Matlab特定頻率噪聲濾波課設(shè)報(bào)告模板

1、目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1緒論2. HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 2方案設(shè)計(jì)3. HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 設(shè)計(jì)思路：3. HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 總體設(shè)計(jì)方案 3. HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 設(shè)計(jì)原理3.DFT3.濾波器設(shè)計(jì)4. HYPERLINK l bookmark20 o

2、Current Document 3.程序設(shè)計(jì)5. HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 程序流程圖5. HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 讀取圖像5. HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 加入特定頻率的噪聲 6 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 頻域?yàn)V波7.GUI界面設(shè)計(jì)8. HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 4測(cè)試及分析9. HYPERLINK l

3、bookmark32 o Current Document 4.1測(cè)試結(jié)果9. HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 4.1結(jié)果分析9. HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 5小結(jié)10 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 6參考文獻(xiàn)11 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 附錄1.21緒論數(shù)字圖像處理應(yīng)用 Matlab軟件解決圖像處理中的問題、難題，節(jié)省圖像處 理工作的時(shí)間，大大提高了圖像處理的效率。目前數(shù)

4、字圖像處理科學(xué)已成為各領(lǐng) 域中各學(xué)科學(xué)習(xí)和研究的對(duì)象。隨著信息高速公路、數(shù)字地球概念的提出以及 Internet的廣泛應(yīng)用，圖像處理技術(shù)的需求與日俱增，圖像處理科學(xué)無(wú)論是在理 論上還是實(shí)踐上都存在著巨大的潛力。在圖像處理的過程中，消除圖像的噪聲干擾是一個(gè)非常重要的問題。一般濾 除噪聲的方法有兩種：空間域?yàn)V波和頻域?yàn)V波。空域?yàn)V波是在圖像空間中借助模板對(duì)圖像進(jìn)行領(lǐng)域操作， 處理圖像每一個(gè)像 素的取值都是根據(jù)模板對(duì)輸入像素相應(yīng)領(lǐng)域內(nèi)的像素值進(jìn)行計(jì)算得到的。 空域?yàn)V 波基本上是讓圖像在頻域空間內(nèi)某個(gè)范圍的分量受到抑制， 同時(shí)保證其他分量不 變，從而改變輸出圖像的頻率分布，達(dá)到增強(qiáng)圖像的目的。頻域?yàn)V波是

5、圖像經(jīng)傅里葉變換以后， 邊緣和其他尖銳變化（如噪音）在圖像 的灰度級(jí)中主要處于傅里葉變換的高頻部分。因此，可以通過圖像和噪聲的頻率差別濾除噪聲。本次設(shè)計(jì)要求濾除特定頻率的噪聲，因此采用頻域?yàn)V波方式中的巴特沃斯帶 阻濾波器。關(guān)鍵字：數(shù)字圖像處理，matlab,特定頻率的噪聲，頻域，巴特沃斯帶通濾波2.方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路:.讀取一幅灰度圖像.加入特定頻率的噪聲.帶通濾波.2總體設(shè)計(jì)方案濾波噪聲圖IJ濾波圖圖2.2總體設(shè)計(jì)方案流程圖.3設(shè)計(jì)原理DFT離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transform,縮寫為DFT）,是傅里葉變換 在時(shí)域和頻域上都呈離散的形式，將信號(hào)的時(shí)域采樣變換為其

6、DTFT的頻域采樣。在形式上，變換兩端（時(shí)域和頻域上）的序列是有限長(zhǎng)的，而實(shí)際上這兩組 序列都應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是離散周期信號(hào)的主值序列。即使對(duì)有限長(zhǎng)的離散信號(hào)作 DFT,也應(yīng)當(dāng)將其看作其周期延拓的變換。在實(shí)際應(yīng)用中通常采用快速傅里葉變換計(jì)算DFT。下面給出離散傅里葉變換的變換對(duì)：（1）對(duì)于N點(diǎn)序列xn 0三nN它的離散傅里葉變換（DFT）為：N T互 nk_ .XfkL e N xn k 二 0,1,., N 1n -0其中已是自然對(duì)數(shù)的底數(shù)，i是虛數(shù)單位。通常以符號(hào)F表示這一變換，即?= Fx離散傅里葉變換的逆變換（IDFT）為：Ni2Lnk_ .Xk = - e N xn k = 0,1,.,

