计算机仿真技术

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版权页：   插图：   4.1.3图像处理的内容 1.图像处理的特点 图像处理具有以下特点： （1）处理信息量大。数字图像处理的信息大多是二维信息，处理信息量很大。例如，一幅彩色512×512图像，要求768 KB；如果要处理30帧／秒的电视图像序列，则每秒要求500 KB～2.5 MB的数据量，对计算机的计算速度、存储容量等要求较高。 （2）占用的频带较宽。与音频信息相比，图像占用的频带要大n个数量级。例如，电视图像的带宽约为5.6 MHz，而语音带宽仅为4 kHz左右，所以在成像、传输、存储、处理、显示等各个环节的实现上，难度较大，成本高，这就对频带压缩技术提出了更高的要求。 （3）复现三维景物的能力差。由于图像是三维景物的二维投影，一幅图像本身不具备复现三维景物的全部几何的能力，三维景物背后部分信息在二维图像画面上是反映不出来的，因此，要理解三维景物必须作合适的假定或附加新的测量。这也是人工智能正在致力解决的知识工程问题。 （4）人为因素影响大。经处理后的图像一般是给人观察和评价的，因此受人的因素影响较大。由于人的视觉系统很复杂，受环境条件、视觉性能、情绪爱好以及知识状况影响很大，作为图像质量的评价还有待进一步深入的研究。另一方面，计算机视觉是模仿人的视觉，人的感知机理必然影响着计算机视觉的研究。 2.图像处理的方法 具体来讲，图像处理研究包含的主要内容有： （1）图像变换。由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅里叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理（如傅里叶变换可在频域中进行数字滤波处理）。 （2）图像增强和复原。图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声、提高图像的清晰度等。图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分，如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；强化低频分量可减少图像中噪声影响。图像复原要求对图像降质的原因有一定的了解，一般应根据降质过程建立“降质模型”，再采用某种滤波方法，恢复或重建原来的图像。 （3）图像编码压缩。图像压缩主要目的是为了节省存储空问，增加传输速度。图像压缩的理想标准是信息丢失最少，压缩比例最大。不损失图像质量的压缩称为无损压缩，无损压缩不可能达到很高的压缩比；损失图像质量的压缩称为有损压缩，高的压缩比是以牺牲图像质量为代价的。压缩的实现方法是对图像重新进行编码，希望用更少的数据表示图像。 信息的冗余量有许多种，如空间冗余、时间冗余、结构冗余、知识冗余、视觉冗余等，数据压缩实质上是减少这些冗余量。高效编码的主要方法是尽可能去除图像中的冗余成分从而以最小的码元包含最大的图像信息。

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第1章计算机仿真概述1 1.1仿真的概念和方法1 1.1.1仿真的概念及分类1 1.1.2仿真的基本步骤3 1.2仿真技术的应用和发展4 1.2.1仿真技术的应用4 1.2.2仿真技术的发展阶段6 1.2.3仿真技术的发展趋势6 1.3仿真工具MATLAB7 1.3.1MATLAB的发展历史7 1.3.2MATLAB的特点8 1.3.3MATLAB的工具箱9 1.3.4Notebook10 1.4本书学习方法11 第2章数学运算12 2.1MATLAB的集成环境12 2.2MATLAB语法14 2.2.1变量14 2.2.2运算符18 2.2.3流程控制20 2.2.4M文件23 2.2.5编程技巧25 2.3数值运算27 2.3.1矩阵运算27 2.3.2统计分析28 2.3.3多项式运算29 2.3.4解方程30 2.3.5曲线拟合与插值31 2.3.6微积分32 2.3.7概率统计33 2.4符号运算33 2.4.1符号变量和表达式34 2.4.2符号运算实例34 第3章数据可视化及GUI42 3.1数据可视化42 3.1.1二维及三维图形绘制42 3.1.2图形窗口的控制及修饰46 3.1.3特殊图形绘制51 3.1.4动画制作58 3.2图形句柄60 3.2.1图形对象和句柄60 3.2.2利用句柄图形设计GUI65 3.3GUI设计工具GUIDE67 第4章数字图像处理69 4.1图像处理概述69 4.1.1基本概念69 4.1.2图像的运算71 4.1.3图像处理的内容72 4.2图像处理的应用73 4.2.1图像处理工具箱73 4.2.2图像的读写和显示74 4.2.3图像的代数运算76 4.2.4图像的几何处理76 4.2.5图像的增强和复原77 4.2.6图像变换81 4.2.7图像压缩83 4.2.8图像分割87 4.2.9图像识别88 第5章系统建模及仿真算法92 5.1系统和模型92 5.1.1系统92 5.1.2模型94 5.1.3数学模型95 5.2仿真算法100 5.2.1算法的概念和性能100 5.2.2连续系统的仿真算法101 5.2.3离散事件系统仿真算法107 5.2.4系统的稳定性与仿真精度108 第6章动态建模工具Simulink110 6.1Simulink概述110 6.1.1操作环境110 6.1.2运行原理111 6.2模块库及模块功能112 6.2.1Simulink公共模块库112 6.2.2Simulink专业模块库118 6.3建模及仿真119 6.3.1模块的基本操作119 6.3.2仿真参数设置120 6.3.3Simulink与MATLAB之间的数据交互123 6.3.4模型的运行、结果观察和调试124 6.3.5仿真实例127 6.4子系统131 6.4.1子系统的建立及封装132 6.4.2条件子系统134 6.5S—函数136 6.5.1S—函数的功能136 6.5.2S—函数的调用136 6.5.3S—函数的编写规则136 6.5.4S—函数实例137 6.6性能优化139 6.6.1仿真性能和精度139 6.6.2代数环140 6.6.3过零检测142 第7章控制系统的仿真144 7.1控制系统的基础理论144 7.1.1控制系统的组成144 7.1.2控制系统的分类145 7.1.3控制系统的数学模型146 7.1.4控制系统的典型环节及传递函数149 7.1.5控制系统的性能要求150 7.1.6控制系统的分析151 7.1.7控制系统的设计155 7.2控制系统的建模156 7.2.1基本数学模型156 7.2.2模型的转换161 7.2.3模型的属性描述、降阶与标准化163 7.2.4延迟系统模型164 7.2.5非线性系统的模型165 7.3控制系统的分析166 7.3.1稳定性分析166 7.3.2时域分析167 7.3.3根轨迹分析171 7.3.4频域分析173 7.3.5系统分析工具ltiview177 7.4控制系统的设计179 7.4.1串联校正180 7.4.2PID控制器调节182 7.4.3状态反馈与极点配置183 7.4.4系统设计工具SISODesignTool188 7.5仿真实例——直流电机双闭环调速190 7.5.1系统的工作原理190 7.5.2系统的动态性能分析191 7.5.3系统的数学模型和仿真模型192 7.5.4调节器的设计192 7.5.5调节器校正前后的典型响应分析193 第8章电力系统仿真196 8.1电力系统仿真概述196 8.2Simpowersystems模块库197 8.2.1Simpowersystems简介197 8.2.2模块库198 8.2.3常用模块设置203 8.3电力系统中典型电路的仿真208 8.3.1直流电路仿真208 8.3.2开关电路仿真209 8.3.3整流滤波电路仿真213 8.3.4电力传输系统仿真218 参考文献225

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