MATLAB仿真及其在光学课程中的应用（第3版）

第一部分 语言篇

第1章 MATLAB语言概述 2

1.1 MATLAB简介 2

1.1.1 MATLAB的发展历程 2

1.1.2 MATLAB的主要特点 2

1.2 MATLAB的系统组成 3

1.3 MATLAB R2020a的安装、启动和退出 4

1.3.1 MATLAB R2020a的安装 4

1.3.2 MATLAB R2020a的启动和退出 9

1.4 MATLAB R2020a的工作环境 9

1.4.1 菜单栏和工具栏 9

1.4.2 命令行窗口 10

1.4.3 工作区 11

1.5 MATLAB R2020a帮助系统 12

1.5.1 帮助窗口 12

1.5.2 帮助命令 12

1.5.3 演示系统(Demos) 13

1.5.4 帮助系统导航浏览器 13

1.5.5 远程帮助系统 14

1.6 MATLAB的基本操作命令 14

1.6.1 通用命令和编辑键 14

1.6.2 文件管理 16

1.7 MATLAB使用初步 16

习 题 16

第2章 MATLAB的基本语法 17

2.1 数据类型 17

2.1.1 数值类型 17

2.1.2 字符串 17

2.1.3 逻辑类型 19

2.1.4 元胞数组 20

2.1.5 构架数组 21

2.1.6 函数句柄(function) 21

2.2 变 量 22

2.2.1 变量命名的规则 22

2.2.2 变量的赋值 22

2.2.3 MATLAB变量的显示 23

2.2.4 MATLAB变量的存取 24

2.3 数组及向量运算 24

2.3.1 数组和向量的创建 24

2.3.2 数组的寻址 26

2.3.3 数组的运算 27

2.3.4 向量运算 29

2.4 矩阵及其运算 30

2.4.1 矩阵的创建 30

2.4.2 矩阵的运算 31

2.4.3 矩阵的常用函数运算 33

2.5 多项式及其运算 33

2.5.1 多项式的构造 34

2.5.2 多项式的运算 34

2.5.3 多项式拟合 36

2.6 符号运算 37

2.6.1 基本符号对象 37

2.6.2 符号表达式 38

2.6.3 符号表达式的运算 38

2.6.4 常用的符号运算 38

2.7 MATLAB绘图 40

2.7.1 MATLAB绘图的基本步骤 40

2.7.2 二维绘图 40

2.7.3 图形修饰 43

2.7.4 三维绘图 45

2.7.5 特殊图形 47

2.7.6 四维图形 49

2.8 MATLAB程序设计 50

2.8.1 M 文件编辑器 51

2.8.2 命令文件 52

2.8.3 函数文件 53

2.8.4 M 文件的规则 53

2.8.5 全局变量与局部变量 53

2.8.6 程序流控制 54

2.8.7 程序设计举例 57

2.8.8 程序设计的基本原则 59

2.8.9 高效编程的一般思路 59

习 题 60

参考文献 62

第二部分 应用篇

第3章 MATLAB在光学原理中的应用举例 64

3.1 平面电磁波在不同媒介分界面上的入射、反射和折射 64

3.1.1 电矢量平行入射面的反射系数和振幅透射系数 64

3.1.2 电矢量垂直入射面 65

3.1.3 菲涅耳公式 65

3.2 光的干涉 67

3.2.1 波的叠加原理 67

3.2.2 光波的干涉 70

3.2.3 杨氏干涉实验 70

3.2.4 牛顿环 73

3.2.5 迈克尔逊干涉仪 74

3.3 光的衍射 78

3.3.1 光的衍射现象 78

3.3.2 矩形孔和圆孔衍射 81

3.3.3 光栅衍射 82

3.4 光的偏振 83

3.4.1 光波的偏振态 83

3.4.2 光波的偏振态仿真 84

3.5 平行光束通过透镜聚焦 86

3.5.1 平凸透镜光线追迹 86

3.5.2 平行光通过透镜的仿真 87

参考文献 89

第4章 MATLAB在信息光学中的应用举例 90

4.1 信息光学函数 90

4.1.1 矩形函数 90

4.1.2 阶跃函数 92

4.1.3 符号函数 93

4.1.4 sinc函数 93

4.1.5 高斯函数 94

4.2 傅里叶变换 96

4.3 卷积定理 98

4.4 傅里叶透镜的仿真 100

4.5 计算全息 102

4.5.1 全息透镜 102

4.5.2 二元傅里叶变换全息图 104

参考文献 106

第5章 MATLAB在光电图像处理中的应用 107

5.1 图像及数字图像简介 107

5.1.1 索引图像 107

