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2026年度秋学期 画像情報処理 第1部・画像のサンプリングと周波数 / 第4回 フーリエ変換...
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Akira Asano
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October 08, 2026
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2026年度秋学期 画像情報処理 第1部・画像のサンプリングと周波数 / 第4回 フーリエ変換とサンプリング定理
関西大学総合情報学部 画像情報処理(担当・浅野晃)
http://racco.mikeneko.jp/Kougi/2026a/IPPR/
Akira Asano
PRO
October 08, 2026
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Transcript
2026年度秋学期 画像情報処理 第1部・画像のサンプリングと周波数 / 第4回 フーリエ変換とサンプリング定理 関西大学総合情報学部 浅野 晃
サンプリングとサンプリング定理🤔🤔
サンプリングとサンプリング定理 連続関数を 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x x 2026年度秋学期 画像情報処理 /
関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 21
サンプリングとサンプリング定理 連続関数を 離散的に 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x x 2026年度秋学期 画像情報処理
/ 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 21
サンプリングとサンプリング定理 連続関数を 離散的に 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x x サンプリング定理 2026年度秋学期
画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 21
サンプリングとサンプリング定理 連続関数を 離散的に 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x x サンプリング定理 ある程度細かい間隔でサンプリングすれば,もとの連続関数に戻せる
2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 21
サンプリングとサンプリング定理 連続関数を 離散的に 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x x サンプリング定理 ある程度細かい間隔でサンプリングすれば,もとの連続関数に戻せる
2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 21
サンプリングとサンプリング定理 連続関数を 離散的に 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x x サンプリング定理 ある程度細かい間隔でサンプリングすれば,もとの連続関数に戻せる
どのくらい細かくなければならないかは, もとの関数に含まれる最高の周波数による 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 21
サンプリングとサンプリング定理 連続関数を 離散的に 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x x サンプリング定理 ある程度細かい間隔でサンプリングすれば,もとの連続関数に戻せる
どのくらい細かくなければならないかは, もとの関数に含まれる最高の周波数による 「細かい」関数は 細かくサンプリング 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 3 21
サンプリング定理・直観的には fT(x) サンプリングされた関数 連続関数に復元 x 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野
晃 4 21
サンプリング定理・直観的には fT(x) fT(x) サンプリングされた関数 これが正解? 連続関数に復元 x x 2026年度秋学期 画像情報処理
/ 関西大学総合情報学部 浅野 晃 4 21
サンプリング定理・直観的には fT(x) fT(x) サンプリングされた関数 これが正解? x 連続関数に復元 fT(x) x これだって
正解じゃないの? x 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 4 21
サンプリング定理・直観的には fT(x) fT(x) サンプリングされた関数 これが正解? x 連続関数に復元 fT(x) x これだって
正解じゃないの? x もしこのような細かい動きが正解だとすれば, 細かい動きをとらえるにはサンプリングが粗すぎる,つまり 元の連続関数の最高の周波数に対して十分細かくサンプリングされていない 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 4 21
サンプリングとは 連続関数を 離散的に 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x x 2026年度秋学期 画像情報処理
/ 関西大学総合情報学部 浅野 晃 5 21
サンプリングとは 連続関数を 離散的に 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x x この1本1本は何? 2026年度秋学期
画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 5 21
サンプリングとは 連続関数を 離散的に 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x x この1本1本は何? ディラックのデルタ関数
δ(x) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 5 21
ディラックのデルタ関数 δ(x) x = 0 の1点以外すべてゼロ δ(x) = 0 (x
