MATLAB软件
MATLAB简介
Matlab是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便、界面良好的用户环境。它还包括了Toolbox(工具箱)的各类问题的求解工具，可用来求解特定学科的问题。其特点是：[16，17，18]
(1) 可扩展性：Matlab最重要的特点是易于扩展，它允许用户自行建立指定功能的M文件。对于一个从事特定领域的工程师来说，不仅可利用Matlab 所提供的函数及基本工具箱函数，还可方便地构造出专用的函数。从而大大扩展了其应用范围。当前支持Matlab的商用Toolbox(工具箱)有数百种之多。而由个人开发的Toolbox则不可计数。
(2) 易学易用性：Matlab不需要用户有高深的数学知识和程序设计能力，不需要用户深刻了解算法及编程技巧。
(3) 高效性：Matlab语句功能十分强大，一条语句可完成十分复杂的任务。如fft语句可完成对指定数据的快速傅里叶变换，这相当于上百条C语言语句的功能。它大大加快了工程技术人员从事软件开发的效率。据MathWorks公司声称，Matlab软件中所包含的Matlab源代码相当于70万行C代码。
MATLAB的广泛应用
由于Matlab具有如此之多的特点，在欧美高等院校，Matlab已成为应用于线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具：在研究单位、工业部门，Matlab也被广泛用于研究和解决各种工程问题。当前在全世界有超过40万工程师和科学家使用它来分析和解决问题[14]。
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提供使用，与Basic，C和Fortran相比，用Matlab编写程序，其问题的提出和解决只需要以数学方式表达和描述，不需要大量繁琐的编程过程。利用Matlab软件并通过计算机仿真光学空间滤波实验过程的新方法,其特点是：既可以随意改变所设计滤波器的参量，又可以对输入图像进行振幅、相位或复合滤波，并且可实现傅里叶变换频谱中相位信息的提取、存储和利用，因而能够完成一般光学实验中往往难以实现的某些操作.并分别给出了网格滤波、低通、高通及相位滤波等仿真实验结果。这种仿真实验给光学滤波器的设计和图象处理带来很大方便，同时也为相关器件的设计提供了一条新的途径[19]。
MATLAB软件系统构成
MATLAB软件主要包括主包、Simulink和工具箱三大部分组成。下图为MATLAB界面：
图3.1 MATLAB7.0界面
MATLAB语言
MATLAB可以认为是一种解释性语言，可以直接在MATLAB命令窗口键入命令，也可以在编辑器内编写应用程序，这样MATLAB软件对命令或程序中各条语句进行翻译，然后在MATLAB环境下对它进行处理，最后返回运算结果。
MATLAB语言的基本语句结构为：
变量名列表=表达式
其中等号左边的变量名列表为MATLAB语句的返回值，等号右边是表达式的定义，它可以是MATLAB允许的矩阵运算，也可以使函数调用。
等号右边的表达式可以由分号结束，也可以由逗号或回车结束，但他们的含义是不同的，如果用分号结束，则左边的变量结果将不在屏幕上显示出来，否则将把结果全部显示出来。
MATLAB语言和C语言有所不同，在调用函数式MATLAB允许一次返回多个结果，这时等号左边是用[]括起来的变量列表[20]。
MATLAB中的傅里叶变换函数[21]
1.一维快速傅里叶变换函数fft
格式：X=fft(x,N)
功能：采用FFT算法计算序列向量x的N点DFT变换。当N省略时，fft 函数自动按x的长度计算DFT。当N为2的整数次幂时，fft按基数2算法计算，否则用混合计算。
2. 一维快速逆傅里叶变换函数ifft
格式：x=ifft(X,N)
功能：采用FFT算法计算序列向量X的N点IDFT变换。
3. 二维快速傅里叶变换函数fft2
格式：X=fft2(x)
功能：返回矩阵X的二维DFT变换。
4. 二维快速逆傅里叶变换函数ifft2
格式：X=ifft2(x)
功能：返回矩阵X的二维IDFT变换。
MATLAB GUI设计工具简介
图形用户界面的程序是在图形界面下创建与用户交互的控件元素，用户可以通过操作这些交互控件实现特定的功能，并且可以返回显示在程序界面相应的结果显示区域中。因此，用户只和前台界面下的控件发生交互，而所有运算、绘图等内部操作都分装在内部，终端用户不需要去追究这些复杂过程的代码。图形用户界面编程大大提高了用户使用MATLAB程序的易用性。
GUI简介
在Matlab中，图形用户界面(graphical user interface，GUI)是Matlab中一个专用于GUI程序设计的向导设计器，而GUI是由各种图形对象，如图形窗口、图轴、菜单、按钮、文本框等构建的用户界面，是人机交互的有效工具和方法。通过GUIDE可以很方便地设计出各种符合要求的图形用户界面。用户通过一定的方法(如鼠标或键盘)选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或变化，比如实现计算、绘图等。GUI设计既能以基本的Matlab程序设计为主，也能以鼠标为主，利用GUIDE工具进行设计，也可综合以上两种方法进行设计。GUIDE 主要是一个界面设计工具集。Matlab将所有GUl支持的用户控件都集成在这个环境中并提供界面外观、属性和行为相应方式的设置方法。GUIDE将用户保存设计好的图形用户界面保存在一个FIG资源文件中，同时自动生成包含图形用户界面初始化和组件界面布局控制代码的M文件，这个M文件为实现回调函数的编写提供了一个参考框架。FIG文件是一个二进制文件，包含系列化的图形窗口对象。所有对象的属性都是用户创建图形窗口时保存的属性。该文件最主要的功能是对象句柄的保存。M文件包含GUI设计、控制函数及控件的回调函数，主要用来控制GUI展开时的各种特征。该文件基本上可以分为GUI初始化和回调函数2个部分，控件的回调函数可根据用户与GUI的具体交互行为分别调用。
Matlab定义的各种图形对象及其关系如下图所示。
