Matlab 在应用物理专业（光电方向）课程教学改革中的应用
作者：段茜，邹其徽
来源：《教育教学论坛》 2014年第18期
段茜，邹其徽
（西南石油大学理学院，四川成都610500）
摘要：引入Matlab工具对应用物理专业（光电方向）课程教学进行了改革，通过Matlab提供的相应函数和仿真工具，可以对应用物理专业（光电方向）课程的大量物理问题进行数学求解和实验仿真，使传统的抽象理论学习方式变得与实际紧密结合，大大提高了教学效果。
关键词：Matlab；应用物理专业（光电方向）课程；改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：B 文章编号：1674-9324（2014）18-0040-03
随着信息化进程的飞速发展，光电信息产业发展迅猛，已经对科学研究、社会生产乃至人类生活产生了巨大而深远的影响。为了适应市场对光电方向人才的需求，西南石油大学理学院从2004年开始招收第一届应用物理专业（光电方向）的学生，目标就是要培养光电方向的应用型专业技术人才。几年来，应用物理的专业课教师针对教学中实际存在的问题，提出将Matlab引入到应用物理专业的课程教学中，并付诸于实践，获得了良好的效果。
Matlab是一种交互式、面向对象的程序设计语言，在数值计算、绘图和编程语言体系等方面具有强大的功能。Matlab还提供专业的工具箱，这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，用户可以直接利用这些工具箱进行相关领域的科学研究。此外，Matlab还推出了Simulink，这是对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包。它的出现使得用户有可能考虑许多以前不得不做简化假设的非线性因素和随机因素，从而大大提高了对非线性和随机动态系统的认知能力。在国际学术界，Matlab已被确认为准确可靠的科学计算标准软件。在研究单位和工业部门，Matlab也被认作是进行高效研究和开发的首选软件工具。因此，可以采用Matlab软件对应用物理专业（光电方向）课程进行教学改革。
数字图像处理(MATLAB版)
实验指导书
(试用版)
本实验指导书配合教材和课堂笔记中的例题使用
姚天曙 编写
安徽农业大学工学院
2009年4月试行 １
目 录
实验一、数字图像获取和格式转换 2
实验二、图像亮度变换和空间滤波 6
实验三、频域处理 7
实验四、图像复原 9
实验五、彩色图像处理 10
实验六、图像压缩 11
实验七、图像分割 13
教材与参考文献 14
２ 《数字图像处理》实验指导书
实验一、数字图像获取和格式转换
一、 实验目的
1掌握使用扫描仪、数码相机、数码摄像级机、电脑摄像头等数字化设备以及计算机获取数字图像的方法；
2修改图像的存储格式；并比较不同压缩格式图像的数据量的大小。
二、 实验原理
数字图像获取设备的主要性能指标有x、y方向的分辨率、色彩分辨率（色彩位数）、扫描幅面和接口方式等。各类设备都标明了它的光学分辨率和最大分辨率。分辨率的单位是dpi，dpi是英文Dot Per Inch的缩写，意思是每英寸的像素点数。
扫描仪扫描图像的步骤是:首先将欲扫描的原稿正面朝下铺在扫描仪的玻璃板上，原稿可以是文字稿件或者图纸照片；然后启动扫描仪驱动程序后，安装在扫描仪内部的可移动光源开始扫描原稿。为了均匀照亮稿件，扫描仪光源为长条形，并沿y方向扫过整个原稿；照射到原稿上的光线经反射后穿过一个很窄的缝隙，形成沿x方向的光带，又经过一组反光镜，由光学透镜聚焦并进入分光镜，经过棱镜和红绿蓝三色滤色镜得到的RGB三条彩色光带分别照到各自的CCD上，CCD将RGB光带转变为模拟电子信号，此信号又被A/D变换器转变为数字电子信号。至此，反映原稿图像的光信号转变为计算机能够接受的二进制数字电子信号，最后通过串行或者并行等接口送至计算机。扫描仪每扫一行就得到原稿x方向一行的图像信息，随着沿y方向的移动，在计算机内部逐步形成原稿的全图。扫描仪工作原理见图1.1。
370 光电信息科学与工程专业 一、培养目标 本专业培养具有现代科学意识、理论基础扎实、知识面宽、创新能力强，可从事光电信号获取、传输、图像与信息处理、显示及光电信息应用等信息光电子工程领域的科学研究、产品设计制造、系统集成与开发、维护和管理等，具备光电信息科学与工程方面知识和能力的宽基础、高素质、有创新意识和实践能力的高级工程技术人才。 二、专业特色 专业培养充分突出了光电信息结合、以光为主的特点，既发挥了专业的基础和优势又适应了信息产业技术发展的要求。在依托我校电子类学科优势的背景下，重点培养光电检测和光电图像处理两个专业方面。 三、培养标准 本专业培养在知识、能力、素质诸方面协调发展、具有光电信息科学与工程方面知识和实际工程能力的应用技术复合型专业人才。学生接受工程技术基础、科学研究等多方面综合能力的训练，培养过程突出以光及光电信息为载体的信息特征，体现信息产业高速发展、学科交叉的趋势。毕业生应具备以下几个方面的知识和能力： 1.具有较好的人文社会科学素养、较强的社会责任感和良好的工程职业道德； 2.具有从事工程工作所需的相关数学、自然科学以及经济和管理知识； 3.掌握扎实的光电测量技术和视觉测量等工程基础知识和本专业的基本理论知识，具有系统的工程实践学习经历；了解本专业的前沿发展现状和趋势； 4.掌握理论与数据处理、计算机视觉、光电测量原理与方法、激光原理与技术、光学系统的设计方法，具备光学系统设计和实施工程实验的能力，并能够对实验结果进行分析； 5.掌握基本的创新方法，具有追求创新的态度和意识；具有综合运用电子、计算机、机械、光学设计系统的能力，设计过程中能够综合考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素； 6.掌握文献检索、资料查询及运用现代信息技术获取相关信息的基本方法； 7.了解与光电信息科学与工程专业相关的职业和行业的生产、设计、研究与开发、环境保护和可持续发展等方面的方针、政策和法津、法规，能正确认识工程对于客观世界和社会的影响； 8.具有一定的科学研究、技术开发和工程设计的组织管理能力、表达能力和人际交往能力以及在团队中发挥作用的能力； 9.对终身学习有正确认识，具有不断学习和适应发展的能力； 10.掌握一门外国语，具有国际视野和跨文化的交流、竞争与合作能力。
