数字图像处理中的卷积与互相关

信息处理 图像处理 卷积 互相关
2022-02-08 01:22:02

我知道从数学的角度来看,卷积和互相关之间的唯一区别是卷积是可交换的,而互相关不是。

在许多文章中,互相关被解释为测量两个信号之间的相似性,卷积被解释为计算两个信号之间的关系。

我的问题是,交换财产的意义何在?在实践中它如何使卷积与互相关不同?还是只是为了“更好”的数学和更简单的证明?

2个回答

除了公式,让我们回到它们的实际含义,以及它们是如何得出的。谈论卷积:这种操作是线性时不变(LTI)系统所固有的。换句话说:如果

  • 您想分析一个线性且时不变的系统,
  • 或者您想应用不随时间或空间变化的处理或过滤器

那么卷积是唯一合适的操作。

虽然互相关是衡量两个系列之间的相似性,但计算为一个相对于另一个的位移的函数。许多选择是合理的,最常见的是“双线性”并且与能量保存兼容。

最重要的一类系统是线性时不变(或 LTI)系统。这些可以通过它们的传递函数或它们的脉冲响应(它们是彼此的傅里叶变换)来完全描述。

如果您将输入信号应用于 LTI 系统并且想要计算输出信号,您可以简单地将输入与脉冲响应进行卷积。

我的问题是,交换财产的意义何在?

可交换性意味着如果您想通过多个系统发送信号,则顺序无关紧要。您可以按照您喜欢的任何顺序应用系统,结果仍然相同。对于非 LTI 系统,情况并非如此。

在实践中它如何使卷积与互相关不同?

它们用于完全不同的目的。互相关通常用于功率谱分析、相似性、时间/空间对齐等。卷积是应用 LTI 系统的基本算法之一。