Signal- och Bildbehandling FÖRELÄSNING 4. Multiplikationsteoremet. Derivatateoremet

Relevanta dokument
Signal- och bildbehandling TSBB03

Ulrik Söderström 20 Jan Signaler & Signalanalys

Spektrala Transformer

Ulrik Söderström 19 Jan Signalanalys

Exempelsamling Grundläggande systemmodeller. Klas Nordberg Computer Vision Laboratory Department of Electrical Engineering Linköping University

Signal- och bildbehandling TSBB03, TSBB14

i(t) C i(t) = dq(t) dt = C dy(t) dt y(t) + (4)

Signal- och bildbehandling TSBB03

Exempelsamling Grundläggande systemmodeller. Klas Nordberg Computer Vision Laboratory Department of Electrical Engineering Linköping University

Signal- och bildbehandling TSBB14

Signaler & Signalanalys

Teori... SME118 - Mätteknik & Signalbehandling SME118. Johan Carlson 2. Teori... Dagens meny

Signal- och bildbehandling TSBB03 och TSEA70

Signal- och bildbehandling TSBB14

Signal- och bildbehandling TSBB03

Spektrala Transformer

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

Signal- och bildbehandling TSEA70

Signaler några grundbegrepp

Elektronik 2018 EITA35

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

Signal- och Bildbehandling, TSBB14. Laboration 2: Sampling och rekonstruktion. DFT.

Signal- och bildbehandling TSEA70

Tentamen i TMA 982 Linjära System och Transformer VV-salar, 27 aug 2013, kl

Signal- och bildbehandling TSBB14

7. Sampling och rekonstruktion av signaler

Spektrala Transformer

TSBB31 Medicinska bilder Föreläsning 3

2 Ortogonala signaler. Fourierserier. Enkla filter.

Kan vi beskriva ett system utan någon fysikalisk kännedom om systemet?

Signal- och bildbehandling TSEA70

Kryssproblem (redovisningsuppgifter).

Transformer och differentialekvationer (MVE100)

Signal- och bildbehandling TSBB14

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet G33(1) TER4(63)

Signal- och Bildbehandling, TSBB14. Laboration 2: Sampling och Tidsdiskreta signaler

Cirkelkriteriet (12.3)

Sammanfattning TSBB16

Signal- och bildbehandling TSBB14

Laplace, Fourier och resten varför alla dessa transformer?

Signal- och Bildbehandling, TSBB14 Laboration 1: Kontinuerliga signaler

Signal- och Bildbehandling FÖRELÄSNING 7. En bild är en 2D signal. För en digital bild gäller. Fig. 2.1

Resttentamen i Signaler och System Måndagen den 11.januari 2010, kl 14-19

Lösningsförslag, Tentamen, Differentialekvationer och transformer II, del 2, för CTFYS2 och CMEDT3, SF1629, den 9 juni 2011, kl.

Tentamen ssy080 Transformer, Signaler och System, D3

Tillämpad Fysik Och Elektronik 1

EXEMPEL 1: ARTVARIATION FÖRELÄSNING 1. EEG frekvensanalys EXEMPEL 2: EEG

Facit till Signal- och bildbehandling TSBB

GRUNDKURS I SIGNALBEHANDLING (454300), 5sp Tentamen

7 MÖNSTERDETEKTERING

Signaler, information & bilder, föreläsning 12

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet KÅRA T1 T2 U2 U4

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Bildbehandling i frekvensdomänen

Reglerteori. Föreläsning 3. Torkel Glad

Transformmetoder. Kurslitteratur: Styf/Sollervall, Transformteori för ingenjörer, 3:e upplagan, Studentlitteratur

Kompletterande material till föreläsning 5 TSDT08 Signaler och System I. Erik G. Larsson LiU/ISY/Kommunikationssystem

Lågpassfiltrering. Signal- och Bildbehandling FÖRELÄSNING 8. Lågpassfiltrering

SF1635, Signaler och system I

Korrelatio n : Korrelation Korrelation är samma sak som faltning med. Signal- och Bildbehandling FÖRELÄSNING 12

Välkomna till TSRT19 Reglerteknik Föreläsning 5. Sammanfattning av föreläsning 4 Frekvensanalys Bodediagram

AC-kretsar. Växelströmsteori. Lund University / Faculty / Department / Unit / Document / Date

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

x(t) = sin(ω 0 t) (1) b) Tillåt X(ω) att innehålla diracimpulser (en generalliserad funktion). Vilken signal x(t) har spektrumet X(ω)?

Medicinska bilder. Programkurs 6 hp Medical Images TSBB31 Gäller från: 2018 VT. Fastställd av. Fastställandedatum

Grundläggande signalbehandling

TSDT08 Signaler och System I Extra uppgifter

Uppsala Universitet Matematiska Institutionen Bo Styf. Sammanfattning av föreläsningarna 15-18, 30/11-12/

Kontrollskrivning i TSDT84 Signaler & System samt Transformer för D

Innehåll. Innehåll. sida i

Fouriers metod, egenfunktionsutvecklingar.