= 0), ∞ δ(x)dx = 1 −∞ x = 0 をはさんで積分すると1 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 21
ディラックのデルタ関数 δ(x) x = 0 の1点以外すべてゼロ δ(x) = 0 (x
= 0), ∞ δ(x)dx = 1 −∞ x = 0 をはさんで積分すると1 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 21
ディラックのデルタ関数 δ(x) x = 0 の1点以外すべてゼロ δ(x) = 0 (x
= 0), ∞ δ(x)dx = 1 −∞ x = 0 をはさんで積分すると1 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 21
ディラックのデルタ関数 δ(x) x = 0 の1点以外すべてゼロ δ(x) = 0 (x
= 0), ∞ δ(x)dx = 1 −∞ x = 0 をはさんで積分すると1 何ですかこれ??😲😲 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 6 21
積分って何でしたっけ f(x) この面積を 求めたい a 0 x 短冊の面積の合計 f(x) 幅が
Δx の 長方形で近似 n−1 f (k∆x)∆x a f (x)dx これが積分 k=0 0 Δx 2Δx nΔx x Δx → 0 区切りを無限に細かく 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 7 21
積分って何でしたっけ 🤔🤔💬💬 f(x) しかし,デルタ関数は 1点以外すべてゼロで幅はないから 面積もないはず… この面積を 求めたい a 0
x 短冊の面積の合計 f(x) 幅が Δx の 長方形で近似 n−1 f (k∆x)∆x a f (x)dx これが積分 k=0 0 Δx 2Δx nΔx x Δx → 0 区切りを無限に細かく 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 7 21
ディラックのデルタ関数 δ(x) x = 0 の1点以外すべてゼロ δ(x) = 0 (x
= 0), ∞ δ(x)dx = 1 −∞ x = 0 をはさんで積分すると1 幅はなくても面積はあるんです。 だから,こんな「↑」で表さざるを得ない 0 x 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 8 21
ディラックのデルタ関数 δ(x) x = 0 の1点以外すべてゼロ δ(x) = 0 (x
= 0), ∞ δ(x)dx = 1 −∞ x = 0 をはさんで積分すると1 高さは,何だともいえない 幅はなくても面積はあるんです。 だから,こんな「↑」で表さざるを得ない 0 x 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 8 21
ディラックのデルタ関数 δ(x) x = 0 の1点以外すべてゼロ δ(x) = 0 (x
= 0), ∞ δ(x)dx = 1 −∞ x = 0 をはさんで積分すると1 高さは,何だともいえない (「無限」でもない。なぜなら→ ∞ kδ(x)dx = k −∞ 幅はなくても面積はあるんです。 だから,こんな「↑」で表さざるを得ない 0 x 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 8 21
くし形関数 combT(x) とサンプリング くし形関数 combT (x) = ∞ n=−∞
δ(x–T) δ(x − nT ) デルタ関数を等間隔に並べたもの δ(x) δ(x–nT) ... ... ... x T サンプリング周期 T サンプリング周波数 1/T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 21
くし形関数 combT(x) とサンプリング くし形関数 combT (x) = ∞ n=−∞
δ(x–T) δ(x − nT ) デルタ関数を等間隔に並べたもの δ(x) δ(x–nT) ... ... ... x T サンプリング周期 T サンプリング周波数 1/T サンプリングとは,くし形関数とのかけ算 fT (x) = f (x)combT (x) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 21
くし形関数 combT(x) とサンプリング くし形関数 combT (x) = ∞ n=−∞
δ(x–T) δ(x − nT ) デルタ関数を等間隔に並べたもの δ(x) δ(x–nT) ... ... ... x T サンプリング周期 T サンプリング周波数 1/T サンプリングとは,くし形関数とのかけ算 fT (x) = f (x)combT (x) 輝度f(x) 位置x 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 21
くし形関数 combT(x) とサンプリング くし形関数 combT (x) = ∞ n=−∞
δ(x–T) δ(x − nT ) デルタ関数を等間隔に並べたもの δ(x) δ(x–nT) ... ... ... x T サンプリング周期 T サンプリング周波数 1/T サンプリングとは,くし形関数とのかけ算 fT (x) = f (x)combT (x) 輝度f(x) δ(x–T) δ(x) × 位置x δ(x–nT) ... ... ... x T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 21
くし形関数 combT(x) とサンプリング くし形関数 combT (x) = ∞ n=−∞
δ(x–T) δ(x − nT ) デルタ関数を等間隔に並べたもの δ(x) δ(x–nT) ... ... ... x T サンプリング周期 T サンプリング周波数 1/T サンプリングとは,くし形関数とのかけ算 fT (x) = f (x)combT (x) fT(x) 輝度f(x) δ(x–T) δ(x) × 位置x δ(x–nT) ... ... = ... x x T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 9 21
こんなややこしい関数でなければいけない ディラックのデルタ関数ではなく,「縦棒」を並べて,くし形関数にしてはだめ? δ(x) = 0 (x = 0) 1
(x = 0) 1 ... ... ... x 0 T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 10 21
こんなややこしい関数でなければいけない ディラックのデルタ関数ではなく,「縦棒」を並べて,くし形関数にしてはだめ? δ(x) = 0 (x = 0) 1
