dianyancao 发表于 2014-10-15 03:25:55

是否可以只通过实向量的傅立叶变换幅值重构该实向量?

已知对实列向量\(x\)应用傅立叶变换后得到的目标列向量为\(b\)
取其幅值\(\text{Abs}(b)\),则原列向量\(x\)的循环移位不影响其对应的幅值列向量\(\text{Abs}(b)\)

是否可以忽略\(b\)的相角\(\text{Arg}(b)\),只使用其幅值\(\text{Abs}(b)\)重构原来的实向量\(x\)呢?
(重构的实向量和原向量\(x\)是不是只相差一个循环移位的值)

设正交傅立叶变换系数矩阵为\(A\),则
\[
\begin{align*}
A\overline{A^T}&=E \\
Ax&=b \\
(\text{Abs}(b_k))^2&=(Ax)_k\overline{(Ax)_k} =<A_k,x>\cdot<\overline{A_k},x>={A_k^T}x\overline{A_k^T}x
\end{align*}
\]
\(k\)为取其对应矩阵(向量)的第\(k\)行,一共\(k\)个未知数,\(k\)个等式
如何求解\(x\),求解\(x\)需要哪些前提条件?

kastin 发表于 2014-10-15 11:15:39

记`M^\mathrm H`为`M`的共轭转置( `M^\mathrm T` 为 `M` 的普通转置),`E` 为单位矩阵。由于先转置再共轭与先共轭再转置是一样的,于是对于正交傅里叶变换复矩阵`A`,有`E=A^\mathrm HA=AA^\mathrm H=\overline{A^\mathrm HA}` 即 `E=\bar{A}^\mathrm T A=A\bar{A}^\mathrm T=A^\mathrm T\bar{A}`,所以重构很简单,只要知道了 `A` 和 `b` ,那么$$x=\bar{A}^\mathrm T Ax = \text{<}A,Ax \text{>}=\text{<}A,b \text{>}$$不过,若是只知道 `b` 的模长,那么很容易知道 `x` 的模长是一样的:$$|b|=b^\mathrm Hb=\text{<}Ax,Ax \text{>}=\bar{x}^\mathrm T\bar{A}^\mathrm T Ax=\bar{x}^\mathrm T x=\text{<}x,x \text{>}=|x|$$这说明,只是知道变换后的“像” `b` 的模长,那么对应变换之前的“原像” `x` 则有无穷多种可能,即相位信息必不可少。

dianyancao 发表于 2014-10-16 01:07:32

用如下代码找到反例了,只用幅值不能唯一重构原来的实向量
nN=3
xx:=Sum,{n,0,nN-1}]

xxx=Table,{k,0,nN-1}]/.{x->0,x->1,x->2}
Abs^2
xxx=Table,{k,0,nN-1}]/.{x->0.1,x->0.8235017956929166`,x->2.076498204307083`}
Abs^2


3
{3,E^(-((2 I \)/3))+2 E^((2 I \)/3),2 E^(-((2 I \)/3))+E^((2 I \)/3)}
{9,3,3}
{3.,-1.35+1.08513 I,-1.35-1.08513 I}
{9.,3.,3.}

dianyancao 发表于 2014-10-16 01:12:43

想用傅立叶变换提取图像特征得到对循环位移的不变性
有没有极端的例子,幅值相差不大,但是两幅图像的欧式距离很大的呢?
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