1 东南大学 2015级 电子科学与技术 本科专业培养方案 门类： 工学 专业代码： 080702 授予学位： 工学 学制： 4 制定日期： 2015 一. 培养目标 培养以电子器件及其系统应用为核心，重视器件与系统的交叉与融合，能跟踪新理论、新技术的发展，在微电子、物理电子、光电子和光通信等技术领域从事科学研究、教学、工程设计及技术开发等工作的人格健全、责任感强、具有较强的创新实践能力和宽广的国际化视野的应用型、研究型和管理型人才。 二. 毕业生应具有的知识、能力、素质 学生应具有扎实的理论基础、系统的专业知识、较强的实践能力和良好的人文素质，具有在电子科学与技术及相关领域从事科学研究、工程设计、技术开发、教学和管理等方面的实际工作能力，包括： 1. 工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂电子工程问题； 2. 问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析复杂电子工程问题，以获得有效结论； 3. 设计/开发解决方案：能够设计针对复杂电子工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素； 4. 研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂电子工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论； 5. 使用现代工具：能够针对复杂电子工程问题，开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂电子工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性； 6. 工程与社会：能够基于电子工程相关背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂电子工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任； 7. 环境和可持续发展：能够理解和评价针对复杂电子工程问题的工程实践对环境、社会可持续发展的影响； 8. 职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在电子工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任； 9. 个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色； 10. 沟通：能够就复杂电子工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流，包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令。并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流； 11. 项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用； 12. 终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。 三. 主干学科与相近专业 电子科学与技术、信息工程、计算机科学与技术、自动化。 四. 主要课程 1．通识教育基础课程：思政类、军体类、外语类、计算机类、自然科学类、通识选修课程等。 2．大类学科基础课：电路基础、计算机结构与逻辑设计、信号与系统、电子电路基础、微机系统与接口、电磁场理论。 3．专业主干课：固体物理基础、半导体物理基础、现代光学基础、信息电子技术中的场与波、光电子物理基础、电子器件、VLSI设计基础。 4．专业及跨学科选修课：通信原理、自动控制原理、计算机网络概论、传感器与检测技术、通信电子线路、数字信号处理、工程光学应用与实践、机械设计基础、嵌入式系统设计、微波电路、电子器件可靠性理论基础及应用（研讨）、操作系统。 五. 主要实践环节 实践环节：毕业设计、科研与工程实践、电子工艺实践、数字逻辑电路实验、电路实验、模拟电子电路实验、电子系统设计、信号与系统实验、微机实验、机械制图（D）、工业系统认识等。 2 六. 双语教学课程 电子器件、电路基础、传感器与检测技术、微电子机械系统概论、光网技术概论、光电信息技术及应用、液晶显示技术、汽车电子产品开发与设计、新型微纳电子器件。 七. 全英文教学课程 光电系统工程实践、计算机视觉基础、视觉感知与统计基础。 八. 系列研讨课程（含新生研讨课） 电子信息类专业学习概论、电子科学与技术学科概论、微电子机械系统概论、光纤通信原理与系统、显示技术、光电信息技术及应用、液晶显示技术、图像处理技术基础、视觉感知与统计基础、计算电子物理学、真空技术与应用、视频处理与显示基础、纳米材料与器件、信息存储技术、液晶光电子器件、太赫兹技术的基础与应用、新型光电子材料与器件、光电子集成技术概论、光电系统工程实践、光电功能薄膜技术、微波毫米波电子学、微波光子技术、电子/光子器件CAD、微波真空电子器件应用、光网技术概论、微电子系统集成与封装基础、集成电路制造基础、高频集成电路、微纳加工技术、数字集成电路、模拟集成电路、纳微光机电系统基础、功率集成电路设计基础、新型微纳电子器件、汽车电子产品开发与设计、人机交互技术基础、计算机视觉基础、数字通信系统及应用、芯片上的实验室、科技论文写作、技术创新与专利知识基础、创新工程设计导论。 九. 毕业学分要求及学士学位学分绩点要求 参照东南大学学分制管理办法及学士学位授予条例，修满本专业最低计划学分要求150，即可毕业。同时，外语达到东南大学外语学习标准、平均学分绩点≥2.0者，可获得学士学位。 十. 各类课程学分与学时分配 课程类型 学分 学时 学分比例
