冷雁冰

[摘要]論文根據(jù)《光學信息處理技術(shù)》課程教學的基本內(nèi)容結(jié)構(gòu)和教學目的，針對由于課堂教學與實驗教學分離而影響教學效果的問題，探討了在課堂教學中如何引入Matlab軟件，同時，結(jié)合作者的教學實踐，列舉了Matlab軟件在空間濾波部分的教學運用案例。實踐證明，在教學中合理的運用該軟件進行教學案例的模擬仿真，既能促進學生對課程的學習興趣，同時又能提高學生對光學信息處理技術(shù)的掌握程度，從而增強學生的工程應用能力。

[關(guān)鍵詞]Matlab 光學信息處理技術(shù) 空間濾波

[中圖分類號]TP311 [文獻識別碼]A

《光學信息處理技術(shù)》是光電信息工程和光信息科學與技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)課。光學信息處理技術(shù)是近20多年來發(fā)展起來的新的研究領(lǐng)域，在現(xiàn)代光學中占有很重要的位置。本門課程對學生的空間想象能力和抽象思維能力有著較高的要求，而工科院校學生的數(shù)學功底普遍較為薄弱，同時，在教學計劃中尤為注重對學生實踐能力的培養(yǎng)。因此，論文針對學生特點及教學要求，將Matlab軟件引入到課堂中進行輔助教學，取得了一定的效果。

一、合理引入軟件教學

Matlab軟件是由美國Mathworks公司推出的用于數(shù)值計算和圖形處理的科學計算系統(tǒng)環(huán)境Matlab是英文MATrix LABoratory（短陣實驗室）的縮寫。在MATLAB環(huán)境下，用戶可以集成地進行程序設計、數(shù)值計算、圖形繪制、輸入輸出、文件管理等各項操作。由于其強大的功能和簡易的操作，廣泛的應用于各種工程領(lǐng)域，同時也成為各大高校的教學輔助工具。

光學信息處理技術(shù)可以完成對二維圖像的識別、增強、恢復、傳輸、變換、頻譜分析等，是利用光的透射、干涉和衍射等光學現(xiàn)象來實現(xiàn)對輸入信息的各種變換或處理，它是一門基于實驗的課程。在教學中，單純依靠數(shù)學推演來講解，并不能收到很好的效果。例如在阿貝成像理論的教學中，空間頻率、空間濾波等概念的形成有一定的困難等。雖然這些內(nèi)容可以通過實驗來加強教學效果，但由于受實驗儀器、場地等方面的限制，并不能得到理想的實驗現(xiàn)象。

因此，適當使用Matlab軟件對實驗結(jié)果進行模擬和分析，可以將抽象或不理想的結(jié)果轉(zhuǎn)化為具體的實踐，使學生有一種參與感，這從一定程度上可以促進學生對課程的理解。

二、空間濾波的教學實例

空間濾波的理論基礎是阿貝成像理論和著名的阿貝-波特實驗。

根據(jù)阿貝成像原理，相干光學成像過程可分為兩步：第一步稱為分頻過程，即從物平面到光源的共軛像平面或稱頻譜面，由輸入的物作為衍射屏對照射光波產(chǎn)生夫瑯和費衍射；第二步稱為合頻或頻譜綜合過程，即從頻譜面到輸入物的共軛像平面，被分解的頻譜成分經(jīng)進一步的衍射后再次疊加形成輸入物的共軛像。按照傅里葉變換理論，兩步成像過程實際上是光學系統(tǒng)對攜帶輸入物信息的二維光場的復振幅分布進行的兩次傅里葉變換過程[1]。

下例是空間濾波實驗中的一個例題：分別取一維和二維光柵作為物，在其頻譜面上觀察其頻譜；調(diào)整光柵常數(shù)，并觀察其頻譜面的變化。

通過Matlab仿真可以簡單的得到其頻譜變化，如圖1所示。一維及二維光柵頻譜的仿真程序如下：

x=ones（100，100） ；%創(chuàng)建矩陣

x（1：10：100，：）=0； %得到1維光柵

y=x.*（x'） ；%得到2維光柵

a=fft（x，200）；

b=fft2（y，200，200） %傅立葉變換

A=abs（fftshift（a））；

B=abs（fftshift（b））； %變換像限并取模 figure；

imshow（0.02*A）； %以一定比例顯示圖像 figure；

imshow（0.01*B）；

改變光柵常數(shù)后頻譜的仿真程序如下：

x=ones（100，100） ；%創(chuàng)建矩陣

x（1：20：100，：）=0； %得到1維光柵

y=x.*（x'）； %得到2維光柵

圖1 一維及二維光柵頻譜仿真結(jié)果。（b）、（d）為改變光柵常數(shù)后的仿真結(jié)果。

該例子就是利用Matlab軟件模擬仿真了空間濾波的一個簡單實驗，雖然比較簡單，但是其理想的結(jié)果和清晰的圖像可以促進學生對教學內(nèi)容的理解和認識。

三、結(jié)論

通過引入Matlab計算機輔助工具，可以將抽象、難以理解的問題具體化、形象化，學生可以在使用軟件的過程中對光學信息處理技術(shù)課程中基本概念的理解進一步加深，有利于培養(yǎng)學生的學習興趣、建模能力和實際工程能力。

[參考文獻]

[1]李志能，葉旭迥.光電信息處理系統(tǒng)[M].杭州：浙江大學出版社，1999.

[2]陳懷琛.Matlab在理工課程中的應用指南[M].西安電子科技大學出版社，2000.

（作者單位：長春理工大學 吉林長春）