Анализ Фурье - Fourier analysis

Преобразования Фурье
	Непрерывное преобразование Фурье
	Ряд Фурье
	Дискретное преобразование Фурье
	Дискретное преобразование Фурье
	Дискретное преобразование Фурье над кольцом
	Анализ Фурье
	Связанные преобразования

Временной сигнал открытой струны A для бас-гитары (55 Гц).

Преобразование Фурье временного сигнала бас-гитары открытой ноты A (55 Гц). Фурье-анализ выявляет колебательные компоненты сигналов и функций.

В математика, Анализ Фурье (/ˈжʊrяeɪ,-яər/)^[1] это исследование общего функции могут быть представлены или аппроксимированы суммами более простых тригонометрические функции. Фурье-анализ вырос из изучения Ряд Фурье, и назван в честь Жозеф Фурье, который показал, что представление функции как сумма тригонометрических функций значительно упрощает изучение теплопередача.

Сегодня предмет анализа Фурье охватывает широкий спектр математики. В науке и технике процесс разложения функции на колебательный компонентов часто называют анализом Фурье, в то время как операция восстановления функции из этих частей известна как Синтез Фурье. Например, определение того, какой компонент частоты присутствуют в музыкальной ноте, потребуют вычисления преобразования Фурье выбранной музыкальной ноты. Затем можно было бы повторно синтезировать тот же самый звук, включив частотные компоненты, выявленные в анализе Фурье. В математике термин Анализ Фурье часто относится к изучению обеих операций.

Сам процесс декомпозиции называется Преобразование Фурье. Его выход, преобразование Фурье, часто дается более конкретное имя, которое зависит от домен и другие свойства преобразуемой функции. Более того, первоначальная концепция анализа Фурье со временем была расширена, чтобы применяться ко все более и более абстрактным и общим ситуациям, и общая область часто известна как гармонический анализ. Каждый преобразовать используется для анализа (см. список преобразований, связанных с Фурье ) имеет соответствующий обратный преобразование, которое можно использовать для синтеза.

Приложения

Фурье-анализ имеет множество научных приложений - в физика, уравнения в частных производных, теория чисел, комбинаторика, обработка сигналов, цифровая обработка изображений, теория вероятности, статистика, криминалистика, опционная цена, криптография, числовой анализ, акустика, океанография, сонар, оптика, дифракция, геометрия, белок структурный анализ и другие области.

Такая широкая применимость проистекает из многих полезных свойств преобразований:

Преобразования линейные операторы и при правильной нормализации равны унитарный а также (свойство, известное как Теорема Парсеваля или, в более общем смысле, как Теорема Планшереля, и чаще всего через Понтрягинская двойственность ).^[2]
Преобразования обычно обратимы.
В экспоненциальные функции находятся собственные функции из дифференциация, что означает, что это представление преобразует линейные дифференциальные уравнения с постоянные коэффициенты в обычные алгебраические.^[3] Следовательно, поведение линейная инвариантная во времени система можно анализировать на каждой частоте независимо.
Посредством теорема свертки, Преобразование Фурье превращает сложную свертка операции в простое умножение, что означает, что они обеспечивают эффективный способ вычисления операций на основе свертки, таких как многочлен умножение и умножение больших чисел.^[4]
В дискретный версию преобразования Фурье (см. ниже) можно быстро оценить на компьютерах, используя быстрое преобразование Фурье (БПФ) алгоритмы.^[5]

В судебной экспертизе лабораторные инфракрасные спектрофотометры используют анализ с преобразованием Фурье для измерения длин волн света, при которых материал будет поглощать в инфракрасном спектре. Метод FT используется для декодирования измеренных сигналов и записи данных о длинах волн. А с помощью компьютера эти вычисления Фурье выполняются быстро, так что в считанные секунды управляемый компьютером FT-IR прибор может создать картину поглощения инфракрасного излучения, сравнимую с таковой у призматического прибора.^[6]

Преобразование Фурье также полезно как компактное представление сигнала. Например, JPEG сжатие использует вариант преобразования Фурье (дискретное косинусное преобразование ) небольших квадратных кусочков цифрового изображения. Компоненты Фурье каждого квадрата округляются в меньшую сторону. арифметическая точность, а слабые компоненты полностью исключены, поэтому оставшиеся компоненты можно хранить очень компактно. При реконструкции изображения каждый квадрат изображения повторно собирается из сохраненных приближенных преобразованных Фурье компонентов, которые затем подвергаются обратному преобразованию для получения приближения к исходному изображению.