Tentamen SSY041 Sensorer, Signaler och System, del A, Z2

Kontrollskrivning i TSDT84 Signaler & System samt Transformer för D

Beskrivning av signaler i frekvensdomänen - sammanfattning

IF1330 Ellära KK1 LAB1 KK2 LAB2. tentamen

Signal- och bildbehandling TSEA70

5. Några viktiga summations- och integrationsformler.

DT1120 Spektrala transformer för Media Tentamen

Institutionen för matematik KTH. Tentamensskrivning, , kl B1202/2 Diff och Trans 2 del 2, för F och T.

Bildbehandling i frekvensdomänen. Erik Vidholm

Signal- och bildbehandling TSEA70

Datorövning: Fouriertransform med Python

TSRT19 Reglerteknik: Välkomna!

Stokastiska Processer

Transformer och differentialekvationer M3, 2010/2011 Ett par tillämpningar av Fourieranalys.

SF1635, Signaler och system I

ÖVNINGSTENTAMEN Modellering av dynamiska system 5hp

FÖRELÄSNING 13: Analoga o p. 1 Digitala filter. Kausalitet. Stabilitet. Ex) på användning av analoga p. 2 filter = tidskontinuerliga filter

Formelsamling. i kursen Medicinska Bilder, TSBB31. 1D och 2D Fouriertransformer, samt några formler för CT, SPECT, mm

Signaler, information & bilder, föreläsning 14

Faderns blodgrupp Sannolikheten att barnet skall få blodgrupp A0 A0 1/2 AA 1 AB 1/2 Övriga 0

Projekt 6. Fourieroptik Av Eva Danielsson och Carl-Martin Sikström

Reglerteori. Föreläsning 4. Torkel Glad

Bestäm uttrycken för följande spänningar/strömmar i kretsen, i termer av ( ) in a) Utspänningen vut b) Den totala strömmen i ( ) c) Strömmen () 2

SF1626 Flervariabelanalys

= e 2x. Integrering ger ye 2x = e 2x /2 + C, vilket kan skrivas y = 1/2 + Ce 2x. Här är C en godtycklig konstant.

TSBB31. En bild är en 2D signal. Exempel på färginnehåll i bilder p. 4. För en digital bild gäller. vitt. Fig. 1.1

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

( ), så kan du lika gärna skriva H ( ω )! ( ) eftersom boken går igenom laplacetransformen före

Transkript:

Signal- och Bildbehandling FÖRELÄSNING 4 Fouriertransformen, forts Mer egenskaper av fouriertransformen Enkel tillämpning: Filtrera bort oönskat buller från vacker visselton Fouriertransformen, slutsats Teori: Kompendiet 1.5,1.6 1D Korrelation (Bara teori här.) Korskorrelation (ofta kallat bara korrelation) Autokorrelation och effektspektrum Brus p. 1 Illustration av skalningsteoremet Om X ω så gäller x at 1 a X ω a p. 2 Maria Magnusson, Datorseende, Inst. för Systemteknik, Linköpings Universitet Multiplikationsteoremet 1.47 p. 3 Parsevals teorem 1.54 p. 4 Om X ω och yt Y ω så gäller y t 1 X ω Y ω 2π Om X ω och yt Y ω så gäller y t dt 1 2π X ω Y ω dω Derivatateoremet så gäller Om X ω dx t dt jω X ω 1.51 För en reell signal gäller: Energi i tids domänen dt 1 X ω 2π dω Energi i frekvens domänen 1.56

För vilka signaler finns fouriertransformen? X ω e dt e dt dt Alltså: om x(t) är absolutintegrerbar så existerar fouriertransformen. Men då kan vi inte fouriertransformera t ex enhetssteget u(t) och sin(t)! Hur löser vi det? p. 5 Lösning: Vi tillåter generaliserade funktioner, t ex dirac-pulsen Fouriertransformen är svårare att räkna ut för dessa funktioner, bland annat måste Fouriertransformen definieras genom ett specialfall av Parsevals teorem. Detta görs inte i denna kurs utan vi i använder tabellerade fouriertransformer. De generaliserade funktionerna går att addera, skifta, skala, derivera och falta som vanligt. Det är dock inte tillåtet att multiplicera generaliserade funktioner med varandra. p. 6 Ett linjärt, tidsinvariant system gör faltning i signaldomänen och multiplikation i fourierdomänen p. 7 Ex) Vissling med blåsljud p. 8 h t y t h t X ω Y ω X ω H ω H ω Ett systems fouriertransform H() påverkar insignalens fouriertransform X() genom multiplikation. H() bestämmer alltså vilka frekvenser som skall förstärkas eller dämpas. I signaldomänen motsvaras detta av faltning (kan visas matematiskt). Därför är faltning viktigt! Extra viktigt!