(x = 0) 1 ... ... だめです🙅🙅 ... x 0 T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 10 21
こんなややこしい関数でなければいけない ディラックのデルタ関数ではなく,「縦棒」を並べて,くし形関数にしてはだめ? δ(x) = 0 (x = 0) 1
(x = 0) 1 ... ... だめです🙅🙅 ... x 0 T 縦棒の関数は,幅がなくて高さ1だから,積分したらゼロ →画像の輝度の合計がゼロのはずはない 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 10 21
こんなややこしい関数でなければいけない ディラックのデルタ関数ではなく,「縦棒」を並べて,くし形関数にしてはだめ? δ(x) = 0 (x = 0) 1
(x = 0) 1 ... ... だめです🙅🙅 ... x 0 T 縦棒の関数は,幅がなくて高さ1だから,積分したらゼロ →画像の輝度の合計がゼロのはずはない ディラックのデルタ関数は,幅がないのに積分したら1 というヘンな関数(超関数) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 10 21
こんなややこしい関数でなければいけない ディラックのデルタ関数ではなく,「縦棒」を並べて,くし形関数にしてはだめ? δ(x) = 0 (x = 0) 1
(x = 0) 1 ... ... だめです🙅🙅 ... x 0 T 縦棒の関数は,幅がなくて高さ1だから,積分したらゼロ →画像の輝度の合計がゼロのはずはない ディラックのデルタ関数は,幅がないのに積分したら1 というヘンな関数(超関数) ※ただ,こういうややこしい話になっているのは,「積分」をもとに考えを進めているからでもあります。 そのあたりは,次回の「離散フーリエ変換」で説明します。 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 10 21
サンプリングされたら,周波数の範囲は? 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x 周波数がある範囲内におさまっているとき x サンプリングした後の周波数の範囲は? 2026年度秋学期 画像情報処理
/ 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 21
サンプリングされたら,周波数の範囲は? 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x 周波数がある範囲内におさまっているとき x サンプリングした後の周波数の範囲は? サンプリングされた関数である fT(x)
のフーリエ変換を求める 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 21
サンプリングされたら,周波数の範囲は? 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x 周波数がある範囲内におさまっているとき x サンプリングした後の周波数の範囲は? サンプリングされた関数である fT(x)
のフーリエ変換を求める fT (x) = f (x)combT (x) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 21
サンプリングされたら,周波数の範囲は? 輝度f(x) f(x) サンプリング 位置x 周波数がある範囲内におさまっているとき x サンプリングした後の周波数の範囲は? サンプリングされた関数である fT(x)
のフーリエ変換を求める fT (x) = f (x)combT (x) 2つの関数のかけ算のフーリエ変換は? 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 11 21
かけ算のフーリエ変換 こうなります F T [f (x)g(x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [g(x)](ν) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 21
かけ算のフーリエ変換 こうなります F T [f (x)g(x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [g(x)](ν) かけ算のフーリエ変換 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 21
かけ算のフーリエ変換 こうなります F T [f (x)g(x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [g(x)](ν) かけ算のフーリエ変換 フーリエ変換と 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 21
かけ算のフーリエ変換 こうなります F T [f (x)g(x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [g(x)](ν) かけ算のフーリエ変換 フーリエ変換と フーリエ変換の 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 21
かけ算のフーリエ変換 こうなります F T [f (x)g(x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [g(x)](ν) かけ算のフーリエ変換 フーリエ変換と フーリエ変換の ???🤔🤔 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 21
かけ算のフーリエ変換 こうなります F T [f (x)g(x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [g(x)](ν) かけ算のフーリエ変換 フーリエ変換と フーリエ変換の ???🤔🤔 *は,コンヴォリューション(畳み込み)といいます 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 21
かけ算のフーリエ変換 こうなります F T [f (x)g(x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [g(x)](ν) かけ算のフーリエ変換 フーリエ変換と フーリエ変換の ???🤔🤔 *は,コンヴォリューション(畳み込み)といいます [ f ∗ g](t) = ∞ ∫−∞ f(y)g(t − y)dy 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 21