Приложения в обработке сигналов

При обработке сигналов, например аудио, радиоволны, световые волны, сейсмические волны и даже изображения, анализ Фурье может выделить узкополосные компоненты составной формы волны, концентрируя их для более легкого обнаружения или удаления. Большое семейство методов обработки сигналов состоит из преобразования Фурье сигнала, простого управления преобразованными Фурье данными и обращения преобразования.^[7]

Вот некоторые примеры:

Выравнивание аудиозаписей с серией полосовые фильтры;
Цифровой радиоприем без супергетеродинный схема, как в современном сотовом телефоне или радио сканер;
Обработка изображений удалить периодические или анизотропный артефакты, такие как неровности из чересстрочного видео, удалить артефакты из полоса аэрофотосъемки, или волновые узоры из радиочастотные помехи в цифровой камере;
Взаимная корреляция похожих изображений для совмещения;
Рентгеновская кристаллография восстановить кристаллическую структуру по ее дифракционной картине;
Ионный циклотронный резонанс с преобразованием Фурье масс-спектрометрия для определения массы ионов по частоте циклотронного движения в магнитном поле;
Многие другие формы спектроскопии, включая инфракрасный и ядерный магнитный резонанс спектроскопии;
Генерация звука спектрограммы используется для анализа звуков;
Пассивный сонар используется для классификации целей по шуму оборудования.

Варианты анализа Фурье

Преобразование Фурье и 3 варианта, вызванные периодической выборкой (с интервалом T) и / или периодическим суммированием (с интервалом P) лежащей в основе функции временной области. Относительная вычислительная простота последовательности ДПФ и понимание, которое она дает

S (ж)

сделать его популярным инструментом анализа.

(Непрерывное) преобразование Фурье

Чаще всего безоговорочный термин преобразование Фурье относится к преобразованию функций непрерывного настоящий аргумент, и он производит непрерывную функцию частоты, известную как Распределение частоты. Одна функция преобразуется в другую, и операция обратима. Когда область определения входной (начальной) функции - время ( $т$ ), а область определения выходной (конечной) функции - обычная частота, преобразование функции $s (т)$ с частотой $ж$ дается комплексным числом:

{displaystyle S (f) = int _ {- infty} ^ {infty} s (t) cdot e ^ {- i2pi ft}, dt.}

Оценивая эту величину для всех значений $ж$ производит частотная область функция. потом $s (т)$ можно представить как рекомбинацию комплексные экспоненты всех возможных частот:

{displaystyle s (t) = int _ {- infty} ^ {infty} S (f) cdot e ^ {i2pi ft}, df,}

что является формулой обратного преобразования. Комплексное число, $S (ж)$ , передает как амплитуду, так и фазу частоты $ж$ .

Видеть преобразование Фурье для получения дополнительной информации, в том числе:

условные обозначения для нормализации амплитуды и масштабирования частоты / единицы измерения
преобразовать свойства
табличные преобразования конкретных функций
расширение / обобщение для функций нескольких измерений, таких как изображения.

Ряд Фурье

Преобразование Фурье периодической функции, $s п (т)$ , с периодом $п$ , становится Гребень Дирака функция, модулируемая последовательностью сложных коэффициенты:

{displaystyle S [k] = {frac {1} {P}} int _ {P} s_ {P} (t) cdot e ^ {- i2pi {frac {k} {P}} t}, dt, quad kin mathbb {Z},}

(куда

\int п

- интеграл по любому интервалу длины п).

Обратное преобразование, известное как Ряд Фурье, является представлением $s п (т)$ в терминах суммы потенциально бесконечного числа гармонически связанных синусоид или комплексная экспонента функции, каждая из которых имеет амплитуду и фазу, определяемую одним из коэффициентов:

{displaystyle s_ {P} (t) = {mathcal {F}} ^ {- 1} left {sum _ {k = -infty} ^ {+ infty} S [k], delta left (f- {frac {k } {P}} ight) ight} = sum _ {k = -infty} ^ {infty} S [k] cdot e ^ {i2pi {frac {k} {P}} t}.}

Когда $s п (т)$ , выражается как периодическое суммирование другой функции, $s (т)$ :

{displaystyle s_ {P} (t), riangleq, sum _ {m = -infty} ^ {infty} s (t-mP),}

коэффициенты пропорциональны выборкам $S (ж)$ через дискретные промежутки времени $1 / п$ :

{displaystyle S [k] = {frac {1} {P}} cdot Sleft ({frac {k} {P}} ight).}

^[A]

Достаточное условие для выздоровления $s (т)$ (и поэтому $S (ж)$ ) только из этих выборок (т.е. из ряда Фурье) заключается в том, что ненулевая часть $s (т)$ быть ограниченным известным интервалом продолжительности $п$ , которая является частотной областью, двойственной Теорема выборки Найквиста – Шеннона.

