基本信息

書名:MATLAB仿真及其在光學課程中的應用

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作者:胡章,席兵,毛雪峰

出版社：北京航空航天大學出版社

出版日期：2020-08-01

ISBN：9787512432970

字數：

頁碼：228

版次：

裝幀：平裝

開本：16開

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編輯推薦

重慶郵電大學胡章芳教授的MATLAB與光學課程結合的學習參考書，實例多，代碼全，輔以課件和習題答案，可供教師教學參考、學生自學相關課程用。

內容提要

本書結合光學類課程的特點,主要介紹MATLAB在“光學原理”“信息光學”“光電圖像處理”等課程中的應用。本書在結構上包括三個部分,共6章。部分為語言篇,包括章和第2章,是MATLAB基礎部分,主要介紹MATLAB語言的基本語法、計算功能、編程基本方法和繪圖功能。第二部分為應用篇,包括第3~5章,講述MATLAB在光學類課程中的應用。其中,第3章介紹了MATLAB在光學原理課程中的應用;第4章介紹了MATLAB在信息光學課程中的應用;第5章介紹了MATLAB在光電圖像處理課程中的應用。第三部分為課程設計綜合實例,包括第6章,演示了光學實踐教學中MATLAB繫統仿真的應用。本書特點:由淺入深,結構層次清楚;緊扣專業,仿真實例豐富,針對性強;語言精練,通俗易懂。

本書可作為高等院校光學、光學工程、光電信息科學與工程、電子科學技術等相關專業本科生和研究生學習專業知識的輔助教材、參考書和仿真實驗指導書,也可供相關專業的教師和科技工作者參考。對參加相關課程設計和畢業設計的讀者來說,書中所給實例有的參考價值。