かけ算のフーリエ変換 こうなります F T [f (x)g(x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [g(x)](ν) かけ算のフーリエ変換 フーリエ変換と フーリエ変換の ???🤔🤔 *は,コンヴォリューション(畳み込み)といいます [ f ∗ g](t) = ∞ ∫−∞ f(y)g(t − y)dy その意味は,少し後で… 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 12 21
サンプリングされた関数のフーリエ変換 つまり F T [fT (x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [combT (x)](ν) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 21
サンプリングされた関数のフーリエ変換 つまり F T [fT (x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [combT (x)](ν) サンプリングされた 関数のフーリエ変換は 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 21
サンプリングされた関数のフーリエ変換 つまり F T [fT (x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [combT (x)](ν) サンプリングされた 関数のフーリエ変換は もとの関数の フーリエ変換と 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 21
サンプリングされた関数のフーリエ変換 つまり F T [fT (x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [combT (x)](ν) サンプリングされた 関数のフーリエ変換は もとの関数の フーリエ変換と くし形関数の フーリエ変換の 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 21
サンプリングされた関数のフーリエ変換 つまり F T [fT (x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [combT (x)](ν) サンプリングされた 関数のフーリエ変換は もとの関数の フーリエ変換と くし形関数の フーリエ変換の コンヴォリューション 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 21
サンプリングされた関数のフーリエ変換 つまり F T [fT (x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [combT (x)](ν) サンプリングされた 関数のフーリエ変換は もとの関数の フーリエ変換と くし形関数の フーリエ変換の コンヴォリューション くし形関数のフーリエ変換は 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 21
サンプリングされた関数のフーリエ変換 つまり F T [fT (x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [combT (x)](ν) サンプリングされた 関数のフーリエ変換は もとの関数の フーリエ変換と くし形関数の フーリエ変換の コンヴォリューション くし形関数のフーリエ変換は 1 F T [combT (x)](ν) = comb1/T (ν) T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 21
サンプリングされた関数のフーリエ変換 つまり F T [fT (x)](ν) = F T [f
(x)](ν) ∗ F T [combT (x)](ν) サンプリングされた 関数のフーリエ変換は もとの関数の フーリエ変換と くし形関数の フーリエ変換の コンヴォリューション くし形関数のフーリエ変換は 1 F T [combT (x)](ν) = comb1/T (ν) T くし形関数のフーリエ変換はくし形関数,ただし間隔が逆数 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 13 21
くし形関数とのコンヴォリューション F T [fT (x)](ν) = F T [f (x)](ν)
∗ F T [combT (x)](ν) サンプリングされた 関数のフーリエ変換は もとの関数の フーリエ変換と くし形関数の フーリエ変換の コンヴォリューション 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 14 21
くし形関数とのコンヴォリューション F T [fT (x)](ν) = F T [f (x)](ν)
∗ F T [combT (x)](ν) サンプリングされた 関数のフーリエ変換は もとの関数の フーリエ変換と くし形関数の フーリエ変換の コンヴォリューション 「くし形関数とのコンヴォリューション」とは? 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 14 21
くし形関数とのコンヴォリューション F T [fT (x)](ν) = F T [f (x)](ν)
∗ F T [combT (x)](ν) サンプリングされた 関数のフーリエ変換は もとの関数の フーリエ変換と くし形関数の フーリエ変換の コンヴォリューション 「くし形関数とのコンヴォリューション」とは? 「デルタ関数とのコンヴォリューション」を並べたもの 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 14 21
さて,コンヴォリューションとは [ f ∗ g](t) = コンヴォリューションの t での値は ∞
∫−∞ f(y)g(t − y)dy 関数 f と関数 g を t だけずらして重ねたときの, 重なりの面積 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 21
さて,コンヴォリューションとは [ f ∗ g](t) = コンヴォリューションの t での値は ∞
∫−∞ f(y)g(t − y)dy 関数 f と関数 g を t だけずらして重ねたときの, 重なりの面積 【参考リンク】のサイトを使って説明します。 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 15 21
