MATLAB仿真及其在光學(xué)課程中的應(yīng)用（第3版）

第一部分 語言篇

第1章 MATLAB語言概述 2

1.1 MATLAB簡介 2

1.1.1 MATLAB的發(fā)展歷程 2

1.1.2 MATLAB的主要特點(diǎn) 2

1.2 MATLAB的系統(tǒng)組成 3

1.3 MATLAB R2020a的安裝、啟動(dòng)和退出 4

1.3.1 MATLAB R2020a的安裝 4

1.3.2 MATLAB R2020a的啟動(dòng)和退出 9

1.4 MATLAB R2020a的工作環(huán)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(qū) 11

1.5 MATLAB R2020a幫助系統(tǒng) 12

1.5.1 幫助窗口 12

1.5.2 幫助命令 12

1.5.3 演示系統(tǒng)(Demos) 13

1.5.4 幫助系統(tǒng)導(dǎo)航瀏覽器 13

1.5.5 遠(yuǎn)程幫助系統(tǒng) 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(xí) 題 16

第2章 MATLAB的基本語法 17

2.1 數(shù)據(jù)類型 17

2.1.1 數(shù)值類型 17

2.1.2 字符串 17

2.1.3 邏輯類型 19

2.1.4 元胞數(shù)組 20

2.1.5 構(gòu)架數(shù)組 21

2.1.6 函數(shù)句柄(function) 21

2.2 變 量 22

2.2.1 變量命名的規(guī)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(shù)組及向量運(yùn)算 24

2.3.1 數(shù)組和向量的創(chuàng)建 24

2.3.2 數(shù)組的尋址 26

2.3.3 數(shù)組的運(yùn)算 27

2.3.4 向量運(yùn)算 29

2.4 矩陣及其運(yùn)算 30

2.4.1 矩陣的創(chuàng)建 30

2.4.2 矩陣的運(yùn)算 31

2.4.3 矩陣的常用函數(shù)運(yùn)算 33

2.5 多項(xiàng)式及其運(yùn)算 33

2.5.1 多項(xiàng)式的構(gòu)造 34

2.5.2 多項(xiàng)式的運(yùn)算 34

2.5.3 多項(xiàng)式擬合 36

2.6 符號(hào)運(yùn)算 37

2.6.1 基本符號(hào)對(duì)象 37

2.6.2 符號(hào)表達(dá)式 38

2.6.3 符號(hào)表達(dá)式的運(yùn)算 38

2.6.4 常用的符號(hào)運(yùn)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(shè)計(jì) 50

2.8.1 M 文件編輯器 51

2.8.2 命令文件 52

2.8.3 函數(shù)文件 53

2.8.4 M 文件的規(guī)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(shè)計(jì)舉例 57

2.8.8 程序設(shè)計(jì)的基本原則 59

2.8.9 高效編程的一般思路 59

習(xí) 題 60

參考文獻(xiàn) 62

第二部分 應(yīng)用篇

第3章 MATLAB在光學(xué)原理中的應(yīng)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系數(shù)和振幅透射系數(shù) 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(shí)驗(yàn) 70

3.2.4 牛頓環(huán) 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(xiàn)象 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(tài) 83

3.4.2 光波的偏振態(tài)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(xiàn) 89

第4章 MATLAB在信息光學(xué)中的應(yīng)用舉例 90

4.1 信息光學(xué)函數(shù) 90

4.1.1 矩形函數(shù) 90

4.1.2 階躍函數(shù) 92

4.1.3 符號(hào)函數(shù) 93

4.1.4 sinc函數(shù) 93

4.1.5 高斯函數(shù) 94

4.2 傅里葉變換 96

4.3 卷積定理 98

4.4 傅里葉透鏡的仿真 100

4.5 計(jì)算全息 102

4.5.1 全息透鏡 102

4.5.2 二元傅里葉變換全息圖 104

參考文獻(xiàn) 106

第5章 MATLAB在光電圖像處理中的應(yīng)用 107

5.1 圖像及數(shù)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(shù)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(zhuǎn)化 112

