数字图像处理第一章MATLAB混合编程资料

1、第一章 MATLAB混合编程 第一节 概述 Matlab是当今世界上使用最为广泛的数学软件，它具有相当强大的数值计算、数据处理、系统分析、图形显示，甚至符号运算功能，是一个完整的数学平台。在这个平台上，只需寥寥数语就可以完成十分复杂的功能，大大提高了工程分析计算的效率。另外由于Matlab的广泛使用，于是出现了为各个领域专门使用的工具箱(即在某一研究领域常用数学工具的函数包)，这些工具箱的出现更加促进了Matlab的流行。 Matlab强大的功能只能在它所提供的平台上才能使用，必需在安装有matlab系统的机器上使用.m文件，这样就给工程计算带来了很大不便；特别是在matlab中，使用的行解释

2、方式执行代码，这样大大地限制了代码执行速度。 能否开发一个matlab与其他高级语言的接口，这样就可以把matlab的强大功能融入各种应用程序中，并且通过高级语言编译器编译为二制代码，提高了执行速度。matlab的5.1版本提供了自带的C+ Complier，同时MathTools公司也为Matlab开发了m文件高效解释和调试IDE：MIDEVA。经过近两年的发展，matlab 5.3 中的C complier-mcc版本已经为2.0,而MIDEVA最新版本为4.5。 将matlab与C混合编程大概有如下三种方法 。1.用Matlab的mcc将.m文件翻译为cpp源文件，然后在C编译器中调用

3、也可以用mcc编译编译为stand-alone程序。 2.用Matcom（MIDEVA）将.m文件翻译为cpp代码，并编译为exe或dll 文件。 3.按照matcom的语法，在VC或BC中直接书写matlab语句(与matlab 很相似)，这也是推荐用的方法。 方法1、2和3各有利弊。1不支持图形(支持图形的库国内现在还没有D)，对类支持也不够。2支持绝大多数的matlab语句(包括图形)，但对于struct等的支持也有缺陷。 VC+中使用MATLAB的C+数学库和MCC生成的程序。MATLAB5.3的提供了C/C+数学库，其中的C+数学库功能很强，使用它可以用类似MATLAB的语法编写C+

4、程序，十分方便。虽然速度上仍然比手工C/C+程序慢，但是由此换来的高效的开发效率和可靠性往往是值得的。另外mcc命令可以将M文件转化为C或CPP文件，编译后可以脱离MATLAB运行，它们也是使用的C/C+数学库。 MATLAB的数学库在开发时似乎倾向于编译独立的可执行程序，把VC、BC只是作为一个编译和连接的工具，而没有过多地考虑在VC、BC的集成环境下进行开发。如何将MCC生成的C+程序嵌入到VC?这里只介绍VC的情况。1、设置项目编译选项 首先建立一个新的项目，或者打开一个已有的项目，然后选择菜单： Project-Settings-C/C+ Category:Preprocessor P

5、reprocessor definitions: 添加: MSVC,IBMPC,MSWIND Category: Precompiled Headers 选择: Automatic use of precompiled headers Through header: stdafx.h 2、调设置项目连接选项 首先要从下面几个函数定义文件(*.def)生成相应的导入库文件(*.lib) libmmfile.def libmcc.def libmatlb.def libmx.def libmat.def 它们位于目录c:matlabexterninclude 用下面命令导出库文件: lib/def

6、:libmmfile.def/out:libmmfile.lib /machine:ix86 lib /def:libmcc.def /out:libmcc.lib /machine:ix86 lib/def:libmatlb.def/out:libmatlb.lib /machine:ix86 lib /def:libmx.def /out:libmx.lib /machine:ix86 lib /def:libmat.def /out:libmat.lib /machine:ix86 将它们放入的项目连接选项 Project-Settings-Link Category:Input Obj

