅里叶变换也会经过频率平移成X(ω-ω0)。
8、对称性质：X(-ω) = X*(-ω)，即傅里叶变换的实部和虚部对称。
9、频域算子性质：X(ω)Y(ω)=F[h(t)*x(t)]，即傅里叶变换不仅可以表示信号，还可以表示系统的频域表示，即h(t)*x(t)，其傅里叶变换为X(ω)Y(ω)。
10、滤波性质：H(ω)X(ω)=F[h(t)*x(t)]，即傅里叶变换可以用来表示滤波器的频域表示，即h(t)*x(t)，其傅里叶变换为H(ω)X(ω)。
高等数学 傅里叶变换
高等数学傅里叶变换高等数学中的傅里叶变换是一种重要的数学工具，广泛应用于信号处理、图像处理、物理学、工程学等领域。
它通过将一个函数表示为一系列正弦和余弦函数的叠加，能够将时域上的信号转换到频域上进行分析。
傅里叶变换的基本思想是，将一个函数表示为一系列谐波的叠加。
这些谐波由不同频率、不同振幅的正弦和余弦函数组成。
通过傅里叶变换，我们可以将一个复杂的函数分解为一系列简单的正弦和余弦函数，从而更好地理解和分析信号的特性。
傅里叶变换可以分为连续傅里叶变换和离散傅里叶变换两种形式。
连续傅里叶变换用于处理连续时间信号，而离散傅里叶变换则用于处理离散时间信号。
两者之间的转换关系由采样定理给出。
傅里叶变换在信号处理中有着广泛的应用。
例如，在音频信号处理中，我们可以通过傅里叶变换将时域上的声音信号转换为频域上的频谱，从而可以清晰地看到声音信号中各个频率成分的贡献。
这对于音频的压缩、降噪等处理非常有帮助。
在图像处理中，傅里叶变换也扮演着重要的角色。
通过对图像进行傅里叶变换，我们可以将图像从时域转换到频域，从而可以对图像进行频域滤波、编码、增强等操作。
傅里叶变换的频谱图像也可以用于图像的特征提取和模式识别。
除了在信号处理领域，傅里叶变换在物理学和工程学中也有广泛的应用。
例如，在电路分析中，我们可以通过傅里叶变换将电路中的电压和电流信号转换为频域上的复数形式，从而可以更好地理解和分析电路的工作特性。
在通信系统中，傅里叶变换可以用于信号的调制、解调和滤波等处理。
傅里叶变换的数学原理非常严谨和准确。
它建立在复数和三角函数的基础上，通过对函数进行积分和展开，将函数表示为一系列谐波的叠加。
傅里叶变换的性质包括线性性、平移性、尺度性等，这些性质使得傅里叶变换成为一种非常强大和灵活的数学工具。
尽管傅里叶变换在理论上非常强大，但在实际应用中也存在一些限制。
例如，傅里叶变换假设信号是周期的，但在现实中很多信号是非周期的。
此外，傅里叶变换对噪声和干扰非常敏感，因此需要对信号进行预处理和滤波。
傅里叶变换超详细总结
“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 Ω Z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
=
1• 2 (cn
e inω t
+
•
c−n
e −inω t )
=
Re⎩⎨⎧c•n
e inω
t
⎫ ⎬ ⎭
.