5.1.2 RGB图像 108

5.1.3 二值图像 108

5.1.4 灰度图像 108

5.2 数字图像的读取、显示及输出 109

5.2.1 图像的读取 109

5.2.2 图像的显示 109

5.2.3 图像的输出 111

5.2.4 添加颜色条 111

5.3 图像类型的转化 112

5.3.1 dither函数 112

5.3.2 gray2ind函数 113

5.3.3 im2bw函数 114

5.3.4 rgb2gray函数 115

5.3.5 rgb2ind函数 115

5.4 图像的代数操作 116

5.4.1 图像的相加 116

5.4.2 图像的相减 118

5.4.3 图像的相乘 120

5.4.4 图像的相除 120

5.5 图像的对比度增强 122

5.5.1 线性变换 122

5.5.2 非线性变换 122

5.6 图像的锐化 123

5.6.1 边界提取和锐化 123

5.6.2 锐化滤波器 124

5.7 图像的边缘检测 126

5.7.1 边缘检测算子 126

5.7.2 边缘检测的MATLAB实现 127

5.8 基于灰度的图像分割 130

5.9 图像的膨胀与腐蚀 133

5.9.1 膨胀和腐蚀 133

5.9.2 结构元素 133

5.9.3 膨胀的MATLAB实现 134

5.9.4 腐蚀的MATLAB实现 135

5.10 图形的检测 135

5.10.1 圆的检测 135

5.10.2 多边形的检测 137

5.11 图像与视频的相互转换 138

5.11.1 视频转换成图像 138

5.11.2 图像转换成视频 139

参考文献 140

第三部分 实例篇

第6章 课程设计综合实例 142

6.1 基于MATLAB的汽车牌照识别系统的设计与实现 142

6.1.1 设计目的 142

6.1.2 设计任务及具体要求 142

6.1.3 基本原理概述 142

6.1.4 设计方案及验证 143

参考文献 151

6.2 基于MATLAB的空间滤波仿真实现 151

6.2.1 设计目的 151

6.2.2 设计任务及要求 151

6.2.3 设计原理概述 152

6.2.4 空间滤波的仿真设计实现 152

参考文献 157

6.3 基于MATLAB的高斯光束及传输特性分析 157

6.3.1 设计目的 157

6.3.2 设计任务及要求 158

6.3.3 设计原理概述 158

6.3.4 MATLAB仿真实现 158

参考文献 163

6.4 基于MATLAB的光纤定向耦合器的耦合特性分析 164

6.4.1 设计目的 164

6.4.2 设计任务及要求 164

6.4.3 设计原理概述 164

6.4.4 设计实现 166

参考文献 172

6.5 基于MATLAB的光学图像加密/解密技术的研究 172

6.5.1 设计目的 172

6.5.2 设计任务及要求 172

6.5.3 设计原理概述 172

6.5.4 设计实现 174

参考文献 181

6.6 基于MATLAB的相关识别 181

6.6.1 设计目的 181

6.6.2 设计任务及要求 181

6.6.3 设计原理概述 181

6.6.4 图像相关识别MATLAB的仿真实现 183

参考文献 186

6.7 MATLAB在激光光斑测量中的应用 186

6.7.1 设计目的 186

6.7.2 设计任务及要求 186

6.7.3 设计原理概述 186

6.7.4 设计实现 188

参考文献 190

6.8 基于MATLAB的激光束合成 190

6.8.1 设计目的 190

6.8.2 设计任务及要求 191

6.8.3 设计原理概述 191

6.8.4 设计实现 191

参考文献 196

6.9 MATLAB在透镜像差计算中的应用 197

6.9.1 设计目的 197

6.9.2 设计任务及要求 197

6.9.3 设计原理概述 197

6.9.4 设计实现 200

参考文献 203

6.10 基于MATLAB的人脸识别 203

6.10.1 设计目的 203

6.10.2 设计任务及具体要求 203

6.10.3 基本原理概述 203

6.10.4 设计方案及验证 204

6.10.5 结 论 210

参考文献 210

6.11 基于MATLAB的机读卡评分系统 211

6.11.1 设计目的 211

6.11.2 设计任务及具体要求 211

6.11.3 基本原理概述 211

6.11.4 设计实现 211

参考文献 218