Видеть Ряд Фурье для получения дополнительной информации, включая историческое развитие.

Дискретное преобразование Фурье (ДВПФ)

DTFT является математическим двойником ряда Фурье во временной области. Таким образом, сходящаяся периодическое суммирование в частотной области может быть представлен рядом Фурье, коэффициенты которого являются выборками связанной функции непрерывного времени:

{displaystyle S_ {frac {1} {T}} (f) riangleq underbrace {sum _ {k = -infty} ^ {infty} Sleft (f- {frac {k} {T}} ight) эквивалент overbrace {sum _ {n = -infty} ^ {infty} s [n] cdot e ^ {- i2pi fnT}} ^ {ext {ряд Фурье (DTFT)}}} _ {ext {формула суммирования Пуассона}} = {mathcal {F} } left {sum _ {n = -infty} ^ {infty} s [n] delta (t-nT) ight} ,,}

который известен как DTFT. Таким образом DTFT из $s [п]$ последовательность также преобразование Фурье модулированных Гребень Дирака функция.^[B]

Коэффициенты ряда Фурье (и обратное преобразование) определяются как:

{displaystyle s [n] riangleq Tint _ {frac {1} {T}} S_ {frac {1} {T}} (f) cdot e ^ {i2pi fnT}, df = Tunderbrace {int _ {- infty} ^ {infty} S (f) cdot e ^ {i2pi fnT}, df} _ {riangleq, s (nT)}.}.

Параметр $Т$ соответствует интервалу выборки, и этот ряд Фурье теперь можно распознать как форму Формула суммирования Пуассона. Таким образом, мы получили важный результат: когда дискретная последовательность данных, $s [п]$ , пропорциональна выборкам лежащей в основе непрерывной функции, $s (т)$ , можно наблюдать периодическое суммирование непрерывного преобразования Фурье: $S (ж)$ . Это краеугольный камень в основе цифровая обработка сигналов. Кроме того, при определенных идеализированных условиях теоретически можно восстановить $S (ж)$ и $s (т)$ точно. Достаточным условием полного восстановления является то, что ненулевая часть $S (ж)$ быть ограниченным известным частотным интервалом шириной $1 / Т$ . Когда этот интервал $[- 1 / 2 Т, 1 / 2 Т]$ , применимой формулой восстановления является Формула интерполяции Уиттекера – Шеннона.

Еще одна причина заинтересоваться $S 1 / т (ж)$ в том, что он часто дает представление о количестве сглаживание вызвано процессом отбора проб.

Применение DTFT не ограничивается дискретными функциями. Видеть Дискретное преобразование Фурье для получения дополнительной информации по этой и другим темам, в том числе:

нормализованные единицы частоты
управление окнами (последовательности конечной длины)
преобразовать свойства
табличные преобразования конкретных функций

Дискретное преобразование Фурье (ДПФ)

Подобно ряду Фурье, ДВПФ периодической последовательности, $s N [п]$ , с периодом $N$ , становится гребенчатой функцией Дирака, модулированной последовательностью комплексных коэффициентов (см. DTFT § Периодические данные ):

{displaystyle S [k] = sum _ {n} s_ {N} [n] cdot e ^ {- i2pi {frac {k} {N}} n}, quad kin mathbb {Z},}

(куда

\sum п

это сумма по любой последовательности длины

N

).

В $S [k]$ последовательность - это то, что обычно называют DFT одного цикла $s N$ . Это также $N$ -периодический, поэтому никогда не требуется вычислять больше, чем $N$ коэффициенты. Обратное преобразование, также известное как дискретный ряд Фурье, дан кем-то:

{displaystyle s_ {N} [n] = {frac {1} {N}} sum _ {k} S [k] cdot e ^ {i2pi {frac {n} {N}} k},}

куда

\sum k

это сумма по любой последовательности длины

N

.

