曲波变换

曲波变换（）是一种可以对多尺度信号进行表示的非自适应方法。作为小波变换的推广，曲波变换目前广泛的应用于诸如图像处理和科学计算等领域。

小波通过使用具有时频局域化性质的基对傅里叶变换进行了推广。对于高维信号，通过局域化朝向（Orientation），小波变换可以具有方向信息。曲波变换和包含方向信息的小波变换的区别在于，对于角度的局域化性质会随着尺度变化。

曲波变换适用于表示图像等除奇异点外光滑的信号，这些信号由具有有界曲率的曲线构成，卡通、几何和文字等图片都具有这样的性质，这些图片的边缘会随着图片的放大显得越来越直。然而一般的照片不具有类似的特征，它们往往在几乎所有的尺度上都有细节信息。所以在处理一般的照片时，选择具有方向信息的小波变换会在每个尺度上都具有相同的纵横比。

当图像类型适合时，曲波变换可以提供比其他小波变换更稀疏的表示。 通过假设仅使用  个小波作为几何测试图像的最佳逼近，并将近似误差作为  的函数来量化表示的稀疏性。对于傅里叶变换，均方误差的衰减速度约为 。对于包括方向性的和非方向性的一系列小波变换，均方误差的衰减速度约为 。而采用曲波变换则可以使均方误差的衰减速度下降到约为 。

Candès等人提出了两种离散曲波变换的快速算法，分别是基于非均匀采样傅里叶变换的Curvelet变换（Based on unequally-spaced fast Fourier transforms (USFFT)）和基于卷绕的Curvelet变换（Based on the wrapping of specially selected Fourier samples）；对于大小为的图片，二者的计算复杂度均为，约是快速傅里叶变换的6-10倍。

 曲波的构建 
为了构建曲波的基函数 ，并在二维频率平面提供一个平铺（tiling），以下两个方面应当得到考虑：

 考虑频域的极坐标
 构建的曲波基应以近似楔形的方式局部支撑

在尺度下，楔形元素的数量为，也就是说，每经过两个圆环会使楔形元素数量加倍。

令频域的坐标，所以频域的极坐标为，。

在极坐标下，我们假设膨胀的基本曲波为：

为了使构建的曲波基在一个近似楔形区域上支撑，两个窗函数和需要是紧支撑的。我们可以简单的使覆盖，膨胀的曲波和使得每一个圆环被的平移覆盖。

由容许性条件可以得出：

为了利用个楔形平铺一个圆环（为正整数）我们需要以为周期的非负窗在区间内支撑，使得：

可以简单的由一个标量窗通过周期化构建为。

所以：

为了完全覆盖包括零点附近区域的频率平面，我们需要定义一个低通成分满足：

该部分在单位圆上支撑，此时不考虑旋转。

关于Curvelet性质、构建及其离散化的详细信息，参见。

 应用 

 图像处理
 地震勘探
 流体力学
 求解偏微分方程
 压缩感知

 外部链接 

 Curvelet.org 主页 

 参考文献 
Category:小波分析
Category:時頻分析
Category:图像处理