7、N 一 1可以記為：? F1x實(shí)際上，DFT和IDFT變換式中和式前面的歸一化系數(shù)并不重要。 在上面的定義 中，DFT和IDFT前的系數(shù)分別為1和1/N。有時(shí)會(huì)將這兩個(gè)系數(shù)都改成1/xG，2.3.2濾波器設(shè)計(jì)n階Butterworth帶阻濾波器的傳遞函數(shù)為:H(u,v)=1D(u,v)W 產(chǎn) 122D (u,v) - D0其中W是阻帶的寬度，D0是阻帶的中心半徑。帶阻濾波就是阻止特定范圍 的頻率的信號(hào)通過，而允許其他范圍的信號(hào)通過。在徑向?qū)ΨQ的濾波器的情況下， 這種濾波器可以由一個(gè)剖面完全確定。在點(diǎn)（u0, v0）處的一個(gè)圓形鄰域上產(chǎn)生 的帶阻濾波器是用高通濾波器的平移實(shí)現(xiàn)的。獲取圖像的頻域圖

8、像，使用 Matlab函數(shù)觀察干擾噪聲的頻率成分，找出所 有的干擾分量，由于干擾分量在大致在一個(gè)圓上，所以可以用一個(gè)頻譜特性為一 個(gè)圓的帶阻濾波器來(lái)濾除干擾分量。濾波完成后將頻域圖像實(shí)施逆變換，即可顯 示處理后的圖像。3.程序設(shè)計(jì)程序流程圖開始Imread()讀取原圖Rgb2gray()轉(zhuǎn)換為灰度 +Imshow()顯示灰度圖像及其頻譜加噪聲Imshow()顯示加噪后圖像及 *帶阻濾波Imshow()顯示濾波后圖像及Y結(jié)束圖3.1程序流程圖讀取圖像%/ 讀原圖并顯示 /A=imread(1.jpg);I=rgb2gray(A);figure(1),imshow(I);title(原圖)；%/顯

9、示原圖頻譜/J=fftshift(fft2(I);figure(2), imshow(log(abs(J),8 20);title(原圖頻譜);A=imread(1.jpg)讀 取 RGB 圖 像；I=rgb2gray(A)轉(zhuǎn)換 為灰度 圖像；J=fftshift(fft2(I)對(duì)灰度圖像進(jìn)行FFT變換，并把求得頻譜低頻移至中心。圖3.2(a)灰度圖像圖3.2(b)灰度圖像頻譜加入特定頻率的噪聲%/ 力口正弦噪聲 /m,n=size(I);s=size(I);x,y=meshgrid(1:s(1),1:s(2);p=sin(10*x/5+10*y/20)+1;f=(im2double(I)+p

10、/2)/2;f=uint8(f*256);figure(3),%顯示加噪聲的圖像imshow(f);title(加噪圖像);%/顯示加噪后頻譜/K=fftshift(fft2(f);figure(4),%顯示加噪圖像頻譜imshow(log(abs(K),8 20);title(加噪后頻譜);s=size(I)獲取原圖的維度；sin(10*x/5+10*y/5)加入正弦噪聲；im2double(I)將 原圖像矩陣轉(zhuǎn)換為0,1之間的double型。加噪圖像圖3.2(a)加噪圖像加噪后頻譜圖3.2(b)加噪圖像頻譜頻域?yàn)V波%/n 階巴特沃斯濾波 / k=fft2(f);g=fftshift(k);

11、N1,N2=size(g);W=10;%阻帶帶寬n=2;d0=115; %阻帶中心頻率n1=round(N1/2);n2=round(N2/2);for i=1:N1for j=1:N2d=sqrt(i-n1)A2+(j-n2)A2);h=1/(1+(d*W)/(dA2-d0A2)A(2*n);% y(i,j)=h*g(i,j)； endendy=ifftshift(y);E1=ifft2(y);E2=uint8(real(E1);figure(5),imshow(E2);title(濾波后圖像);%/ 濾波頻譜 / J=fftshift(fft2(E2);figure(6), imshow(

12、log(abs(J),8 20);title(濾波后頻譜);k=fft2將加噪聲圖像進(jìn)行2維fft運(yùn)算；N1,N2=size(g)獲取頻譜維度；W 阻帶帶寬；n=2階數(shù)為2階；d0=115阻帶中心頻率為115; round()取整；濾波函 數(shù) h=1/(1+(d*W)/(dA2-d0A2)A(2*n) ； y=ifftshift(y);E1=ifft2(y)E2=uint8(real(E1) 進(jìn)行反變換。圖3.4(a)濾波后圖像圖3.4(b)濾波后圖像頻譜GUI界面設(shè)計(jì)圖3.5GUI界面Matlab使用GUI圖形用戶界面，提供良好的人機(jī)交互環(huán)境。4測(cè)試及分析4.1測(cè)試結(jié)果圖4.1程序運(yùn)行結(jié)果4

