Для описания сигналов используют математические модели. В простейшем случае значения сигналов и аргументов являются скалярными величинами. В некоторых случаях для их описания необходимо использовать комплексные или векторные (например, цветные изображения) функции. Кроме того, различают детерминистское и статистическое описания сигналов. Под детерминистским описанием понимается, что в каждой точке, на которой определен сигнал, ему соответствует определенное значение. Сигнал – зависимость его мгновенного значения от времени (рис.3). Сигнал в плоскости изображения трактуется как функция яркости в координатах поля изображения (рис.4).
Рис.2. Обработка изображений в пространственной и пространственно-частотной областях.
Рис.3. Зависимость мгновенного Рис.4. Сигнал в
значения сигнала от времени . плоскости изображения.
Сигнал отображается как точка или вектор в некоем функциональном пространстве, которое называется сигнальным. Термин пространство применяется для того, чтобы придать множеству сигналов некий геометрический смысл. Пространство называется метрическим, если между элементами пространства определено расстояние.
|
|
Существуют три важных требования к метрике:
(1)
Смысл первых двух требований очевиден, третье является неравенством треугольника. Соотношения справедливы для любых .
Важнейшей метрикой в теории сигналов является эвклидова метрика. Причины этого состоят в следующем:
1) она имеет определенный физический смысл, как для непрерывных, так и для дискретных сигналов. Например, расстояние для дискретных и непрерывных сигналов (среднеквадратическая метрика) выражается, соответственно, как:
; (2)
. (3)
Для размерности она соответствует метрике реального физического пространства.
2) эвклидова метрика эффективно используется в задачах, связанных с нахождением разности между двумя сигналами, возникающими в результате действия помех или неточности измерений.
В дальнейшем в качестве сигнального пространства будем использовать линейное пространство (называемое также векторным). Любой вектор может быть представлен линейной комбинацией других векторов:
. (4)
В процессе изучения будем исследовать ориентированную на решение прикладных задач математическую модель с несколькими входами и выходами, служащую, в частности, для реализации определенных процессов или для передачи сигналов от входов к выходам. Связь между сигналами на входах () и выходах () описывается с помощью характеристик системы, определяемых во временной области () или области изображений () соответственно (рис.5).
|
|
Рис.5. Пример системы.