? ? ? ?在數字圖像處理中,提到的 “測不準原理” ,和量子力學里由海森堡提出的 “不確定性原理”
(Heisenberg uncertainty principle,也叫海森堡測不準原理)有一定的類比關系,但本質上并不是同一個概念。以下為詳細介紹:
量子力學中的海森堡測不準原理
? ? ? ?海森堡測不準原理(Heisenberg Uncertainty Principle)是量子力學的核心原理之一,由德國物理學家維爾納?海森堡(Werner Heisenberg)于 1927 年提出。它揭示了微觀粒子的基本特性:無法同時精確測量粒子的某些成對物理量(如位置與動量),其測量精度存在本質上的限制,這種限制并非由測量儀器的精度不足導致,而是微觀世界的固有屬性。
? ? 核心內容:成對物理量的測量限制
? ? 測不準原理最經典的表述針對位置(x)和動量(p):
? ? ? 這一公式的含義是:位置測量越精確(Δx 越小),動量的測量就越不精確(Δp 越大),反之亦然,二者的乘積永遠不小于某個常數。這意味著,當我們試圖更精確地測量粒子的位置時,其動量的不確定性就會增大;反之,當我們想更精確地確定粒子的動量時,位置的不確定性就會增加。這是微觀世界中粒子的固有屬性,反映了量子系統的一種內在的不確定性。
數字圖像處理中的 “測不準原理” 類比
? ? ? ?在數字圖像處理領域,“測不準原理” 更多是一種基于信號處理理論的類似概念,通常體現在空間域和頻率域之間的關系上,最典型的是在傅里葉變換相關的內容中。
在圖像處理里,圖像既可以從空間域(也就是直觀看到的像素分布)去理解,也可以從頻率域(把圖像看成不同頻率成分的組合)去分析。類似于量子力學中不能同時精確確定位置和動量:
- 在數字圖像處理中,我們無法同時在空間域和頻率域獲得無限精確的信息。比如,當我們想要在空間域上更精確地定位圖像中的某個特征(像邊緣、細節等)時,在頻率域上對其頻率成分的描述就會變得不那么精確;反過來,如果我們想在頻率域上精確分析圖像的頻率成分,那么在空間域上對特征的精確定位能力就會下降 。
? ? ? ?從數學角度看,以傅里葉變換為例,一個函數(圖像可以看作二維函數)在空間域的寬度(可以理解為特征的定位精度)和在頻率域的帶寬(頻率成分的范圍)之間存在一種制約關系。如果一個函數在空間域上非常集中(能精確定位),那么它在頻率域上就會比較寬泛(頻率成分分散,頻率描述不夠精確);反之亦然。
二者對比總結
對比項 | 量子力學海森堡測不準原理 | 數字圖像處理 “測不準原理” |
研究對象 | 微觀世界的粒子的物理量 | 圖像在空間域和頻率域的信息 |
本質 | 微觀粒子的固有屬性,體現量子系統內在不確定性 | 基于信號處理理論,是空間域和頻率域信息之間的制約關系 |
表現形式 | 位置和動量的不確定性關系 | 空間域定位精度與頻率域頻率成分精確描述的制約 |
? ? ? ?所以,雖然名稱類似,但數字圖像處理中的 “測不準原理” 是從信號處理角度出發的一種類比性概念,主要用于幫助理解圖像在不同表示域之間信息的平衡和制約關系,和量子力學中的不確定性原理有著不同的內涵和應用場景。