Когда $s N [п]$ выражается как периодическое суммирование другой функции:

{displaystyle s_ {N} [n], riangleq, sum _ {m = -infty} ^ {infty} s [n-mN],}

и

{displaystyle s [n], riangleq, s (nT),}

^[C]

коэффициенты пропорциональны выборкам $S 1 / т (ж)$ через дискретные промежутки времени $1 / п = 1 / NT$ :

{displaystyle S [k] = {frac {1} {T}} cdot S_ {frac {1} {T}} left ({frac {k} {P}} ight).}

^[D]

И наоборот, если нужно вычислить произвольное число ( $N$ ) дискретных отсчетов одного цикла непрерывного ДВПФ, $S 1 / т (ж)$ , это можно сделать, вычислив относительно простое ДПФ $s N [п]$ , как определено выше. В большинстве случаев, $N$ выбирается равным длине ненулевой части $s [п]$ . Увеличение $N$ , известный как заполнение нулями или же интерполяция, приводит к более близким выборкам одного цикла $S 1 / т (ж)$ . Уменьшение $N$ , вызывает перекрытие (добавление) во временной области (аналогично сглаживание ), что соответствует децимации в частотной области. (видеть DTFT § Выборка DTFT ) В большинстве случаев, представляющих практический интерес, $s [п]$ последовательность представляет собой более длинную последовательность, которая была усечена применением конечной длины оконная функция или же КИХ-фильтр множество.

ДПФ можно вычислить с помощью быстрое преобразование Фурье (БПФ), что делает его практичным и важным преобразованием на компьютерах.

Видеть Дискретное преобразование Фурье для получения дополнительной информации, в том числе:

преобразовать свойства
Приложения
табличные преобразования конкретных функций

Резюме

Для периодических функций как преобразование Фурье, так и DTFT содержат только дискретный набор частотных компонентов (ряд Фурье), и преобразования расходятся на этих частотах. Одна из распространенных практик (не обсуждаемых выше) - это устранение расхождений с помощью Дельта Дирака и Гребень Дирака функции. Но одна и та же спектральная информация может быть получена только из одного цикла периодической функции, поскольку все остальные циклы идентичны. Точно так же функции конечной длительности могут быть представлены в виде ряда Фурье без фактической потери информации, за исключением того, что периодичность обратного преобразования является простым артефактом.

На практике это обычное дело в течение s(•) быть ограниченным периодом, $п$ или же $N$ . Но эти формулы не требуют этого условия.

$s (т)$ трансформируется (непрерывное время)
	Непрерывная частота	Дискретные частоты
Преобразовать	${displaystyle S (f), riangleq, int _ {- infty} ^ {infty} s (t) cdot e ^ {- i2pi ft}, dt}$	${displaystyle overbrace {{frac {1} {P}} cdot Sleft ({frac {k} {P}} ight)} ^ {S [k]}, riangleq, {frac {1} {P}} int _ { -infty} ^ {infty} s (t) cdot e ^ {- i2pi {frac {k} {P}} t}, dtequiv {frac {1} {P}} int _ {P} s_ {P} (t ) cdot e ^ {- i2pi {frac {k} {P}} t}, dt}$
Обратный	${displaystyle s (t) = int _ {- infty} ^ {infty} S (f) cdot e ^ {i2pi ft}, df}$	${displaystyle underbrace {s_ {P} (t) = sum _ {k = -infty} ^ {infty} S [k] cdot e ^ {i2pi {frac {k} {P}} t}} _ {ext {Poisson формула суммирования (ряд Фурье)}},}$

$s (нТл)$ преобразовывает (дискретное время)
	Непрерывная частота	Дискретные частоты
Преобразовать	${displaystyle underbrace {{frac {1} {T}} S_ {frac {1} {T}} (f), riangleq, sum _ {n = -infty} ^ {infty} s (nT) cdot e ^ {- i2pi fnT}} _ {ext {Формула суммирования Пуассона (DTFT)}}}$	${displaystyle {egin {align} overbrace {{frac {1} {T}} S_ {frac {1} {T}} left ({frac {k} {NT}} ight)} ^ {S [k]}, & riangleq, sum _ {n = -infty} ^ {infty} s (nT) cdot e ^ {- i2pi {frac {kn} {N}}} & Equiv underbrace {sum _ {n} s_ {P} (nT ) cdot e ^ {- i2pi {frac {kn} {N}}}} _ {ext {DFT}}, конец {выровнен}}}$
Обратный	${displaystyle s (nT) = Tint _ {frac {1} {T}} {frac {1} {T}} S_ {frac {1} {T}} (f) cdot e ^ {i2pi fnT}, df}$ ${displaystyle sum _ {n = -infty} ^ {infty} s (nT) cdot delta (t-nT) = underbrace {int _ {- infty} ^ {infty} {frac {1} {T}} S_ {frac {1} {T}} (f) cdot e ^ {i2pi ft}, df} _ {ext {обратное преобразование Фурье}},}$	${displaystyle {egin {выравнивается} s_ {P} (nT) & = overbrace {{frac {1} {N}} sum _ {k} S [k] cdot e ^ {i2pi {frac {kn} {N}} }} ^ {ext {inverse DFT}} & = {frac {1} {P}} sum _ {k} S_ {frac {1} {T}} left ({frac {k} {P}} ight) cdot e ^ {i2pi {frac {kn} {N}}} конец {выровнено}}}$