デルタ関数とのコンヴォリューション ある何かの関数 f(t) [ f ∗ g](t) = ∞ ∫−∞
f(y)g(t − y)dy デルタ関数はここが0のとき以外はゼロ → 積分してもゼロ 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 21
デルタ関数とのコンヴォリューション ある何かの関数 f(t) [ f ∗ g](t) = ∞ ∫−∞
f(y)g(t − y)dy デルタ関数はここが0のとき以外はゼロ → 積分してもゼロ t = 0のとき 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 21
デルタ関数とのコンヴォリューション ある何かの関数 f(t) [ f ∗ g](t) = t =
0のとき ∞ ∫−∞ [ f ∗ δ](t) |t=0 = ∞ ∫−∞ f(y)g(t − y)dy デルタ関数はここが0のとき以外はゼロ → 積分してもゼロ f(y)δ(0 − y)dy 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 21
デルタ関数とのコンヴォリューション ある何かの関数 f(t) [ f ∗ g](t) = t =
0のとき ∞ ∫−∞ [ f ∗ δ](t) |t=0 = ∞ ∫−∞ f(y)g(t − y)dy デルタ関数はここが0のとき以外はゼロ → 積分してもゼロ f(y)δ(0 − y)dy y = 0 のとき以外は積分に無関係 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 21
デルタ関数とのコンヴォリューション ある何かの関数 f(t) [ f ∗ g](t) = t =
0のとき ∞ ∫−∞ [ f ∗ δ](t) |t=0 = ∞ ∫−∞ f(y)g(t − y)dy デルタ関数はここが0のとき以外はゼロ → 積分してもゼロ f(y)δ(0 − y)dy y = 0 のとき以外は積分に無関係 デルタ関数を積分すると ある何かの 関数 f(t) f(t) y = 0 のときだけ 1 0 t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 21
デルタ関数とのコンヴォリューション ある何かの関数 f(t) [ f ∗ g](t) = t =
0のとき ∞ ∫−∞ [ f ∗ δ](t) |t=0 = ∞ ∫−∞ f(y)g(t − y)dy デルタ関数はここが0のとき以外はゼロ → 積分してもゼロ f(y)δ(0 − y)dy y = 0 のとき以外は積分に無関係 デルタ関数を積分すると ある何かの 関数 f(t) f(t) y = 0 のときだけ 1 f (0) が取り出される 0 t 0 t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 21
デルタ関数とのコンヴォリューション ある何かの関数 f(t) [ f ∗ g](t) = t =
0のとき ∞ ∫−∞ [ f ∗ δ](t) |t=0 = ∞ ∫−∞ f(y)g(t − y)dy デルタ関数はここが0のとき以外はゼロ → 積分してもゼロ f(y)δ(0 − y)dy t = 1のとき y = 0 のとき以外は積分に無関係 デルタ関数を積分すると ある何かの 関数 f(t) f(t) y = 0 のときだけ 1 f (0) が取り出される 0 t 0 t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 21
デルタ関数とのコンヴォリューション ある何かの関数 f(t) [ f ∗ g](t) = t =
0のとき ∞ ∫−∞ [ f ∗ δ](t) |t=0 = ∞ ∫−∞ f(y)g(t − y)dy デルタ関数はここが0のとき以外はゼロ → 積分してもゼロ f(y)δ(0 − y)dy t = 1のとき [ f ∗ δ](t) |t=1 = ∞ ∫−∞ f(y)δ(1 − y)dy y = 0 のとき以外は積分に無関係 デルタ関数を積分すると ある何かの 関数 f(t) f(t) y = 0 のときだけ 1 f (0) が取り出される 0 t 0 t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 21
デルタ関数とのコンヴォリューション ある何かの関数 f(t) [ f ∗ g](t) = t =
0のとき ∞ ∫−∞ [ f ∗ δ](t) |t=0 = ∞ ∫−∞ f(y)g(t − y)dy デルタ関数はここが0のとき以外はゼロ → 積分してもゼロ f(y)δ(0 − y)dy t = 1のとき y = 0 のとき以外は積分に無関係 [ f ∗ δ](t) |t=1 = ∞ ∫−∞ f(y)δ(1 − y)dy y = 1 のとき以外は積分に無関係 デルタ関数を積分すると ある何かの 関数 f(t) f(t) y = 0 のときだけ 1 f (0) が取り出される 0 t 0 t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 21
デルタ関数とのコンヴォリューション ある何かの関数 f(t) [ f ∗ g](t) = t =
0のとき ∞ ∫−∞ [ f ∗ δ](t) |t=0 = ∞ ∫−∞ f(y)g(t − y)dy デルタ関数はここが0のとき以外はゼロ → 積分してもゼロ f(y)δ(0 − y)dy [ f ∗ δ](t) |t=1 = t = 1のとき y = 0 のとき以外は積分に無関係 ある何かの 関数 f(t) f(t) ∫−∞ f(y)δ(1 − y)dy y = 1 のとき以外は積分に無関係 デルタ関数を積分すると デルタ関数は積分すると y = 0 のときだけ 1 y = 1 のときだけ1 f (0) が取り出される 0 ∞ t 0 t f(t) 0 t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 16 21
デルタ関数とのコンヴォリューション ある何かの関数 f(t) [ f ∗ g](t) = t =
0のとき ∞ ∫−∞ [ f ∗ δ](t) |t=0 = ∞ ∫−∞ f(y)g(t − y)dy デルタ関数はここが0のとき以外はゼロ → 積分してもゼロ f(y)δ(0 − y)dy [ f ∗ δ](t) |t=1 = t = 1のとき y = 0 のとき以外は積分に無関係 ある何かの 関数 f(t) f(t) ∫−∞ f(y)δ(1 − y)dy y = 1 のとき以外は積分に無関係 デルタ関数を積分すると デルタ関数は積分すると y = 0 のときだけ 1 y = 1 のときだけ1 f (0) が取り出される 0 ∞ t 0 t f(t) 0 t f (1) が取り出される 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 t 16 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t つまり 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される 0 t 0