p. 9 Ex) Filtrering i Fourierdomänen Ex) Vissling utan blåsljud p. 10 X f y t H f y t Y f X f H f y t Fouriertransformen, exempel från labben X f e e df Π t0.5 Signal p. 11 Fouriertransformen är egentligen definierad för både positiva och negativa frekvenser Signal p. 12 Amplitud: X f Fouriertransform Amplitud: X f Fouriertr. Fas: arg X f Fas: arg X f

Vad innebär en negativ frekvens? Amplitud: X f Fas: arg X f A e e A e e. A φ φ A e e A e e. p. 13 Vad innebär en negativ frekvens? Kombinera en negativ och en positiv frekvens: A e e. A e e. A e. e. 2A cos 2π2.5t φ Det blir en fasförskjuten cosinus! med frekvensen 2.5Hz, amplituden 2A och fasen 2 exponentialtermer med frekvenserna f och -f motsvarar alltså en cosinus med frekvensen f och fasen. Komihåg: Fouriertransformen beskriver frekvensinnehållet i en icke-periodisk signal. p. 14 Korrelation Korrelation är samma sak som faltning med speglad kärna ( faltning utan spegling ) Korrelation: Ospeglad och translaterad till t p. 15 Korrelation, forts. Man kan säga korskorrelation eller bara korrelation Två formler för korrelation: p. 16 Speglad och translaterad till t Faltning: Relation: Ligger stilla x y t x τytτ dτ Om funktionerna är komplexa: x y t x τytτ dτ

Notation för Korrelation I litteraturen hittar man olika sätt att notera korrelation. Vårt sätt är valt för att undvika förväxling med faltning, men ändå understryka likhet med faltning: x y t x τytτ dτ Alternativ 1: x y t Alternativ 2: x y t Alternativ 3: x y t Alternativ 4: R t Det finns fler varianter p. 17 Räknelagar för faltning och korrelation Faltning kommuterar: Korrelation kommuterar inte: Faltning i fourierdomänen: F x y t =X ω Y ω Korrelation i fourierdomänen: F x y t =X ω Y ω =X ω Y ω Extra viktigt! Om reell, X ω hermitisk p. 18 Varför korrelation? Fråga: Vid vilket t blir x(-t) och y() maximalt lika? p. 19 Diskret korrelation x y k x n y kn p. 20 Minimera skillnadsenergin mellan x(-t) och y()! Varianter: x y k 1 N x n y kn Mer om diskreta signaler nästa föreläsning! x y k 1 N k x n y kn Slutsats: Skillnadsenergin minimeras då korrelationen maximeras! Vi fördjupar oss inte i skalfaktorn och summationsgränserna!

Ex 1) Ekolod, a sinus-puls, Lågpassfilter (lab1) Ex 2) Ekolod, a sinus-puls, korrelation p. 21 p. 22 b y t t n t b y t t n t S c S c a b c y t lågpass filtrerad a b c korr y t Sinus -puls Vi kan välja sändpulsen Chirp p. 23 Ex 2) Ekolod, a chirp-puls, korrelation p. 24 b y t t n t S c a b c korr y t Mycket högre

Slutsatser om Ekolodsexemplen Det är bättre att korrelera än att bara lågpassfiltrera Det är bättre att använda en chirp-puls än en sinus-puls Chirp-pulsen kan sändas under längre tid vilket ger mer energi ut i vattnet Chirp-pulsen innehåller nästan alla frekvenser detta ger en smal korrelationspuls (jämför med dirac-pulsen som innehåller alla frekvenser) p. 25 Autokorrelation, (korrelation med sig själv) x x τ xtτ dτ Autokorrelation i Fourierdomänen: Autokorrelationsfunktionen och effekttäthetsspektrum är ett Fourierpar: Extra viktigt! p. 26 Autokorrelation för en effektsignal (går ej till 0 i ) p. 27 Korskorrelation, för en periodisk signal p. 28 v jämför med Föreläsning 1 där T0 är periodtiden och k är en godtycklig konstant Autokorrelationsfunktionens värde i origo är alltså lika med signalens effekt (effektivvärdet i kvadrat)!

Autokorrelation, för en periodisk signal En periodisk signal kan ju utvecklas i en fourierserie: A A sin nω tφ Man kan visa att denna har autokorrelationsfunktionen: p. 29 Stokastiska signaler, t ex brus För stokastiska signaler gäller att autokorrelation får uttryckas med hjälp av väntevärden (svårare, lärs ut i en annan kurs). M h a autokorrelationsfunktionen och effekttäthetsspektrum (energispektrum) kan vi dock räkna på brus! Vitt brus: x X ω p. 30 Oberoende av n t t ω p. 31 Stokastiska signaler, t ex brus, forts. Vi kommer att räkna på... Bandbegränsat vitt brus: X ω t t ω ω P ω X ω 1 1 ω ω