Свойства симметрии

Когда действительная и мнимая части сложной функции разлагаются на их четные и нечетные части, имеется четыре компонента, обозначенных ниже индексами RE, RO, IE и IO. Между четырьмя компонентами комплексной функции времени и четырьмя компонентами ее комплексного частотного преобразования существует взаимно однозначное соответствие.:^[8]

{displaystyle {egin {array} {rccccccccc} {ext {Time domain}} & s & = & s _ {_ {ext {RE}}} & + & s _ {_ {ext {RO}}} & + & is _ {_ {ext {IE }}} & + & underbrace {i s _ {_ {ext {IO}}}} & {Bigg Updownarrow} {mathcal {F}} && {Bigg Updownarrow} {mathcal {F}} && {Bigg Updownarrow} {mathcal { F}} && {Bigg Updownarrow} {mathcal {F}} && {Bigg Updownarrow} {mathcal {F}} {ext {Frequency domain}} & S & = & S_ {ext {RE}} & + & overbrace {, i S_ { ext {IO}},} & + & iS_ {ext {IE}} & + & S_ {ext {RO}} end {array}}}

Отсюда очевидны различные отношения, например:

Преобразование вещественной функции ( $s RE + s RO$ ) это даже симметричный функция $S RE + я S IO$ . И наоборот, четно-симметричное преобразование подразумевает действительную временную область.
Преобразование мнимозначной функции ( $я s IE + я s IO$ ) это нечетно симметричный функция $S RO + я S IE$ , и верно обратное.
Преобразование четно-симметричной функции ( $s RE + я s IO$ ) - вещественная функция $S RE + S RO$ , и верно обратное.
Преобразование нечетно-симметричной функции ( $s RO + я s IE$ ) - мнимозначная функция $является IE + я S IO$ , и верно обратное.

Преобразования Фурье на произвольных локально компактных абелевых топологических группах

Варианты Фурье также могут быть обобщены на преобразования Фурье на произвольных локально компактный Абелев топологические группы, которые изучаются в гармонический анализ; там преобразование Фурье переводит функции на группе в функции на дуальной группе. Эта обработка также позволяет получить общую формулировку теорема свертки, который связывает преобразования Фурье и извилины. См. Также Понтрягинская двойственность для обобщенных основ преобразования Фурье.

Более конкретно, анализ Фурье может выполняться на смежных классах,^[9] даже дискретные классы.

Частотно-временные преобразования

В обработка сигналов термины, функция (времени) - это представление сигнала с идеальным разрешение по времени, но нет частотной информации, в то время как преобразование Фурье имеет идеальную разрешение по частоте, но нет информации о времени.

В качестве альтернативы преобразованию Фурье в частотно-временной анализ, используется частотно-временное преобразование для представления сигналов в форме, которая содержит некоторую информацию о времени и некоторую частотную информацию - с помощью принцип неопределенности, между ними есть компромисс. Это могут быть обобщения преобразования Фурье, такие как кратковременное преобразование Фурье, то Преобразование Габора или же дробное преобразование Фурье (FRFT) или может использовать разные функции для представления сигналов, как в вейвлет-преобразования и чирплет преобразовывает, с вейвлет-аналогом (непрерывного) преобразования Фурье, являющегося непрерывное вейвлет-преобразование.

История

Примитивная форма гармонического ряда восходит к древнему Вавилонская математика, где они использовались для вычисления эфемериды (таблицы астрономических положений).^[10]^[11]^[12]^[13]

Классические греческие концепции деферент и эпицикл в Система Птолемея астрономии были связаны с рядами Фурье (см. Диерент и эпицикл § Математический формализм ).