t つまり f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x) 自身 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される t 0 t
0 つまり f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x) 自身 f(t) * 0 t = 0 t f(t) 0 t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
デルタ関数とのコンヴォリューション f(t) t = α のとき, f(α)が取り出される t 0 t
0 つまり f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x) 自身 f(t) * 0 t = 0 t 画像の「ぼけ」は, 画像と「ぼけ関数」とのコンヴォリュー ション f(t) 0 t 画像の各点をデルタ関数と考えると, 各点に「ぼけ関数」が重ねられている 【参考リンク】で説明します。 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 17 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * 0 t = 0 t f(t) f(x)
とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x) 自身 0 t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * 0 t = 0 t f(t) f(x)
とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x) 自身 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * 0 t = 0 t f(t) f(x)
とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x) 自身 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 t f(t) f(x)
とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x) 自身 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) 0 t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 t f(t) f(x)
とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x) 自身 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) * 0 t 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 f(t) f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x)
自身 t 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) * 0 t t 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 f(t) f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x)
自身 t 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) = * 0 t t 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 f(t) f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x)
自身 t 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) = * 0 t t t 0 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 f(t) f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x)
自身 t 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) = * 0 t t t 0 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 f(t) f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x)
自身 t 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) = * 0 t t t 0 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 f(t) f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x)
自身 t 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) = * 0 t t t 0 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 f(t) f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x)
自身 t 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) = * 0 t t t 0 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 f(t) f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x)
