Matlab在电子信息类专业毕业设计中的应用

摘 要：Matlab在科学计算和数据可视化领域有着举足轻重的地位,被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作.分析了Matlab在电子信息工程本科毕业设计应用中的优点和不足,最后以图像处理中的应用为例,说明学生通过编写和调用Matlab函数实现对指纹图像的识别.

关 键 词：Matlab；毕业设计；图像处理

作者简介：张明艳（1979-）,女,山东烟台人,安徽工程大学电气工程学院,讲师；许钢（1972-）,男,安徽芜湖人,安徽工程大学电气工程学院,副教授.（安徽芜湖241000）

基金项目：本文系安徽省教育厅质量工程教学研究项目（项目编号：20100733）的研究成果.

中图分类号：G642.477文献标识码：A文章编号：1007-0079（2012）25-0099-03

本科毕业设计是对大学生四年学习成果的一个检阅,也是考查学生在系统掌握专业知识、技术及平时教学训练的基础上,按照规范化的设计研究程序与方法所进行的教学活动,其目的是培养学生综合运用所学的知识提出问题、分析问题和解决问题的能力.而电子信息类专业的很多主干课程普遍存在起点高、难度大、理论性和实践性强、有大量的公式和理论推导等特点,导致了在毕业设计教学环节中老师的“教”和学生的“学”也面临着很大的困难,使得学生完成的毕业设计质量不高,教学效果差.此外,随着本科教育招生比例日渐增高,越来越多的人进入大学进行学习和研究,这对于提高国民的整体素质有着积极的作用；但是由于教育资源、教学条件并没有同比例地增加,学生除了课堂学习,动手实践的机会反而降低了.究其根本原因是硬件成本过高,学生数量过多,设备损耗严重,同时,硬件设备更新速度较慢,通常使用年限少则五六年,多则十多年,同样无法适应当今社会科学技术迅猛发展所带来的知识不断更新的需要.综上所述,当今教育应该采用多样化的方式,在重视理论学习,硬件实验的基础上,还要引进其他的教学手段.目前,被高校越来越认同的虚拟仪器、工程应用软件在大学教育中扮演着越来越重要的角色.而Matlab（MatrixLaboratory,矩阵实验室）就是这些应用工具中的佼佼者.

Matlab是目前使用最为广泛的工程应用软件,具有强大的矩阵运算和操作功能,处理矩阵之类的问题具有明显优势,而图像、语音等信号都以矩阵形式存储于计算机中,因此Matlab非常适合于各种信号的处理和仿真,能将枯燥的理论推导转化为立竿见影的实际操作,在毕业设计环节中能发挥巨大的作用,有效地提高了教学质量.

一、Matlab的特点与功能

20世纪80年代初,Matlab由Mathworks公司推向市场.从最初的4.0版本到现在的7.0版本,Matlab以其强大的功能不断发展的姿态,覆盖了越来越多的专业领域.Matlab推出了特色鲜明的工具箱,几乎每个专业都可以从Matlab中找到属于自己工具箱.在欧美高等院校,Matlab从诞生之日起,就已经成为一种基本的教学工具,是攻读学位的学生必须掌握的基本技能.随着我国教育事业的发展,Matlab被越来越多的学生所熟悉和掌握.

Matlab拥有简单易学的程序语言、可靠的数值和符号运算能力、强大的图形和可视化功能以及为数众多的应用工具包（Toolbox）等显著特点,下面分别予以简单介绍.

1.Matlab语言

Matlab作为高级应用软件有它自己的编程语言,即Matlab语言.Matlab语言是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言.它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,简单易学.此外,它集成度高,使用方便,输入简捷,运算高效,内容丰富,并且很容易由用户自行扩展.

2.数值和符号计算功能

Matlab的数值计算功能包括：矩阵的创建和赋值,数值矩阵代数、乘方运算和分解,数组运算,矩阵操作,多项式和有理式运算,数据统计分析、查分和数值导数,用于求积分、优化和微分方程的数值解的功能函数等.

3.图形和数据可视化功能

Matlab语言提供了一套功能强大的绘图命令,这些命令可以根据输入的数据自动完成图形的绘制,为计算过程和结果可视化提供了极佳的手段.在图形的绘制过程中,用户可选择多种类型的绘图,可以完成对图形加标号、加标题或画上网格标线,可设置不同颜色、线性、视角等功能.此外针对不同类型的绘图需要,Matlab给出了四种类型的绘图命令：二维图形的绘图命令、三维图形的绘图命令、特殊绘图命令和图形管理命令,用户可以根据需要,灵活地调用.图1所示为用Matlab对单个向量x画图,通过调用画图函数就可快速完成.

x等于[1,3,5,2,6,3,9,7,5,3,1]；

subplot（141）；plot（x）,title（''连线图''）%画连线图（一般用于连续函数图形）

subplot（142）；stem（x）,title（''脉冲图''）%画脉冲图（一般用于离散函数图形）

subplot（143）；stairs（x）,title（''阶梯图''）%画阶梯图

subplot（144）；bar（x）,title（''条形图''）%画条形图（一般用于统计图形）

二、Matlab在电子信息类专业毕业设计中的应用

Matlab为从事不同领域研究工作的用户提供了许多非常有用的工具箱,如信号处理工具箱（SignalProcessingToolbox）、图像处理工具箱（ImageProcessingToolbox）、通信工具箱（CommunicationsToolbox）等.这些工具箱是由各个领域的专家开发出来的,合理地应用这些工具箱能把学生从复杂的编程中解放出来,有更多的精力分析和比较各种处理方法,提高学习效率.另一方面,Matlab程序运行速度慢、移植能力弱、不适合工程应用的开发.