В наше время варианты дискретного преобразования Фурье использовались Алексис Клеро в 1754 году для вычисления орбиты,^[14]который был описан как первая формула для ДПФ,^[15]а в 1759 г. Жозеф Луи Лагранж, при вычислении коэффициентов тригонометрического ряда для колеблющейся струны.^[15] Технически работа Клеро представляла собой серию, состоящую только из косинусов (форма дискретное косинусное преобразование ), в то время как работа Лагранжа представляла собой серию, состоящую только из синусов (форма дискретное синусоидальное преобразование ); истинный косинус + синус ДПФ был использован Гаусс в 1805 г. для тригонометрическая интерполяция из астероид орбиты.^[16]Эйлер и Лагранж дискретизировали проблему вибрирующей струны, используя то, что сегодня назвали бы образцами.^[15]

Ранним современным развитием анализа Фурье была статья 1770 г. Réflexions sur la résolution algébrique des équations Лагранжа, который в методе Резольвенты Лагранжа использовал сложное разложение Фурье для изучения решения кубики:^[17]Лагранж преобразовал корни $Икс 1, Икс 2, Икс 3$ в противовоспалительные средства:

{displaystyle {egin {выравнивается} r_ {1} & = x_ {1} + x_ {2} + x_ {3} r_ {2} & = x_ {1} + zeta x_ {2} + zeta ^ {2} x_ {3} r_ {3} & = x_ {1} + дзета ^ {2} x_ {2} + дзета x_ {3} конец {выровнено}}}

куда $ζ$ это кубический корень единства, которое является ДПФ порядка 3.

Ряд авторов, в частности Жан ле Ронд д'Аламбер, и Карл Фридрих Гаусс использовал тригонометрический ряд изучить уравнение теплопроводности,^[18] но прорывным развитием стала газета 1807 г. Память о пропаганде шаллера в солидном корпусе к Жозеф Фурье, чья основная идея заключалась в моделировании все функции тригонометрическими рядами, вводя ряд Фурье.

Историки расходятся во мнениях относительно того, насколько Лагранжу и другим следует приписывать развитие теории Фурье: Даниэль Бернулли и Леонард Эйлер ввел тригонометрические представления функций, а Лагранж дал решение волнового уравнения в виде ряда Фурье, так что вклад Фурье в основном заключался в смелом утверждении, что произвольная функция может быть представлена рядом Фурье.^[15]

Последующая разработка месторождения известна как гармонический анализ, а также ранний пример теория представлений.

Первый алгоритм быстрого преобразования Фурье (БПФ) для ДПФ был открыт около 1805 г. Карл Фридрих Гаусс при интерполяции измерений орбиты астероидов Юнона и Паллада, хотя этот конкретный алгоритм БПФ чаще приписывают его современным переоткрывателям Кули и Тьюки.^[16]^[14]

Устный перевод с точки зрения времени и частоты

В обработка сигналов, преобразование Фурье часто принимает Временные ряды или функция непрерывное время, и отображает его в частотный спектр. То есть он принимает функцию из временной области в частота домен; это разложение функции в синусоиды разных частот; в случае Ряд Фурье или же дискретное преобразование Фурье синусоиды гармоники основной частоты анализируемой функции.

Когда функция $ж$ является функцией времени и представляет собой физический сигнал, преобразование имеет стандартную интерпретацию как частотный спектр сигнала. В величина получившейся комплекснозначной функции $F$ с частотой $ω$ представляет амплитуда частотной составляющей, чья начальный этап дается фазой $F$ .

Преобразования Фурье не ограничиваются функциями времени и временными частотами. Их в равной степени можно применять для анализа пространственный частот, да и вообще практически для любой функциональной области. Это оправдывает их использование в таких разнообразных отраслях, как обработка изображений, теплопроводность, и автоматический контроль.