自身 t 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) = * 0 t t t 0 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 f(t) f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x)
自身 t 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) = * 0 t t t 0 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 f(t) f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x)
自身 t 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) = * 0 t t t 0 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
くし形関数とのコンヴォリューション f(t) * = t 0 0 f(t) f(x) とデルタ関数のコンヴォリューションは,f(x)
自身 t 0 t くし形関数は,デルタ関数が等間隔に並んでいる くし形関数とのコンヴォリューションは,元の関数の「コピー」が等間隔に並んだものになる f(t) = * 0 t t t 0 0 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 18 21
まとめると・サンプリングとフーリエ変換 FT[f(x)](ν) f(x) フーリエ変換 –νc x νc ν サンプリング フーリエ変換
fT(x) FT[fT(x)](ν) ... ... ν x T 1/T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 19 21
まとめると・サンプリングとフーリエ変換 FT[f(x)](ν) f(x) フーリエ変換 –νc x νc カットオフ周波数 ν サンプリング
フーリエ変換 fT(x) FT[fT(x)](ν) ... ... ν x T 1/T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 19 21
まとめると・サンプリングとフーリエ変換 FT[f(x)](ν) f(x) フーリエ変換 –νc x νc カットオフ周波数 ν サンプリング
フーリエ変換 fT(x) FT[fT(x)](ν) ... ... ν x T 1/T サンプリング間隔 T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 19 21
まとめると・サンプリングとフーリエ変換 FT[f(x)](ν) f(x) フーリエ変換 –νc x νc カットオフ周波数 ν サンプリング
フーリエ変換 fT(x) FT[fT(x)](ν) ... ... ν x T サンプリング間隔 T 1/T サンプリング周波数 1/T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 19 21
周波数空間での間隔 FT[fT(x)](ν) ... FT[fT(x)](ν) ... ... νc –νc ν 1/T
... –νc νc 1/T ν 切り出す 切り出す FT[f(x)](ν) –νc νc (a) 2νc ≤ 1 / T ? ν (b) 2νc > 1 / T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 20 21
周波数空間での間隔 FT[fT(x)](ν) ... FT[fT(x)](ν) ... ... νc –νc ν 1/T
サンプリング周波数( 1/T )が, カットオフ周波数の2倍以上細かければ ... –νc νc 1/T ν 切り出す 切り出す FT[f(x)](ν) –νc νc (a) 2νc ≤ 1 / T ? ν (b) 2νc > 1 / T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 20 21
周波数空間での間隔 FT[fT(x)](ν) ... FT[fT(x)](ν) ... ... νc –νc ν 1/T
サンプリング周波数( 1/T )が, カットオフ周波数の2倍以上細かければ ひとつだけ 切り出して 切り出す ... –νc νc 1/T ν 切り出す FT[f(x)](ν) –νc νc (a) 2νc ≤ 1 / T ? ν (b) 2νc > 1 / T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 20 21
周波数空間での間隔 FT[fT(x)](ν) ... FT[fT(x)](ν) ... ... νc –νc ν 1/T
サンプリング周波数( 1/T )が, カットオフ周波数の2倍以上細かければ 切り出す –νc νc 1/T ν 切り出す FT[f(x)](ν) –νc これを 逆フーリエ変換して 元の関数に戻せる ひとつだけ 切り出して ... νc (a) 2νc ≤ 1 / T ? ν (b) 2νc > 1 / T 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 20 21
周波数空間での間隔 FT[fT(x)](ν) ... FT[fT(x)](ν) ... ... νc –νc ν 1/T
サンプリング周波数( 1/T )が, カットオフ周波数の2倍以上細かければ 切り出す –νc νc 1/T ν 切り出す FT[f(x)](ν) –νc これを 逆フーリエ変換して 元の関数に戻せる ひとつだけ 切り出して ... νc (a) 2νc ≤ 1 / T ? ν (b) 2νc > 1 / T サンプリング間隔が粗いと,周波数空間で重なり 合ってしまい元には戻せない (エイリアジング) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 20 21
まとめ・サンプリング定理 ある関数(画像でも,音声でも)を,それのもつ最大の周波数の2倍以上の細かさで サンプリングしておけば, サンプリングされたもの(ディジタル画像,ディジタル音声)から 元の関数(画像や音声)を再現できる 例)CDはサンプリング周波数が44.1kHz →22.05kHzまでの音声が記録できる 22.05kHzまでしか含まれていないとわかっているときには 正しく記録できる (録音時に,それ以上の周波数の成分が入らないように
しなければならない) 2026年度秋学期 画像情報処理 / 関西大学総合情報学部 浅野 晃 21 21