1、MATLAB軟件MATLAB簡介Matlab是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的數值計算和可視化軟件。它集數值分析、矩陣運算、信號處理和圖形顯示于一體，構成了一個方便、界面良好的用戶環(huán)境。它還包括了Toolbox(工具箱)的各類問題的求解工具，可用來求解特定學科的問題。其特點是：16，17，18 (1) 可擴展性：Matlab最重要的特點是易于擴展，它允許用戶自行建立指定功能的M文件。對于一個從事特定領域的工程師來說，不僅可利用Matlab所提供的函數及基本工具箱函數，還可方便地構造出專用的函數。從而大大擴展了其應用范圍。當前支持Matlab的商用Toolbox(工具箱)有數

2、百種之多。而由個人開發(fā)的Toolbox則不可計數。(2) 易學易用性：Matlab不需要用戶有高深的數學知識和程序設計能力，不需要用戶深刻了解算法及編程技巧。(3) 高效性：Matlab語句功能十分強大，一條語句可完成十分復雜的任務。如fft語句可完成對指定數據的快速傅里葉變換，這相當于上百條C語言語句的功能。它大大加快了工程技術人員從事軟件開發(fā)的效率。據MathWorks公司聲稱，Matlab軟件中所包含的Matlab源代碼相當于70萬行C代碼。MATLAB的廣泛應用由于Matlab具有如此之多的特點，在歐美高等院校，Matlab已成為應用于線性代數、自動控制理論、數理統(tǒng)計、數字信號處理、時

3、間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學工具：在研究單位、工業(yè)部門，Matlab也被廣泛用于研究和解決各種工程問題。當前在全世界有超過40萬工程師和科學家使用它來分析和解決問題14。Matlab作為科學計算軟件，主要適用于矩陣運算和信息處理領域的分析設計，它使用方便、輸入簡捷，運算高效、內容豐富，并且有大量的函數庫可提供使用，與Basic，C和Fortran相比，用Matlab編寫程序，其問題的提出和解決只需要以數學方式表達和描述，不需要大量繁瑣的編程過程。利用Matlab軟件并通過計算機仿真光學空間濾波實驗過程的新方法,其特點是：既可以隨意改變所設計濾波器的參量，又可以對輸入圖像進行振幅

4、、相位或復合濾波，并且可實現(xiàn)傅里葉變換頻譜中相位信息的提取、存儲和利用，因而能夠完成一般光學實驗中往往難以實現(xiàn)的某些操作.并分別給出了網格濾波、低通、高通及相位濾波等仿真實驗結果。這種仿真實驗給光學濾波器的設計和圖象處理帶來很大方便，同時也為相關器件的設計提供了一條新的途徑19。MATLAB軟件系統(tǒng)構成 圖3.1 MATLAB7.0界面MATLAB軟件主要包括主包、Simulink和工具箱三大部分組成。下圖為MATLAB界面：MATLAB語言MATLAB可以認為是一種解釋性語言，可以直接在MATLAB命令窗口鍵入命令，也可以在編輯器內編寫應用程序，這樣MATLAB軟件對命令或程序中各條語句進行

5、翻譯，然后在MATLAB環(huán)境下對它進行處理，最后返回運算結果。MATLAB語言的基本語句結構為：變量名列表=表達式其中等號左邊的變量名列表為MATLAB語句的返回值，等號右邊是表達式的定義，它可以是MATLAB允許的矩陣運算，也可以使函數調用。等號右邊的表達式可以由分號結束，也可以由逗號或回車結束，但他們的含義是不同的，如果用分號結束，則左邊的變量結果將不在屏幕上顯示出來，否則將把結果全部顯示出來。MATLAB語言和C語言有所不同，在調用函數式MATLAB允許一次返回多個結果，這時等號左邊是用括起來的變量列表20。MATLAB中的傅里葉變換函數211.一維快速傅里葉變換函數fft格式：X=ff

6、t(x,N)功能：采用FFT算法計算序列向量x的N點DFT變換。當N省略時，fft函數自動按x的長度計算DFT。當N為2的整數次冪時，fft按基數2算法計算，否則用混合計算。2. 一維快速逆傅里葉變換函數ifft格式：x=ifft(X,N)功能：采用FFT算法計算序列向量X的N點IDFT變換。3. 二維快速傅里葉變換函數fft2格式：X=fft2(x)功能：返回矩陣X的二維DFT變換。4. 二維快速逆傅里葉變換函數ifft2格式：X=ifft2(x)功能：返回矩陣X的二維IDFT變換。MATLAB GUI設計工具簡介圖形用戶界面的程序是在圖形界面下創(chuàng)建與用戶交互的控件元素，用戶可以通過操作這些