Смотрите также

Примечания

^ ${displaystyle int _ {P} left (sum _ {m = -infty} ^ {infty} s (t-mP) ight) cdot e ^ {- i2pi {frac {k} {P}} t}, dt = underbrace {int _ {- infty} ^ {infty} s (t) cdot e ^ {- i2pi {frac {k} {P}} t}, dt} _ {riangleq, Sleft ({frac {k} {P}} ight)}}$
^ Также отметим, что:
${displaystyle {egin {выравнивается} сумма _ {n = -infty} ^ {+ infty} Tcdot s (nT) delta (t-nT) & = sum _ {n = -infty} ^ {+ infty} Tcdot s (t ) delta (t-nT) & = s (t) cdot Tsum _ {n = -infty} ^ {+ infty} delta (t-nT) .end {выровнено}}}$
Следовательно, распространенной практикой является моделирование "выборки" как умножения на Гребень Дирака функция, которая, конечно, «возможна» только в чисто математическом смысле.
^ Обратите внимание, что это определение намеренно отличается от раздела DTFT в несколько раз. $Т$ . Это облегчает " ${displaystyle s (нТл)}$ преобразует "таблицу. В качестве альтернативы, ${displaystyle s [n]}$ можно определить как ${displaystyle Tcdot s (нТл),}$ в таком случае ${displaystyle S [k] = S_ {frac {1} {T}} left ({frac {k} {P}} ight).}$
^ ${displaystyle sum _ {n = 0} ^ {N-1} left (sum _ {m = -infty} ^ {infty} s ([n-mN] T) ight) cdot e ^ {- i2pi {frac {k } {N}} n} = underbrace {sum _ {n = -infty} ^ {infty} s (nT) cdot e ^ {- i2pi {frac {k} {N}} n}} _ {riangleq, {frac {1} {T}} S_ {frac {1} {T}} left ({frac {k} {NT}} ight)}}$

дальнейшее чтение

Хауэлл, Кеннет Б. (2001). Принципы анализа Фурье. CRC Press. ISBN 978-0-8493-8275-8.
Kamen, E.W .; Хек, Б.С. (2 марта 2000 г.). Основы сигналов и систем, использующих Интернет и Matlab (2-е изд.). Прентисс-Холл. ISBN 978-0-13-017293-8.
Мюллер, Мейнард (2015). В двух словах о преобразовании Фурье (PDF). Springer. В Основы обработки музыки, Раздел 2.1, стр. 40–56. Дои:10.1007/978-3-319-21945-5. ISBN 978-3-319-21944-8. S2CID 8691186.
Полянин, А.Д .; Манжиров, А. В. (1998). Справочник интегральных уравнений. Бока-Ратон: CRC Press. ISBN 978-0-8493-2876-3.
Смит, Стивен В. (1999). Руководство для ученых и инженеров по цифровой обработке сигналов (Второе изд.). Сан-Диего: Калифорнийское техническое издательство. ISBN 978-0-9660176-3-2.
Stein, E.M .; Вайс, Г. (1971). Введение в анализ Фурье на евклидовых пространствах. Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-08078-9.

внешняя ссылка

Таблицы интегральных преобразований в EqWorld: мир математических уравнений.
Интуитивное объяснение теории Фурье пользователя Стивен Легар.
Лекции по обработке изображений: сборник из 18 лекций в формате pdf из Университета Вандербильта. Лекция 6 посвящена 1- и 2-мерному преобразованию Фурье. В лекциях 7–15 он используется., Алан Питерс
Мориарти, Филипп; Боули, Роджер (2009). «∑ Суммирование (и анализ Фурье)». Шестьдесят символов. Брэди Харан для Ноттингемский университет.

[8] ${displaystyle int _ {P} left (sum _ {m = -infty} ^ {infty} s (t-mP) ight) cdot e ^ {- i2pi {frac {k} {P}} t}, dt = underbrace {int _ {- infty} ^ {infty} s (t) cdot e ^ {- i2pi {frac {k} {P}} t}, dt} _ {riangleq, Sleft ({frac {k} {P}} ight)}}$

[9] Также отметим, что:
${displaystyle {egin {выравнивается} сумма _ {n = -infty} ^ {+ infty} Tcdot s (nT) delta (t-nT) & = sum _ {n = -infty} ^ {+ infty} Tcdot s (t ) delta (t-nT) & = s (t) cdot Tsum _ {n = -infty} ^ {+ infty} delta (t-nT) .end {выровнено}}}$
Следовательно, распространенной практикой является моделирование "выборки" как умножения на Гребень Дирака функция, которая, конечно, «возможна» только в чисто математическом смысле.