(2).对于n
阶谐波的振幅
•
cn = an − ibn ;
•
c−n = an + ibn
复数形式
实数形式
•
•
cn = c−n = an2 + bn2
复振幅的模,正好是 n上述脉冲信号的一个周期其傅里叶变aedt傅里叶变换的性质1线性利用傅里叶变换的线性特性可以将待求信号分解为若干基本信号之和judujudu1傅里叶级数对应的是周期信号要求在一个周期内能量有限是离散谱代表周期信号第次谐波幅度的大小傅里叶变换对应的是非周期信号要求在整个时间区间内能量有限是连续谱是频谱密度是谐波幅度除以角频率傅里叶级数和傅里叶变换的区别与联系2周期信号的傅里叶级数和用该信号的一个周期所求出的傅里叶变换的关系为
, ,
m≠n m=n
T 2
∫ sin mωt cos nωt d t = 0
−T 2
T
T
2
2
∫ 1⋅ sin nωt d t = ∫ 1⋅ cos nωt d t =0
T
T
−
−
2
傅里叶变换常用公式推导
傅里叶变换常用公式推导傅里叶变换是一种将信号从时域（时序）转换到频域（频率）的数学技术。
它将任意周期函数或有限时间信号分解成一组不同频率的正弦和余弦函数的和。
傅里叶变换的常用公式包括（但不限于）傅里叶级数、傅里叶变换、傅里叶逆变换等。
傅里叶级数是将周期函数分解成一组正弦和余弦函数的和。
设周期为T的连续信号x(t)，其傅里叶级数公式为：x(t) = Σ[aₙcos(nω₀t) + bₙsin(nω₀t)]= a₀/2 + Σ[aₙcos(nω₀t) + bₙsin(nω₀t)]其中，a₀、aₙ、bₙ为系数，通过以下推导可得出它们的表达式：1.对于周期为T的函数x(t)，其傅里叶级数展开为：x(t) = A₀ + Σ[Aₙcos(nω₀t + φₙ)]其中，A₀、Aₙ、φₙ是系数。
2.将x(t)在一个周期内积分得到：∫[0,T]x(t)dt = A₀T + Σ[Aₙ/Tsin(φₙ)]3.由于x(t)在一个周期内的平方和等于其乘以自身的积分值，即：∫[0,T]，x(t)，²dt = ，A₀，²T + Σ[(Aₙ/T)²]4. 根据Dirichlet条件，对于x(t)在一个周期内可积，即：∫[0,T]，x(t)，²dt < ∞5.根据以上两个公式，可得：(A₀T)²+Σ[(Aₙ/T)²]<∞由于正弦函数和余弦函数的平方和有界，所以以上公式成立。
6.将傅里叶级数展开的表达式带入公式(5)，可得：(A₀T)²+Σ[(Aₙ/T)²]<∞7.假设T=2π/ω₀，则ω₀T=2π，进一步有：(A₀(2π/ω₀))²+Σ[(Aₙ/(2π/ω₀))²]<∞8.将公式(7)整理，可得：(1/2π)Σ[A₀²+(2π/ω₀)²(Aₙ²+Bₙ²)]<∞根据以上推导，我们可以求解出傅里叶级数中的系数a₀、aₙ、bₙ。
傅里叶变换
第三章 傅里叶变换一.周期信号的傅里叶级数知 识 要 点1、 周期信号的傅里叶级数任一满足狄利克雷条件的周期信号()f t （1T 为其周期）可展开为傅里叶级数。
(1)三角函数形式的傅里叶级数 0111()[cos()sin()]nn n f t a an t b n t ωω∞==++∑式中112T πω=，n 为正整数。
直流分量010011()t T t a f t dt T +=⎰ 余弦分量的幅度010112()cos()t T t a f t n t dt T ω+=⎰正弦分量的幅度01112()sin()t T n t b f t n t dt T ω+=⎰ 三角函数形式的傅里叶级数的另一种形式为011()cos()nn n f t c cn t ωϕ∞==++∑频谱：离散性、谐波性、收敛性或011()sin()nn n f t d dn t ωϑ∞==++∑以上几种表示形式中各个量之间的关系为000a c d ==n n c d ==cos sin n n n n n a c d ϕϑ== sin cos n n n n n b c d ϕϑ=-=tan nn n a b ϑ=tan nn na b ϕ=-(1,2,)n =,,n n n a c d 为1n ω的偶函数，,,n n n b ϕϑ为1n ω的奇函数。
（2）指数形式的傅里叶级数11()()jn tn f t F n eωω∞=-∞=∑式中，n 为从-∞到+∞的整数。
复数频谱0110111()()t T jn tn t F F n f t e dt T ωω+-==⎰n F 与其他系数之间的关系为 0000F c d a ===1()2n j n n n n F F c a jb ϕ==-1()2n j n n n n F F c a jb ϕ---==+1122n n n n F F c d -====n n n F F a -+=n n n F F c -+=()n n n b j F F -=-n F 是1n ω的偶函数。
傅里叶变换
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18 19 20 21
a>0 变换本身就是一个公式 J0(t) 是0阶第一类贝塞尔函数。 上一个变换的推广形式; Tn (t) 是第一类切比雪夫多项式。
22
变换8的频域对应。
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角频率表 时域信 示的 号 傅里叶变 换
弧频率表 示的 傅里叶变 换
注释
10 11 12 13 14 15 16 17
矩形脉冲和归一化的sinc函数 变换10的频域对应。矩形函数是理想的低通滤波器，sinc函数是这类滤波 器对反因果冲击的响应。 tri 是三角形函数 变换12的频域对应 高斯函数 exp( − αt2) 的傅里叶变换是他本身. 只有当 Re(α) > 0时，这是可 积的。 光学领域应用较多
傅里叶变换族 拉普拉斯轉換 Z轉換 傅里叶级数 傅里叶变换 连续傅里叶变换 離散傅立葉級數 离散时间傅里叶变换 离散傅里叶变换 快速傅里叶变换 分數傅立葉轉換 短時距傅立葉轉換 小波分析 離散小波轉換
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号
傅里叶变 换
傅里叶变 换
1 2 3 4 5 6 7 8 9
平方可积函数
线性 时域平移 频域平移, 变换2的频域对应 如果 值较大，则 会收缩到原点附近，而 会扩散并变得扁 得到.