7、交互控件實現(xiàn)特定的功能，并且可以返回顯示在程序界面相應的結果顯示區(qū)域中。因此，用戶只和前臺界面下的控件發(fā)生交互，而所有運算、繪圖等內部操作都分裝在內部，終端用戶不需要去追究這些復雜過程的代碼。圖形用戶界面編程大大提高了用戶使用MATLAB程序的易用性。GUI簡介在Matlab中，圖形用戶界面(graphical user interface，GUI)是Matlab中一個專用于GUI程序設計的向導設計器，而GUI是由各種圖形對象，如圖形窗口、圖軸、菜單、按鈕、文本框等構建的用戶界面，是人機交互的有效工具和方法。通過GUIDE可以很方便地設計出各種符合要求的圖形用戶界面。用戶通過一定的方法(如鼠標

8、或鍵盤)選擇、激活這些圖形對象，使計算機產生某種動作或變化，比如實現(xiàn)計算、繪圖等。GUI設計既能以基本的Matlab程序設計為主，也能以鼠標為主，利用GUIDE工具進行設計，也可綜合以上兩種方法進行設計。GUIDE主要是一個界面設計工具集。Matlab將所有GUl支持的用戶控件都集成在這個環(huán)境中并提供界面外觀、屬性和行為相應方式的設置方法。GUIDE將用戶保存設計好的圖形用戶界面保存在一個FIG資源文件中，同時自動生成包含圖形用戶界面初始化和組件界面布局控制代碼的M文件，這個M文件為實現(xiàn)回調函數的編寫提供了一個參考框架。FIG文件是一個二進制文件，包含系列化的圖形窗口對象。所有對象的屬性都是用

9、戶創(chuàng)建圖形窗口時保存的屬性。該文件最主要的功能是對象句柄的保存。M文件包含GUI設計、控制函數及控件的回調函數，主要用來控制GUI展開時的各種特征。該文件基本上可以分為GUI初始化和回調函數2個部分，控件的回調函數可根據用戶與GUI的具體交互行為分別調用。Matlab定義的各種圖形對象及其關系如下圖所示?？刂茖ο骍icontrol跟對象Room圖形窗口對象Figure右菜單對象Uicontextmenu菜單對象Uimenu坐標軸對象Axes表面圖對象Surface文字對象Test光源對象Light圖像對象Image線對象Line圖3.1 GUI對象層次結構圖GUI所含有的所有控件必須隨時對鼠標

10、的單擊做出回應，當然也要對可能的鍵盤輸入做出恰當的回應。創(chuàng)建GUI組建的三個主要部分如下22：(1)構成：GUI的所有項目都是圖形界面的重要構成(按鈕、標簽、可編輯框等)。(2)圖形窗口：GUI的所有構成都必須安放在圖形窗口中，該圖形窗口就顯示在計算機屏幕上。(3)回調函數：對無論是鼠標的單擊，還是對菜單的選取，還是對可選框的選取等操作作出反應，能夠通過回調函數執(zhí)行相應語句，完成用戶需求。也即是說GUI的所有圖形組件實際上就是一個回調函數與可執(zhí)行函數語句的鏈接。上面三個部分中，最后一條最為重要。如果想建一個性能好的GUI界面，首要的就是回調函數必須能夠很好地連接需要執(zhí)行的MATLAB語句。GU

11、I開發(fā)環(huán)境在MATLAB的命令窗口里輸入GUIDE，確認后就可以進入到GUIDE開發(fā)環(huán)境下，或者單擊菜單FileNewGUI來打開開發(fā)環(huán)境。環(huán)境窗口如下：設計界面的過程就是把我們需要的控件從控件調色板拖到（或復制到）控件布局編輯區(qū)，并使用列隊工具把這些控件排列整齊合理的過程。把控件拖到編輯區(qū)的方法有兩種：一是用鼠標單擊所需要的控件，然后在編輯區(qū)再單擊鼠標即可得到我們所需要的控件；另一種方法是選中我們需要的控件，然后再編輯區(qū)用鼠標滑過的框區(qū)就會生成開一個大小等于礦區(qū)的控件20。菜單欄M文件編輯器屬性查看器對象瀏覽器激活運行工具欄菜單編輯器隊列工具欄控件調色板圖3.2 GUI開發(fā)環(huán)境GUIDE菜單編輯工具GUIDE還提供一個菜單編輯工具，用來編輯窗口標題欄下面的下拉式菜單，以及用鼠標右鍵單擊控件調出的彈出式菜單。選擇GUIDE的菜單Tools|Menu Editor,可以打開菜單編輯器，如下圖所示。Menu Bar為常規(guī)的下拉式菜單，Context Menus為彈出式菜單。單擊按鈕 ，可以添加新的菜單項；單擊按鈕 ，可以在所選擇的菜單項下面添加子菜單；單擊按鈕 ，可以刪除所選的項。設計原則由于要求不同，設計出來的界面也就千差萬別，設計好的圖形界面需要考慮以下因素：(1) 簡單性