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卷積核

發布時間:2024-11-25 16:58:15 瀏覽量:401 作者:Paul

正文


卷積核


函數濾波,除了在傅裏葉平麵的濾波外,還可以采用卷積的方法進行濾波。這裏以高斯函數為(wei) 例,對信號濾波,高斯函數形式為(wei)

其中指代方差=1時,函數的的傅裏葉變化結果為(wei)

若高斯函數采樣點數為(wei) 3, 其傅裏葉變換後的公式為(wei)



若高斯函數采樣點數為(wei) 5, 其傅裏葉變換公式為(wei)



若高斯函數采樣點數為(wei) 7,其傅裏葉變換公式為(wei)



=4時,函數的的傅裏葉變化結果為(wei)


若高斯函數采樣點數為(wei) 3, 其傅裏葉變換後的公式為(wei)



若高斯函數采樣點數為(wei) 5, 其傅裏葉變換公式為(wei)



若高斯函數采樣點數為(wei) 7,其傅裏葉變換公式為(wei)



上述兩(liang) 個(ge) 例子,一個(ge) 時增加高斯函數的采樣寬度,即卷積核的大小,可以令低通濾波器迅速下降,增加會(hui) 減小低通濾波器的帶寬。


上述例子橫軸取值範圍時保持在之間,如果將範圍進一步口中到[-6\[Pi], 6\[Pi]]之間,並且仍舊時以=1作為(wei) 例子,采樣點數為(wei) 3



從(cong) 曲線可以看出,高頻信號是沒有截至的。因此認為(wei) ,如果使用這種類型的高斯低通濾波器,可以改善吉布斯的效應。

例子1- 正弦信號

信號采用兩(liang) 個(ge) 正弦信號疊加而成,其中一個(ge) 是低頻正弦,另一個(ge) 是高頻正弦。通過低通濾波器後,低頻信號可以被保留,高頻信號被抑製。信號長度為(wei) 201, 對其傅裏葉區間做濾波,濾波區間令61~141的值都為(wei) 零



經過濾波後,信號兩(liang) 端因為(wei) 吉布斯現象,出現明顯的振鈴。



如果采用高斯低通濾波器,構建一個(ge) 類似的低通濾波器,卷積核大小為(wei) 11, 方差設置為(wei) 2.5,得到的濾波器形狀為(wei)



經過低通濾波器後的波形為(wei)



例子2-矩形

因為(wei) 上述例子可能並不是特別明顯,使用一個(ge) 矩形作為(wei) 例子,信號波形如圖所示



同樣是將傅裏葉區間61~141個(ge) 像素置零後,作為(wei) 一個(ge) 低通濾波器,得到的信號在邊沿還是有明顯的吉布斯現象



如果采用卷積的方式,在傅裏葉頻譜範圍內(nei) 濾除了高頻信號,但是在傅裏葉區間的範圍外的高頻信號卻能夠保留。



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