天天看点

matlab自带的傅里叶反变换函数_第四章 频率域滤波-(三)取样和取样函数的傅里叶变换之混淆...

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一碗黄河水来,半碗是泥沙。谁说得清是水裹挟了泥,还是泥浸染了水。

混淆?就是然不清了嘛。

狭义上的混淆

为什么我非想给它加个定语呢,因为混淆也要分类呢。

其实,雷神只是给“

欠采样

”起了一个别名。我们可以翻一翻之前的采样图就知道了。

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欠采样

奎更斯特(香农)采样定理告诉我们,如果想要还原回原来的函数

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,一定要用大于

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最大频率的

两倍

的采样函数来采样。

如果我就是不听,就对一个带限函数用低于其最大频率2倍的取样率来取样,会发生什么情况呢?答案是欠采样!会得到一个周期重叠的

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, 这样的函数用什么样子的滤波器都没办法还原回原始的频率了。

因为得到的

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已经是一个被相邻周期低频或高频干扰了的,这就叫

频率混淆

。而被其他频率混淆(干扰)的函数是不能完全通过反傅里叶变换还原回原函数的。

广义上的混淆

如果我们认为我们完全遵守奎更斯特(香农)定理,就万事大吉了。雷神高速我们:Too Young Too Simple.

因为在绝大多数的采样过程中,混淆总是存在的!
为什么混淆总会存在?奎更斯特是个大骗子吗?

原因是尽管原始取样过的函数是带限的,但是在实践中,我们必须要限制取样的时间,那么正是这有限的时间,就会引入无限的频率分量。

为什么有限时间就会引入额外的频率分量呢?时间有罪吗?
  • 再识带限函数

要回答这个问题,我们还是要从带限函数入手。拿我们一直举例子的那个带限函数:

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带限函数f(x)的傅里叶变换

我们一直在看的是这个带限函数的频域图,为什么不瞅一瞅它的时域真身是什么样子的呢?因为太难了!比如应该类似下图:

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类似这种

它在时域上应该是多个单频信号在时间

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的叠加!

  • 有限时间限制

那么问题来了,实际工程中我们不可能做不限时长的采样的,这就要把带限函数

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引入到有限的时间

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中。怎么引入呢?这难不倒我们,让带限函数

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乘以下面这个函数

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就可以了:

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为什么是这个函数,看一看

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长啥样就妥妥的了:

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类似这样的f(t)

  • 引入额外频率

有限时间的引入很简单,但是我们知道

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的傅里叶变换

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具有无限扩展的频率分量。而根据傅里叶变换:时域的相乘,又是频域上的卷积。

所以,

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的引入就会让原本的带限函数

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多了无穷个频率分量,进而它又变成了不是带限函数了。因此雷神才会说:

  • 没有有限的持续时间的函数是带限的;
  • 带限函数的时间一定是
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    的;
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都不是带限函数了,那么就没有了最高频率之说了,没有最高频率,奎更斯特的2倍采样定理又怎么应用?如果强制采样,就只能一种结果:混淆!

抗混淆

虽然在实操过程中没有办法避免混淆,但是工程师存在的意义就是尽量降低影响。

既然我们知道了混淆的原因是

有限长度的取样和记录工作

,那么我们可以

通过平滑输入函数减少高频分量的方法

(如对图像采用散焦方法)来降低混淆的影响。

所有我们做的这些努力,都称为抗混淆。

需要注意的是,它必须在函数被采样之前完成,因为混淆是一个取样问题,而取样问题不能使用计算技术“时候消除”。

哎,这就像爱情。本来想谈个恋爱,没想到婚姻把我变成了另外一个人。

不完美!