matlab在光学信息处理仿真实验中的应用new

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1、万方数据第24卷第6期2004年6月物理实验PHYSICSEXPERIMENTATl0NV01．24No．6Jun．，2004Matlab在光学信息处理仿真实验中的应用谢嘉宁1，陈伟成1，赵建林2，陈国杰1，张潞英1(1．佛山科学技术学院物理系，广东佛山528000；2．西北工业大学应用物理系，陕西西安710072)摘要：提出了一种利用计算机并通过Matlab软件仿真光学信息处理实验的方法，其特点是可以随意改变物理参量，克服了光学实验上难以实现的操作．文中分别给出了光栅衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的部分仿真结果．关

2、键词：Matlab；计算机仿真；CAI中圈分类号：04-39文献标识码：A文章编号：1005—4642(2004)06—0023—031引言光学信息处理是以光子传递信息，以光学或光电子器件进行操作运算，利用光的透射、干涉和衍射等光学现象来实现对输入信息的各种变换或处理．因此，它也是一门基于实验的科学．随着计算机的广泛使用，计算机仿真实验得到了大量研究，各类CAI软件应运而生，给光学信息处理的研究和教学带来极大方便．但笔者在调研中发现，大部分的仿真程序由VB，C和Fortran等高级语言编写[1~3]．使用这些语言编程，需要编者具有

3、良好的计算机编程能力并花费较多的时间．因此，本文探讨利用Matlab软件实现对光学信息处理实验的计算机仿真方法．Matlab作为科学计算软件，主要适用于矩阵运算和信息处理领域的分析设计，它使用方便、输入简捷，运算高效、内容丰富，并且有大量的函数库可供使用H]．与Basic，C和Fortran相比，用Matlab编写程序，其问题的提出和解决只需以数学方式表达和描述，不需要大量繁琐的编程过程，因此特别适合工程计算和教学软件的编写．本仿真实验系统实现了多种衍射屏的夫琅和费衍射、空间滤波、图像边缘增强、相关识别等实验的仿真．用户使用，本系

4、统的实验项目模块设置如图1所示．主界面的程序为OIP000．ITI，界面如图2所示．四大系统子模块是该窗体的子窗体模块，分别为OIPl．rfl，OIP2．1TI，OIP3．121和OIP4．m，通过单击主界面上相应的按钮即可启动相应的子窗体，在每一级子窗体界面上有相关的参量选择和操作．图1系统模块功能图2仿真系统的总体设计上个交霁薹磊呈黜坫安淼：)e为nt了ium方便I)AMatlab图z⋯⋯⋯上个人计算机上、环境下运行．为了方便⋯～⋯⋯⋯”收稿日期：2004-02—13基金项目：佛山科学技术学院校级科研课题经费资助作者简介：i黼

5、．。．(．．1971．--．)'．女，广东潮州人，佛山科学技术学院物理系讲师，光学工程硕士，主要从事光学实验教学与光信息处理的研究．万方数据24物理实验第24卷3四大系统子模块的功能和程序的实现四大系统子模块的功能介绍如下：1)光栅衍射实验是第一子模块中的实验内容(如图3所示)．通过界面右边的参量输入板，可以随意改变入射波长A、焦距厂、缝数N、缝宽口、光栅常量d和入射角0．选定各参量后按下确定键，即可在左边的图像框显示出光强分布图和光栅衍射图样口]．图3光栅衍射实验模块2)空间滤波实验模块的内容为：阿贝一波特网格实验和空间滤波实验

6、[6]．网格实验是光信息处理实验中最重要的实验内容之一．输入图像是用Windows下的画图工具制作的网格(128×128大小，存为BMP格式)，经过傅里叶变换，在频谱面上显示出振幅频谱图．选择一个滤波器，放置在频谱面上，再进行一次傅里叶逆变换，则在输出平面得到输出像．仿真结果见图4．空问滤波实验的仿真界面见图5，输入图像、傅里叶变换、滤波器选择、傅里叶逆变换、振幅频谱三维图都在菜单栏中选择．该实验程序的编写，主要运用了Matlab中的fft，ifft，fftshift等函数．图像的读入用了im-read()语句，显示图像用imsh

7、ow()语句．为了显示振幅频谱的三维图，使用了mesh(abs(F))[7]．(a)原始图像图4阿贝一波特网格实验图5空间滤波实验3)图像边缘增强模块包括2部分：常见的数字图像边缘增强方法和利用小波函数实现图像边缘增强．常见的数字图像边缘增强方法有sobel，prewitt，robert等，结果如图6所示．它们的实现直接使用了Matlab中信号处理工具箱自身带有的edge()函数．小波函数产生边缘增强，是在空间滤波实验的基础上，将小波函数的傅氏表达式与输入图像的傅里叶变换函数相乘，再进行傅里叶逆变换得到．因此，在本仿真实验中，使用

8、者可以根据实际需要，改变小波函数的类型和选择不同的伸缩因子，对待处理的图像进行边缘特征提取．Co)sobel运算(c)prewitt运算(d)robert运算图6常见的数字图像边缘增强方法的结果万方数据第6期谢嘉宁，等：Matlab在光学信息处理仿