傅里叶变换的定义公式
傅里叶变换的定义公式傅里叶变换是一种数学工具，常用于信号处理、图像处理和物理学等领域。
它的定义公式如下：傅里叶变换的定义公式为：\[ F(\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} f(t) e^{-i\omega t} dt \]其中，\( F(\omega) \) 是信号\( f(t) \) 的傅里叶变换，\( \omega \) 是频率，\( t \) 是时间。
傅里叶变换的本质是将一个函数在时域（时间域）中的表达转换为频域（频率域）中的表达。
它将信号分解为不同频率的正弦和余弦波的叠加，从而可以更好地理解和分析信号的频谱特性。
在实际应用中，傅里叶变换常用于信号的频谱分析。
通过将信号转换到频域，我们可以得到信号的频率成分和幅度信息，从而可以对信号进行滤波、压缩、编码等操作。
例如，在音频信号处理中，傅里叶变换可以将一个音频信号分解为不同频率的音调，从而可以实现音乐的音高识别、音频压缩等功能。
傅里叶变换还有许多重要的性质和应用。
其中，频谱平移性质是傅里叶变换的基本性质之一。
根据频谱平移性质，如果在时域中的函数发生平移，那么在频域中的函数也会相应地发生平移。
这个性质在信号处理中非常有用，可以用于时域信号的时移和频域信号的频移等操作。
另一个重要的性质是卷积定理。
根据卷积定理，两个函数的卷积在频域中对应着这两个函数的傅里叶变换的乘积。
这个性质在信号处理中广泛应用，可以简化卷积运算的计算过程。
除了频谱分析和卷积运算，傅里叶变换还可以用于信号的滤波和去噪。
通过将信号转换到频域，我们可以选择性地去除频率成分较低或较高的部分，从而实现信号的滤波效果。
同时，傅里叶变换还可以通过滤波器的设计来实现信号的去噪，从而提高信号的质量和可靠性。
傅里叶变换是一种非常强大的数学工具，广泛应用于各个领域。
它的定义公式为\( F(\omega) = \int_{-\infty}^{\infty} f(t) e^{-i\omega t} dt \)，通过将信号从时域转换到频域，我们可以更好地理解和分析信号的特性，并在信号处理和物理学等领域中应用傅里叶变换的各种性质和方法。
傅里叶变换用法
傅里叶变换是一种在数学、工程学和物理学中广泛应用的数学工具。
它可以用于将一个具有周期性的信号从时域转换到频域，以便更方便地分析。
以下是傅里叶变换的基本用法：一、傅里叶变换的定义傅里叶变换是一种函数空间到另一个函数空间的线性映射，具体定义为：给定一个连续时间信号x(t)，它表示一个随时间变化的函数。
对于任意x(t)及其傅里叶变换X(ω)，它们的关系可以表示为X(ω) = ∫t*x(t)e^(-jωt) dt，其中ω为频率变量，t为时间变量。
这种关系就是著名的傅里叶级数或傅里叶变换定理。
二、傅里叶变换的基本性质傅里叶变换具有一些基本性质，这些性质为信号分析提供了强大的工具。
以下是其中一些基本性质：1. 线性性质：傅里叶变换是线性的，这意味着如果将两个信号相加或进行任何形式的线性操作，傅里叶变换的结果将是这两个信号的傅里叶变换的和或线性组合。
2. 时移性质：如果信号x(t)关于时间有恒定的移动，那么傅里叶变换X(ω)在相应位置会有相应的频率移位。
这是因为在时域和频域中，频率的定义是不同的。
3. 频移性质：傅里叶变换有一个性质，即在改变ω的取值时，傅里叶变换的结果将会相应地改变相位。
4. 频域尺度变换：通过改变ω的值，可以对频域中的数据在尺度上变化。
这使得频域分析成为一种强大的工具，可以对信号进行各种尺度比较。
三、傅里叶变换的应用傅里叶变换在许多领域都有应用，包括但不限于工程、物理和生物医学工程。
以下是一些具体的应用：1. 信号处理：傅里叶变换可以将信号从时域转换到频域，这使得各种信号处理任务变得更容易。
例如，通过傅里叶变换，可以找到信号中的主要频率成分，以便对其进行滤波、压缩等操作。
2. 图像处理：傅里叶变换在图像处理中也有应用。
可以将图像从空间域转换到频域，以便进行各种操作，如滤波、噪声消除等。
还可以通过反变换将处理后的频域图像转换回空间域。
3. 调频信号分析：在无线通信中，调频信号是常见的。
通过傅里叶变换，可以分析这些信号的频谱，从而了解信号的传输特性。
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尽管F(u,v)对无穷多个u和v的值重复出现，但只需 根据在任一个周期里的N个值就可以从F(u,v)得到 f(x,y) 只需一个周期里的变换就可将F(u,v)在频域里完全 确定 同样的结论对f(x,y)在空域也成立
傅里叶变换
5.
