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基于MATLAB的IIR滤波器的设计及应用(图像去噪)

时间:2011-08-01


※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 2008 级数字信号 ※

2008 级数字信号

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课程设计

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数字信号课程设计报告书 数字信号课程设计报告书

课题名称 姓 学 名 号

基于 MATLAB 的 IIR 滤波器的设计及 应用(图像去噪) 应用(图像去噪)

院、系、部 专 业

电气系 电气系 电子信息工程

指导教师

201 2011 年 6 月 30 日
1

基于 MATLAB 的 IIR 滤波器的设计及应用(图像去噪) 滤波器的设计及应用(图像去噪) 摘要
数字滤波是语言和图像处理、模式识别、谱分析等应用中的一个基本算法, 在数字信号处理中占有极其重要的地位,研究了基于 Matlab 环境下的 IIR 数字 滤波器的设计及应用,给出了相应的 Matlab 函数命令,并将滤波器应用于图像 噪声的去除,取得了不同的效果,就其结果做了进一步的解释和说明。

一、设计目的 设计目的
1.学会 MATLAB 的使用,掌握 MATLAB 的程序设计方法; 2.掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法; 3. 在 Matlab 环境下产生噪声图像; 4.掌握 MATLAB 设计 IIR 数字滤波器的方法; 5.学会用 MATLAB 对信号进行分析和处理。

二、设计要求 设计要求
1.噪声图像的频谱分析 2.设计数字滤波器和画出频率响应 低通滤波器性能指标,fp=1000Hz,fs=1200 Hz, As=100dB,Ap=1dB; 在 MATLAB 中, 可以利用函数 butte、 cheby1 和 ellip 设计 IIR 滤波器; 最后, 利用 MATLAB 中的函数 freqz 画出各滤波器的频率响应。 3.用滤波器对噪声图像进行滤波 4.比较几种滤波器去滤波前后噪声图像及频谱

三、主要实验仪器及材料
微型计算机、Matlab6.5 教学版、TC 编程环境。

四、系统原理
2

图像去噪是数字图像处理中的重要环节和步骤。 去噪效果的好坏直接影响到 后续的图像处理工作如图像分割、边缘检测等。 设计 IIR 数字滤波器一般采用间接法(脉冲响应不变法和双线性变换法), 用脉冲响应不变法和双线性变换法设计 IIR 数字低通滤波器的思想是: 先设计一 个过渡模拟低通滤波器 Ha(s),再将设计好的模拟低通滤波器根据脉冲响应不 变法和双线性变换法,转换成数字低通滤波器。

五、程序设计
用巴特沃斯滤波器实现图像去噪: Fs=10000;T=1/Fs; I=imread('eight.tif'); J=imnoise(I,'salt & pepper',0.01); figure(1),imshow(J) st=double(J); fp=4000; fs=4500; wp=2*fp/Fs; ws=2*fs/Fs;rp=1;rs=100; [N,wp]=buttord(wp,ws,rp,rs); [B,A]=butter(N,wp); h=impz(B,A); II=reshape(I,1,242*308); ylt=filter(B,A,double(II)); yy=reshape(ylt,242,308); figure(2),imshow(uint8(yy))

用切比雪夫实现图像去噪: Fs=10000;T=1/Fs; I=imread('eight.tif');

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J=imnoise(I,'salt & pepper',0.01); figure(1),imshow(J) st=double(J); fp=4000; fs=4500; wp=2*fp/Fs; ws=2*fs/Fs;rp=1;rs=100; [N,wp]=cheb1ord(wp,ws,rp,rs); [B,A]=cheby1(N,rp,wp); h=impz(B,A); II=reshape(I,1,242*308); ylt=filter(B,A,double(II)); yy=reshape(ylt,242,308); figure(2),imshow(uint8(yy))

用椭圆滤波器实现图像去噪: Fs=10000;T=1/Fs; I=imread('eight.tif'); J=imnoise(I,'salt & pepper',0.01); figure(1),imshow(J) st=double(J); fp=4000; fs=4500; wp=2*fp/Fs; ws=2*fs/Fs;rp=1;rs=100; [N,wp]=ellipord(wp,ws,rp,rs); [B,A]=ellip(N,rp,rs,wp); h=impz(B,A); II=reshape(I,1,242*308); ylt=filter(B,A,double(II)); yy=reshape(ylt,242,308); figure(2),imshow(uint8(yy))

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六、设计总结
本次的课程设计完成了设计的要求,达到了设计的目的,进一步掌握了 MATLAB的编程及仿真,及运用MATLAB对数字信号处理的方法,通过MATLAB语言对 加噪图像进行频谱分析, 并实现了在MATLAB的环境下用脉冲响应不变法和双线性 变换法将模拟低通滤波器转换成IIR数字低通滤波器,及其编程思想,不仅对 MATLAB工具箱有了更深层次的了解和掌握,而且在fir滤波器设计中可以进行对 种方法的比较,已确定每种方法的优劣性,在实际操作中有很大的意义,同时 MATLAB 信号处理工具箱为滤波器设计及分析提供了非常优秀的辅助设计工具, 在设计数字滤波器时,善于应用MATLAB进行辅助设计,能够大大提高设计效率。 所以MATLAB是一款非常强大的工具,学习好和欧普可对,各种数字信号的处理有 着至关重要的帮助。 在这次课程设计过程中,感触很深,由于对 MATLAB 图像处理的函数不熟悉, 导致自己走了很多的弯路,通过本次课程设计,使自己对 MATLAB 设计流程有了 比较深刻的体会,同时也了解了一般软件设计的过程。在设计过程中碰到了很多 的问题,通过这些问题,使自己分析问题,解决问题的能力得到了较大的提高。

八、参考文献
[1] 高西全, 丁玉美.数字信号处理 (第三版) .西安电子科技大学出版社.2008 [2] 胡广书.数字信号处理——理论、算法与实现.清华大学出版社.1998 [3] 楼顺天, 李博菡.基于 MATLAB 的系统分析与设计——信号处理.西安电 子科技大学出版社.1998

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