13、.1結(jié)果分析對(duì)比原圖頻譜和加噪后頻譜可以看出，正弦噪聲頻譜是位于同一個(gè)圓上的兩 個(gè)點(diǎn)；再對(duì)比圖像可以看到圖片上增加了細(xì)小的網(wǎng)格線。對(duì)比加噪頻譜和還原頻譜可以看出，帶通濾波器將噪聲頻譜基本上濾除了；再對(duì)比圖像可以看出圖像大部分網(wǎng)格線被去除了。實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)成功。5小結(jié)通過這一周的數(shù)字圖像課程設(shè)計(jì)，我不僅加深了對(duì)數(shù)字圖像處理的理解， 還 掌握了一些基本的 Matlab編程知識(shí)。在剛我有些開始設(shè)計(jì)時(shí)，我有些迷茫，在 逐步的深入方面學(xué)習(xí)后，我慢慢的對(duì) Matlab的學(xué)習(xí)產(chǎn)生了興趣。在課設(shè)過程中， 我不僅對(duì)課本的基本知識(shí)有了更深一步的理解，同時(shí)對(duì)其他方面的知識(shí)有所了 解，特別是對(duì)Matl

14、ab軟件的應(yīng)用有了初步的掌握，課程設(shè)計(jì)給了我能自己鍛煉 運(yùn)用Matlab軟件的平臺(tái)。作為一個(gè)應(yīng)用軟件，學(xué)好 Matlab的關(guān)鍵就是在實(shí)踐中 不斷積累，勤加練習(xí)，對(duì)于所學(xué)的程序要弄明白，真正理解每一步的操作原理。在這次課設(shè)中，我明白了光學(xué)習(xí)課本的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的， 只有將理論與實(shí) 踐相結(jié)合，才能對(duì)所學(xué)的知識(shí)有更全面的掌握。設(shè)計(jì)過程中，我們遇到了很多問題，主要是編程上的問題。網(wǎng)上和書上關(guān)于 如何加入特定頻率的噪聲的資料非常少。借閱了好多matlab圖像處理的書收獲也很小。后來(lái)參考外國(guó)網(wǎng)站上的資料才好不容易實(shí)現(xiàn)了特定頻率正弦噪聲的添 加。根據(jù)我們的設(shè)計(jì)修改程序，結(jié)果出來(lái)了，還算理想。至于巴特沃斯帶通

15、濾波 器的設(shè)計(jì)，我翻閱了大量資料，上網(wǎng)，去圖書館，還參考了老師上課時(shí)的課件， 最終還是得到了巴特沃斯帶通濾波器的程序。實(shí)踐出真知，通過這次課程設(shè)計(jì)，我們進(jìn)一步了解了數(shù)字圖像處理基本理論， 初步掌握了數(shù)字圖像頻域處理方法，進(jìn)一步了解并掌握了MATLAB的圖像處理技術(shù)。這次課程設(shè)計(jì)，讓我們體會(huì)到了致知于行的真正含義。我們還懂得了，完 成一項(xiàng)工作，光靠一個(gè)人的努力是不夠的，明白了合作的重要性。總之，這次課 程設(shè)計(jì)對(duì)我們的啟發(fā)很深，對(duì)我們以后走上工作崗位有實(shí)踐意義。6參考文獻(xiàn)1岡薩雷斯著.數(shù)字圖像處理（第三版）.北京：電子工業(yè)出版社，20102楊杰 李慶著.數(shù)字圖像處理及MATLAB實(shí)現(xiàn)一一學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)

16、指導(dǎo).北京：電 子工業(yè)出版社，20103蘇金明 王永利著.MATLAB圖形圖像.北京：電子工業(yè)出版社，20054朱習(xí)軍 隋思漣等著.MATLAB在信號(hào)與圖像處理中的應(yīng)用.北京：電子工業(yè) 出版社，20095張兆禮 現(xiàn)代圖像處理技術(shù)及 Matlab實(shí)現(xiàn).北京：人民郵電出版社，2010附錄%/ 讀原圖并顯示 /A=imread(1.jpg);I=rgb2gray(A);figure(1),imshow(I);title(原圖)；%/顯示原圖頻譜/J=fftshift(fft2(I);figure(2),imshow(log(abs(J),8 20);title(原圖頻譜);%/ 力口正弦噪聲 /m,

17、n=size(I);s=size(I);x,y=meshgrid(1:s(1),1:s(2);p=sin(10*x/5+10*y/5)+1;f=(im2double(I)+p/2)/2;f=uint8(f*256);figure(3),%顯示加噪聲的圖像 imshow(f);title(加噪圖像);%/顯示加噪后頻譜/K=fftshift(fft2(f);figure(4),%顯示加噪圖像頻譜imshow(log(abs(K),8 20);title(加噪后頻譜);%/n 階巴特沃斯濾波 / k=fft2(f);g=fftshift(k);N1,N2=size(g);W=10;%阻帶帶寬n=2;d0=115; %阻帶中心頻率n1=round(N1/2);n