周期性和共轭对称性
如果f(x,y)是实函数，则它的傅里叶变换具有 共轭对称性
傅里叶变换
一维离散傅里叶变换(DFT)及反变换
单变量离散函数f(x)(x=0,1,2,..,M-1)的傅 里叶变换F(u)定义为
1 F (u ) = M
M −1
∑
x =0
f (x )e − j 2πux / M
u=0,1,2,…,M-1
给定F(u),通过傅里叶反变换可以得到f(x)
M −1
f ( x) =
1 f ( x, y ) = MN
∑∑ f (x, y )
傅里叶变换
7.
平均值 所以
−
f ( x, y ) = F (0,0 )
上式说明：如果f(x,y)是一幅图像，在 原点的傅里叶变换即等于图像的平均灰度 级
傅里叶变换
8.
卷积理论
大小为M×N的两个函数f(x,y)和h(x,y)的离散 卷积 1 M −1 N −1 f ( x, y ) ∗ h ( x, y ) = ∑∑ f (m, n )h(x − m, y − n )
F (u , v ) = F (− u,−v )
傅里叶变换的频率谱是对称的
F (u, v ) = F (− u,−v )
傅里叶变换
傅里叶变换
傅里叶变换及其反变换 傅里叶变换的性质 快速傅里叶变换（FFT）
傅里叶变换
二维傅里叶变换的性质
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
半周期的傅里叶频谱 全周期的傅里叶频谱
一幅二维图像的傅里叶频谱
中心化的傅里叶频谱
傅里叶变换
6.
分离性
1 M −1 − j 2πux / M 1 N −1 − j 2πvy / N ( ) ( ) F u, v = e f x, y e ∑ ∑ M x =0 N y =0 1 M −1 − j 2πux / M = e F ( x, v ) ∑ M x =0
相角或相位谱为
I (u ) φ (u ) = arctan ( ) R u
傅里叶变换
傅里叶变换的极坐标表示
功率谱为
P(u ) = F (u ) = R(u ) + I (u )
2 2 2
f(x)的离散表示
f ( x ) ≅ f ( x0 + x∆x )
x = 0,1,2,..., M − 1
F(u)的离散表示
F (u ) ≅ F (u∆u )
u = 0,1,2,..., M − 1
傅里叶变换
二维离散傅里叶变换及反变换
图像尺寸为M×N的函数f(x,y)的DFT为
1 F (u , v ) = MN
M −1 N −1
∑∑
x =0 y =0
f ( x, y )e − j 2π (ux / M + vy / N )
傅里叶变换
二维DFT的极坐标表示
功率谱为
P(u, v ) = F (u, v ) = R(u, v ) + I (u, v )
2 2 2
F(u,v)的原点变换
ℑ f ( x, y )(− 1)
[
x+ y
] = F (u − M / 2, v − N / 2)
用(-1)x+y乘以f(x,y),将F(u,v)原点变换到频 率坐标下的(M/2，N/2)，它是M×N区域的中心
∑ f ( x )( cos(2π ux / M ) − j sin(2π ux / M ) )
x =0
M −1
傅里叶变换
傅里叶变换的极坐标表示
F (u ) = F (u ) e − jφ (u )
幅度或频率谱为
F (u ) = R(u ) + I (u )
2
[
1 2 2
]
R(u)和I(u)分别是F(u)的实部和虚部
u=0,1,2,…,M-1,
M −1 N −1 u =0 v =0
v=0,1,2,…,N-1
给出F(u,v),可通过反DFT得到f(x,y),
f ( x, y ) =
∑ ∑ F (u, v )e
j 2π (ux / M + vy / N )
x=0,1,2,…,M-1,
y=0,1,2,…,N-1
注：u和v是频率变量，x和y是空间或图像变量
研究生课程
数字图像处理 Digital Image Processing
彭宇新 北京大学计算机科学技术研究所 E_mail:pengyuxin@
傅里叶变换
傅里叶变换
傅里叶变换及其反变换 傅里叶变换的性质 快速傅里叶变换（FFT）
傅里叶变换
为什么要在频率域研究图像增强
傅里叶变换
一维连续傅里叶变换及反变换
单变量连续函数f(x)的傅里叶变换F(u)定义
F (u ) =
为
∫
∞
−∞
f ( x )e − j 2πux dx
其中， j =
−1
给定F(u),通过傅里叶反变换可以得到f(x)
f ( x) =
∫
∞
−∞
F (u )e j 2πux du
傅里叶变换
二维连续傅里叶变换及反变换
上述公式表明：傅里叶变换对加法满足分配 律，但对乘法则不满足
傅里叶变换
3.