目錄

部分 語言篇

章 MATLAB語言概述 2

1.1 MATLAB簡介 2

1.1.1 MATLAB的發展歷程 2

1.1.2 MATLAB的主要特點 2

1.2 MATLAB的繫統組成 3

1.3 MATLAB R2020a的安裝、啟動和退出 4

1.3.1 MATLAB R2020a的安裝 4

1.3.2 MATLAB R2020a的啟動和退出 9

1.4 MATLAB R2020a的工作環境 9

1.4.1 菜單欄和工具欄 9

1.4.2 命令行窗口 10

1.4.3 工作區 11

1.5 MATLAB R2020a幫助繫統 12

1.5.1 幫助窗口 12

1.5.2 幫助命令 12

1.5.3 演示繫統(Demos) 13

1.5.4 幫助繫統導航瀏覽器 13

1.5.5 遠程幫助繫統 14

1.6 MATLAB的基本操作命令 14

1.6.1 通用命令和編輯鍵 14

1.6.2 文件管理 16

1.7 MATLAB使用初步 16

習 題 16

第2章 MATLAB的基本語法 17

2.1 數據類型 17

2.1.1 數值類型 17

2.1.2 字符串 17

2.1.3 邏輯類型 19

2.1胞數組 20

2.1.5 構架數組 21

2.1.6 函數句柄(function) 21

2.2 變 量 22

2.2.1 變量命名的規則 22

2.2.2 變量的賦值 22

2.2.3 MATLAB變量的顯示 23

2.2.4 MATLAB變量的存取 24

2.3 數組及向量運算 24

2.3.1 數組和向量的創建 24

2.3.2 數組的尋址 26

2.3.3 數組的運算 27

2.3.4 向量運算 29

2.4 矩陣及其運算 30

2.4.1 矩陣的創建 30

2.4.2 矩陣的運算 31

2.4.3 矩陣的常用函數運算 33

2.5 多項式及其運算 33

2.5.1 多項式的構造 34

2.5.2 多項式的運算 34

2.5.3 多項式擬合 36

2.6 符號運算 37

2.6.1 基本符號對像 37

2.6.2 符號表達式 38

2.6.3 符號表達式的運算 38

2.6.4 常用的符號運算 38

2.7 MATLAB繪圖 40

2.7.1 MATLAB繪圖的基本步驟 40

2.7.2 二維繪圖 40

2.7.3 圖形修飾 43

2.7.4 三維繪圖 45

2.7.5 特殊圖形 47

2.7.6 四維圖形 49

2.8 MATLAB程序設計 50

2.8.1 M 文件編輯器 51

2.8.2 命令文件 52

2.8.3 函數文件 53

2.8.4 M 文件的規則 53

2.8.5 全局變量與局部變量 53

2.8.6 程序流控制 54

2.8.7 程序設計舉例 57

2.8.8 程序設計的基本原則 59

2.8.9 高效編程的一般思路 59

習 題 60

參考文獻 62

第二部分 應用篇

第3章 MATLAB在光學原理中的應用舉例 64

3.1 平面電磁波在不同媒介分界面上的入射、反射和折射 64

3.1.1 電矢量平行入射面的反射繫數和振幅透射繫數 64

3.1.2 電矢量垂直入射面 65

3.1.3 菲涅耳公式 65

3.2 光的干涉 67

3.2.1 波的疊加原理 67

3.2.2 光波的干涉 70

3.2.3 楊氏干涉實驗 70

3.2.4 牛頓環 73

3.2.5 邁克爾遜干涉儀 74

3.3 光的衍射 78

3.3.1 光的衍射現像 78

3.3.2 矩形孔和圓孔衍射 81

3.3.3 光柵衍射 82

3.4 光的偏振 83

3.4.1 光波的偏振態 83

3.4.2 光波的偏振態仿真 84

3.5 平行光束通過透鏡聚焦 86

3.5.1 平凸透鏡光線追跡 86

3.5.2 平行光通過透鏡的仿真 87

參考文獻 89

第4章 MATLAB在信息光學中的應用舉例 90

4.1 信息光學函數 90

4.1.1 矩形函數 90

4.1.2 階躍函數 92

4.1.3 符號函數 93

4.1.4 sinc函數 93

4.1.5 高斯函數 94

4.2 傅裡葉變換 96

4.3 卷積定理 98

4.4 傅裡葉透鏡的仿真 100

4.5 計算全息 102

4.5.1 全息透鏡 102

4.5.傅裡葉變換全息圖 104

參考文獻 106

第5章 MATLAB在光電圖像處理中的應用 107

5.1 圖像及數字圖像簡介 107

5.1.1 索引圖像 107

5.1.2 RGB圖像 108

5.1.3 二值圖像 108

5.1.4 灰度圖像 108

5.2 數字圖像的讀取、顯示及輸出 109

5.2.1 圖像的讀取 109

5.2.2 圖像的顯示 109

5.2.3 圖像的輸出 111

5.2.4 添加顏色條 111

5.3 圖像類型的轉化 112

5.3.1 dither函數 112

5.3.2 gray2ind函數 113

5.3.3 im2bw函數 114

5.3.4 rgb2gray函數 115

5.3.5 rgb2ind函數 115

5.4 圖像的代數操作 116

5.4.1 圖像的相加 116

5.4.2 圖像的相減 118

5.4.3 圖像的相乘 120

5.4.4 圖像的相除 120

5.5 圖像的對比度增強 122

5.5.1 線性變換 122

5.5.2 非線性變換 122

5.6 圖像的銳化 123

5.6.1 邊界提取和銳化 123

5.6.2 銳化濾波器 124

5.7 圖像的邊緣檢測 126

5.7.1 邊緣檢測算子 126

5.7.2 邊緣檢測的MATLAB實現 127

5.8 基於灰度的圖像分割 130

5.9 圖像的膨脹與腐蝕 133

5.9.1 膨脹和腐蝕 133

5.9.2素 133

5.9.3 膨脹的MATLAB實現 134

5.9.4 腐蝕的MATLAB實現 135

5.10 圖形的檢測 135

5.10.1 圓的檢測 135

5.10.2 多邊形的檢測 137

5.11 圖像與視頻的相互轉換 138

5.11.1 視頻轉換成圖像 138

5.11.2 圖像轉換成視頻 139

參考文獻 140

第三部分 實例篇

第6章 課程設計綜合實例 142

6.1 基於MATLAB的汽車牌照識別繫統的設計與實現 142

6.1.1 設計目的 142

6.1.2 設計任務及具體要求 142

6.1.3 基本原理概述 142

6.1.4 設計方案及驗證 143

參考文獻 151

6.2 基於MATLAB的空間濾波仿真實現 151

6.2.1 設計目的 151

6.2.2 設計任務及要求 151

6.2.3 設計原理概述 152

6.2.4 空間濾波的仿真設計實現 152

參考文獻 157

6.3 基於MATLAB的高斯光束及傳輸特性分析 157

6.3.1 設計目的 157

6.3.2 設計任務及要求 158

6.3.3 設計原理概述 158

6.3.4 MATLAB仿真實現 158

參考文獻 163

6.4 基於MATLAB的光纖定向耦合器的耦合特性分析 164

6.4.1 設計目的 164

6.4.2 設計任務及要求 164

6.4.3 設計原理概述 164

6.4.4 設計實現 166

參考文獻 172

6.5 基於MATLAB的光學圖像加密/解密技術的研究 172

6.5.1 設計目的 172

6.5.2 設計任務及要求 172

6.5.3 設計原理概述 172

6.5.4 設計實現 174

參考文獻 181

6.6 基於MATLAB的相關識別 181

6.6.1 設計目的 181

6.6.2 設計任務及要求 181

6.6.3 設計原理概述 181

6.6.4 圖像相關識別MATLAB的仿真實現 183

參考文獻 186

6.7 MATLAB在激光光斑測量中的應用 186

6.7.1 設計目的 186

6.7.2 設計任務及要求 186

6.7.3 設計原理概述 186

6.7.4 設計實現 188

參考文獻 190

6.8 基於MATLAB的激光束合成 190

6.8.1 設計目的 190

6.8.2 設計任務及要求 191

6.8.3 設計原理概述 191

6.8.4 設計實現 191

參考文獻 196

6.9 MATLAB在透鏡像差計算中的應用 197

6.9.1 設計目的 197

6.9.2 設計任務及要求 197

6.9.3 設計原理概述 197

6.9.4 設計實現 200

參考文獻 203

6.10 基於MATLAB的人臉識別 203

6.10.1 設計目的 203

6.10.2 設計任務及具體要求 203

6.10.3 基本原理概述 203

6.10.4 設計方案及驗證 204

6.10.5 結 論 210

參考文獻 210

6.11 基於MATLAB的機讀卡評分繫統 211

6.11.1 設計目的 211

6.11.2 設計任務及具體要求 211

6.11.3 基本原理概述 211

6.11.4 設計實現 211

參考文獻 218

作者介紹

胡章芳，女，重慶郵電大學教授，碩士生導師，1994年畢業於電子科技大學，先後講授過“MATLAB及其工程應用”“通信繫統仿真”“計算機輔助光電繫統設計”等課程；從事光電信息處理方面的教學與科學研究，主持與參加省部級以上科研與教改項目10餘項，發表科研與教改論文30餘篇。

序言