版权归原作者所有,如有侵权,请联系我们

[科普中国]-奈奎斯特频率

科学百科
原创
科学百科为用户提供权威科普内容,打造知识科普阵地
收藏

奈奎斯特频率(Nyquist frequency)是以 Harry Nyquist命名的频率,其大小等于采样频率(sampling frequency)的一半。从理论上说,即使奈奎斯特频率恰好大于信号带宽,也足以通过信号的采样重建原信号。但是,重建信号的过程需要以一个低通滤波器或者带通滤波器将在奈奎斯特频率之上的高频分量全部滤除,同时还要保证原信号中频率在奈奎斯特频率以下的分量不发生畸变,而这是不可能实现的。

定理说明时域抽样定理说明:一个频谱受限的信号,如果频谱只占据~的范围,则信号可以用等间隔的抽样值唯一地表示。而抽样间隔必须不大于(其中,或者说,最低抽样频率为。只要离散系统的奈奎斯特频率高于被采样信号的最高频率或带宽,就可以避免混叠现象1。

理论解释在实际应用中,为了保证抗混叠滤波器的性能,接近奈奎斯特频率的分量在采样和信号重建的过程中可能会发生畸变。因此信号带宽通常会略小于奈奎斯特频率,具体的情况要看所使用的滤波器的性能。

需要注意的是,奈奎斯特频率必须严格大于信号包含的最高频率。如果信号中包含的最高频率恰好为奈奎斯特频率,那么在这个频率分量上的采样会因为相位模糊而有无穷多种该频率的正弦波对应于离散采样,因此不足以重建为原来的连续时间信号2。

相关公式奈奎斯特间隔公式:

CCD相机在系统奈奎斯特频率处的调制CCD相机的成像系统主要由光学镜头、CCD及相关电路这两大部分组成。线阵CCD是一种光电转换部件,由一组大小相同的CCD像元在线阵方向上有序排列而构成。CCD相机的成像实际上是线阵CCD诸像元对景物进行空间采样的过程。CCD像元的几何尺寸决定了相机系统的空间截止频率一奈奎斯特频率。

标准的系统调制传递函数测试是采用透过率按正弦曲线变化的正弦靶标进行的。对CCD相机调制传递函数的测试,通常是指对相机在CCD线阵方向的静态传递函数进行测试。标准的调制传递函数测试应选用正弦靶标作为目标,但由于靶标制造工艺的限制,一般多选用易于制造的矩形靶标来进行测试。

调制传递函数是评价相机性能的一个重要技术指标,CCD相机的调制传递函数由光学镜头的调制传递函数与CCD的调制传递函数这两大部分组成。

在CCD相机的实际研制过程中,光学镜头的调制传递函数主要由镜头设计、光学加工及光学装调等因素的影响,而CCD的调制传递函数不仅受空间采样的限制,同时也与CCD像元的材料、驱动电路及信号采集电路密切相关3。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所