尺度变换（缩放）
给定2个标量a和b，可以证明对傅里叶变换下列 2个公式成立
af ( x, y ) ⇔ aF (u , v )
1 f (ax, by ) ⇔ F (u / a, v / b ) ab
傅里叶变换
4.
旋转性
引入极坐标 x = r cos θ , y = r sin θ , u = ω cos ϕ , v = ω sin ϕ 将f(x,y)和F(u,v)转换为 (r ,θ ) 和 F (ω , ϕ )。将它 们带入傅里叶变换对得到
MN
m =0 n =0
f*表示f的复共轭。对于实函数， f*＝f 相关定理
f (x, y ) h(x, y ) ⇔ F * (u, v )H (u, v )
f * (x, y )h(x, y ) ⇔ F (u, v ) H (u, v )
傅里叶变换
自相关理论
f (x, y ) f (x, y ) ⇔ F (u, v ) = R(u, v ) + I (u, v )
F (u , v ) = F (− u ,−v )
∗
F (u , v ) = F (− u ,−v )
其中，F*(u,v)为F(u,v)的复共轭。
复习：当两个复数实部相等,虚部互为相反数时,这两个 复数叫做互为共轭复数.
周期性和共轭对称性举例
对于一维变换F(u)，周期性是指F(u)的周期长 度为M，对称性是指频谱关于原点对称
当u0=M/2且v0=N/2,
j 2π ( u 0 x / M + v0 y / N )
e
=e
jπ ( x + y )
= (− 1)
x+ y
带入（1）和（2），得到
f (x, y )(− 1)
x+ y
⇔ F (u − M / 2, v − N / 2)
u +v
f (x − M / 2, y − N / 2) ⇔ F (u, v )(− 1)
u=0,1,2,…,M-1,
v=0,1,2,…,N-1
傅里叶变换
F(0,0)表示
1 F (0,0 ) = MN
M −1 N −1 x =0 y =0
∑∑ f (x, y )
这说明：假设f(x,y)是一幅图像，在原点的傅 里叶变换等于图像的平均灰度级
傅里叶变换 如果f(x,y)是实函数，它的傅里叶变换是 对称的，即
f (r , θ + θ 0 ) ⇔ F (ω , ϕ + θ 0 )
f(x,y)旋转角度 θ 0 ，F(u,v)也将转过相同 的角度 F(u,v)旋转角度 θ 0 ，f(x,y)也将转过相同 的角度
傅里叶变换
5.
周期性和共轭对称性
F (u , v ) = F (u + M , v ) = F (u , v + N ) = F (u + M , v + N ) f ( x, y ) = f ( x + M , y ) = f ( x, y + N ) = f ( x + M , y + N ) 上述公式表明
2 2 2
f (x, y ) ⇔ F (u, v ) F (u, v )
(1) (2)
公式（1）表明将f(x,y)与一个指数项相乘就相当于 把其变换后的频域中心移动到新的位置 公式（2）表明将F(u,v)与一个指数项相乘就相当于 把其变换后的空域中心移动到新的位置 公式（2）表明对f(x,y)的平移不影响其傅里叶变换 的幅值
傅里叶变换
1.
傅里叶变换对的平移性质（续）
二维连续函数f(x,y)的傅里叶变换F(u,v)定 义为