5.3.1 dither函數(shù) 112

5.3.2 gray2ind函數(shù) 113

5.3.3 im2bw函數(shù) 114

5.3.4 rgb2gray函數(shù) 115

5.3.5 rgb2ind函數(shù) 115

5.4 圖像的代數(shù)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(duì)比度增強(qiáng) 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(shí)現(xiàn) 127

5.8 基于灰度的圖像分割 130

5.9 圖像的膨脹與腐蝕 133

5.9.1 膨脹和腐蝕 133

5.9.2 結(jié)構(gòu)元素 133

5.9.3 膨脹的MATLAB實(shí)現(xiàn) 134

5.9.4 腐蝕的MATLAB實(shí)現(xiàn) 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(zhuǎn)換 138

5.11.1 視頻轉(zhuǎn)換成圖像 138

5.11.2 圖像轉(zhuǎn)換成視頻 139

參考文獻(xiàn) 140

第三部分 實(shí)例篇

第6章 課程設(shè)計(jì)綜合實(shí)例 142

6.1 基于MATLAB的汽車牌照識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 142

6.1.1 設(shè)計(jì)目的 142

6.1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及具體要求 142

6.1.3 基本原理概述 142

6.1.4 設(shè)計(jì)方案及驗(yàn)證 143

參考文獻(xiàn) 151

6.2 基于MATLAB的空間濾波仿真實(shí)現(xiàn) 151

6.2.1 設(shè)計(jì)目的 151

6.2.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 151

6.2.3 設(shè)計(jì)原理概述 152

6.2.4 空間濾波的仿真設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 152

參考文獻(xiàn) 157

6.3 基于MATLAB的高斯光束及傳輸特性分析 157

6.3.1 設(shè)計(jì)目的 157

6.3.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 158

6.3.3 設(shè)計(jì)原理概述 158

6.3.4 MATLAB仿真實(shí)現(xiàn) 158

參考文獻(xiàn) 163

6.4 基于MATLAB的光纖定向耦合器的耦合特性分析 164

6.4.1 設(shè)計(jì)目的 164

6.4.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 164

6.4.3 設(shè)計(jì)原理概述 164

6.4.4 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 166

參考文獻(xiàn) 172

6.5 基于MATLAB的光學(xué)圖像加密/解密技術(shù)的研究 172

6.5.1 設(shè)計(jì)目的 172

6.5.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 172

6.5.3 設(shè)計(jì)原理概述 172

6.5.4 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 174

參考文獻(xiàn) 181

6.6 基于MATLAB的相關(guān)識(shí)別 181

6.6.1 設(shè)計(jì)目的 181

6.6.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 181

6.6.3 設(shè)計(jì)原理概述 181

6.6.4 圖像相關(guān)識(shí)別MATLAB的仿真實(shí)現(xiàn) 183

參考文獻(xiàn) 186

6.7 MATLAB在激光光斑測量中的應(yīng)用 186

6.7.1 設(shè)計(jì)目的 186

6.7.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 186

6.7.3 設(shè)計(jì)原理概述 186

6.7.4 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 188

參考文獻(xiàn) 190

6.8 基于MATLAB的激光束合成 190

6.8.1 設(shè)計(jì)目的 190

6.8.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 191

6.8.3 設(shè)計(jì)原理概述 191

6.8.4 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 191

參考文獻(xiàn) 196

6.9 MATLAB在透鏡像差計(jì)算中的應(yīng)用 197

6.9.1 設(shè)計(jì)目的 197

6.9.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求 197

6.9.3 設(shè)計(jì)原理概述 197

6.9.4 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 200

參考文獻(xiàn) 203

6.10 基于MATLAB的人臉識(shí)別 203

6.10.1 設(shè)計(jì)目的 203

6.10.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及具體要求 203

6.10.3 基本原理概述 203

6.10.4 設(shè)計(jì)方案及驗(yàn)證 204

6.10.5 結(jié) 論 210

參考文獻(xiàn) 210

6.11 基于MATLAB的機(jī)讀卡評(píng)分系統(tǒng) 211

6.11.1 設(shè)計(jì)目的 211

6.11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)及具體要求 211

6.11.3 基本原理概述 211

6.11.4 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 211

參考文獻(xiàn) 218