[10] Обратите внимание, что это определение намеренно отличается от раздела DTFT в несколько раз. $Т$ . Это облегчает " ${displaystyle s (нТл)}$ преобразует "таблицу. В качестве альтернативы, ${displaystyle s [n]}$ можно определить как ${displaystyle Tcdot s (нТл),}$ в таком случае ${displaystyle S [k] = S_ {frac {1} {T}} left ({frac {k} {P}} ight).}$

[11] ${displaystyle sum _ {n = 0} ^ {N-1} left (sum _ {m = -infty} ^ {infty} s ([n-mN] T) ight) cdot e ^ {- i2pi {frac {k } {N}} n} = underbrace {sum _ {n = -infty} ^ {infty} s (nT) cdot e ^ {- i2pi {frac {k} {N}} n}} _ {riangleq, {frac {1} {T}} S_ {frac {1} {T}} left ({frac {k} {NT}} ight)}}$

[1] «Фурье». Dictionary.com Несокращенный. Случайный дом.

[Rudin-2] Рудин, Вальтер (1990). Фурье-анализ на группах. Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-52364-2.

[Evans-3] Эванс, Л. (1998). Уравнения с частными производными. Американское математическое общество. ISBN 978-3-540-76124-2.

[Knuth-4] Кнут, Дональд Э. (1997). Искусство программирования, том 2: получисловые алгоритмы (3-е изд.). Эддисон-Уэсли Профессионал. Раздел 4.3.3.C: Дискретные преобразования Фурье, стр. 305. ISBN 978-0-201-89684-8.

[Conte-5] Conte, S.D .; де Бур, Карл (1980). Элементарный численный анализ (Третье изд.). Нью-Йорк: McGraw Hill, Inc. ISBN 978-0-07-066228-5.

[Saferstein-6] Saferstein, Ричард (2013). Криминалистика: введение в судебную медицину.

[Rabiner-7] Rabiner, Lawrence R .; Золото, Бернард (1975). Теория и применение цифровой обработки сигналов. Энглвуд Клиффс, штат Нью-Джерси.

[Proakis-12] Proakis, John G .; Манолакис, Дмитрий Г. (1996), Цифровая обработка сигналов: принципы, алгоритмы и приложения (3-е изд.), Нью-Джерси: Prentice-Hall International, стр.291, ISBN 9780133942897, sAcfAQAAIAAJ

[Forrest-13] Форрест, Брайан. (1998). Анализ Фурье на пространствах классов смежности. Математический журнал Скалистых гор. 28. 10.1216 / rmjm / 1181071828.

[Prestini-14] Престини, Елена (2004). Эволюция прикладного гармонического анализа: модели реального мира. Birkhäuser. п. 62. ISBN 978-0-8176-4125-2.

[Rota-15] Рота, Джан-Карло; Паломби, Фабрицио (1997). Некорректные мысли. Birkhäuser. п. 11. ISBN 978-0-8176-3866-5.

[Neugebauer-16] Нойгебауэр, Отто (1969) [1957]. Точные науки в древности. Acta Historica Scientiarum Naturalium et Medicinalium. 9 (2-е изд.). Dover Publications. С. 1–191. ISBN 978-0-486-22332-2. PMID 14884919.

[Brack-17] Брак-Бернсен, Лис; Брак, Маттиас (2004). «Анализ структуры оболочки из вавилонских времен и современности». Международный журнал современной физики E. 13 (1): 247. arXiv:физика / 0310126. Bibcode:2004IJMPE..13..247B. Дои:10.1142 / S0218301304002028. S2CID 15704235.

[Terras-18] а ^б Террас, Одри (1999). Анализ Фурье на конечных группах и приложениях. Издательство Кембриджского университета. стр.30 -32. ISBN 978-0-521-45718-7.

[thedft-19] а ^б ^c ^d Бриггс, Уильям Л .; Хенсон, Ван Эмден (1995). ДПФ: Руководство пользователя дискретного преобразования Фурье. СИАМ. С. 2–4. ISBN 978-0-89871-342-8.

[Heideman84-20] а ^б Heideman, M.T .; Johnson, D. H .; Буррус, С. С. (1984). «Гаусс и история быстрого преобразования Фурье». Журнал IEEE ASSP. 1 (4): 14–21. Дои:10.1109 / MASSP.1984.1162257. S2CID 10032502.

[Knapp-21] Кнапп, Энтони В. (2006). Основы алгебры. Springer. п. 501. ISBN 978-0-8176-3248-9.

[Narasimhan-22] Нарасимхан, Т. (Февраль 1999 г.). «Уравнение теплопроводности Фурье: история, влияние и связи». Обзоры геофизики. 37 (1): 151–172. Bibcode:1999RvGeo..37..151N. CiteSeerX 10.1.1.455.4798. Дои:10.1029 / 1998RG900006. ISSN 1944-9208. OCLC 5156426043.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[A]

[B]

[C]

[D]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]