傅里叶变换与卷积
傅里叶变换:
F ( w ) = ∫ − ∞ + ∞ f ( t ) e − i w t d t F(w)=\int_{-\infty}^{+\infty} f(t) e^{-iwt}dt F(w)=∫−∞+∞f(t)e−iwtdt
傅里叶变换逆变换:
f
(
t
)
=
1
2
π
∫
−
∞
+
∞
F
(
w
)
e
i
w
t
d
w
f(t)=\frac{1}{2\pi} \int_{-\infty}^{+\infty} F(w) e^{iwt}dw
f(t)=2π1∫−∞+∞F(w)eiwtdw
忽略前面常数项:
1
2
π
\frac{1}{2\pi}
2π1
F
−
1
(
t
)
=
∫
−
∞
+
∞
F
(
w
)
e
i
w
t
d
w
F^{-1}(t)= \int_{-\infty}^{+\infty} F(w) e^{iwt}dw
F−1(t)=∫−∞+∞F(w)eiwtdw
卷积
x ( t ) ∗ g ( t ) = ∫ 0 τ x ( τ ) g ( t − τ ) d τ x(t) * g(t) = \int_0^{\tau} x(\tau) g(t-\tau) d \tau x(t)∗g(t)=∫0τx(τ)g(t−τ)dτ
时域的卷积等于频域的乘积
证: F ( x ( t ) ∗ g ( t ) ) = F ( x ( t ) ) F ( g ( t ) ) F(x(t)*g(t))=F(x(t))F(g(t)) F(x(t)∗g(t))=F(x(t))F(g(t))
F ( x ( t ) ∗ g ( t ) ) = ∫ − ∞ + ∞ ( x ( t ) ∗ g ( t ) ) e − i w t d t = ∫ − ∞ + ∞ ∫ 0 τ x ( τ ) g ( t − τ ) d τ e − i w t d t = ∫ − ∞ + ∞ ∫ − ∞ + τ + ∞ x ( τ ) g ( t − τ ) e − i w t d τ d t 令 : t − τ = u t = u + τ d t = d u + d τ = d u t ∈ ( − ∞ + τ , ∞ ) ⇒ u = t − τ ∈ ( − ∞ , ∞ ) = ∫ − ∞ + ∞ ∫ − ∞ + ∞ x ( τ ) g ( u ) e − i w ( u + τ ) d τ d u = ∫ − ∞ + ∞ x ( τ ) e − i w τ d τ ∫ − ∞ + ∞ g ( u ) e − i w u d u = F ( x ( t ) ) F ( g ( t ) ) \begin{aligned} F(x(t)*g(t))&=\int_{-\infty}^{+\infty}( x(t)*g(t)) e^{-iwt}dt \\ &=\int_{-\infty}^{+\infty} \int_0^{\tau} x(\tau) g(t-\tau) d \tau \; e^{-iwt}dt \\ &=\int_{-\infty}^{+\infty} \int_{-\infty+\tau}^{+\infty}x(\tau) g(t-\tau) e^{-iwt} d \tau \; dt \\ & 令: t-\tau = u \quad t=u+\tau \quad dt=du+d\tau=du \\ &t\in(-\infty+\tau,\infty) \Rightarrow u=t-\tau \in (-\infty,\infty) \\ &=\int_{-\infty}^{+\infty}\int_{-\infty}^{+\infty} x(\tau) g(u) e^{-iw(u+\tau)} d\tau \;du \\ &=\int_{-\infty}^{+\infty} x(\tau) e^{-iw\tau} d \tau \int_{-\infty}^{+\infty}g(u) e^{-iwu}du\\ &=F(x(t))F(g(t)) \end{aligned} F(x(t)∗g(t))=∫−∞+∞(x(t)∗g(t))e−iwtdt=∫−∞+∞∫0τx(τ)g(t−τ)dτe−iwtdt=∫−∞+∞∫−∞+τ+∞x(τ)g(t−τ)e−iwtdτdt令:t−τ=ut=u+τdt=du+dτ=dut∈(−∞+τ,∞)⇒u=t−τ∈(−∞,∞)=∫−∞+∞∫−∞+∞x(τ)g(u)e−iw(u+τ)dτdu=∫−∞+∞x(τ)e−iwτdτ∫−∞+∞g(u)e−iwudu=F(x(t))F(g(t))
进一步推导:
x
∗
g
=
F
−
1
{
F
{
x
}
F
{
g
}
}
x*g=F^{-1}\lbrace F\lbrace x\rbrace F \lbrace g \rbrace \rbrace
x∗g=F−1{F{x}F{g}}
参考:
https://zhuanlan.zhihu.com/p/54505069
https://blog.youkuaiyun.com/visionlabs/article/details/50485483