7、ect/library modules: 添加:libmatpm.lib libmmfile.lib libmcc.lib libmatlb.lib libmx.lib libmat.lib 注: 中间是空格，不要加逗号. libmatpm.lib是C+ MathLib的库，如果是只用C，就不用连接它了。 添加: msvcrt.lib 以上的这些lib文件，打了个包放在这里下载：matlablibs.zip (64K) 3、设置编译环境Tools-Options-Directories Include fiels添加: c:matlabexterninclude c:matlabexterni

8、ncludecpp Library fiels添加: c:matlabexternlib c:matlabexterninclude 注：下面这个目录是那些lib所在的地方。 如果都挪到上面的目录，这个自然就不要了。 4、编写程序用MCC命令生成的CPP文件和自己手工编写的CPP文件, 其项目设置是完全相同的, MCC生成的CPP文件有大量没用的代码. (1)添加自己编写的程序模块 用下面文件头: #include stdafx.h, #include matlab.hpp 然后, 按照C+ MathLib文档要求的格式书写程序. 最后，按F7编译就可以了。 (2)嵌入mcc生成的文件 在MA

9、TLAB下用下面格式的命令生成cpp文件 mcc -t -L Cpp test 得到test.hpp, test.cpp 将test.cpp加入项目, 不做任何改动. 5、实例MATLAB程序test.m: function sum, prod=test(x,y) sum = x+y; prod = x*y; 用来计算两个数的和与积。注意这是两个返回变量的情况。 x,y可以是数组。 用mcc命令生成了test.hpp和test.cpp。文件demo.cpp: #include stdafx.h #include matlab.hpp #include test.hpp void mccDemo

10、() CString str; mwArray x, y, sum, prod; double dx,dy,dsum,dprod; x = 5.0; y = 10.0; sum = test(&prod, x, y); dx=x(1,1); dy=y(1,1); dsum=sum(1,1); dprod=prod(1,1); str.Format(%f+%f=%fn%f*%f=%f, dx,dy,dsum,dx,dy,dprod); AfxMessageBox(str); 由于采用了C+数学库，语法很简单。注意数组的赋值、其中数据的存取，这些都要仔细地看手册。 最后是跳出一个消息框，显示计算结

11、果。 改程序启动之后，选择菜单mcc-demo即可。 第二节 用C编写mex程序 Matlab是一种解释型的编程环境，跟basic一样，是读句执行的。可以实现编程过程中的交互，免去了麻烦又耗时的编译过程。但matlab在执行时速度慢也就根源于此。在matlab里 tic for i=1:10000 b(i)=a(10001-i); end 怎么样，是不是很慢？ 上面程序的功能是将向量a里的数据逆序赋给向量b。下面的程序可以实现相同的功能 tic b=a(10000:-1:1); 为什么这个程序运行速度这么快呢？ 这是因为matlab里的基础矩阵运算函数，像转置，复制等等，都是以二进制程序的形式

12、存在的，运行起来速度当然比解释执行10000次 所以编matlab程序时，应该尽量避免用循环语句，而使用等效的矩阵运算。虽然这样 但总是有的时候没法找到对应的矩阵运算来等效，或编出来的程序复杂得让人无法优化。 简单地说，mex程序就是根据一定的接口规范（mtlab提出的）编写的一个dll的matlab程序。比如编了一个mex函数，名字叫max2.dll，那么只要把这个dll所在的目录加到matlab的搜索路径里（用addpath），就可以像调用普通matlab函数一样来调用它了。因为把循环体放到了二进制程序中，执行速度快得多。 Mex文件既可以用c，也可以用fortran来编。因为本节用的是c

13、语言，所以下面的介绍都是用c语言编写mex文件的方法。如果用的是fortran，请参阅Apiguide.pdf里面有关详细说明。 2.1 用C编写mex程序 的性能分析 Matlab5.1没有c语言的编译器的，机器要安装有VC,BC或Watcom C中的一种。如果在安装Matlab时已经设置过编译器，就可以使用mex命令来编译c语言的程序了。如果当时没有选，只要在Matlab里键入：mex -setup，就会出现一个DOS方式窗口，下面只要根据提示一步步设置就可以了。测试设置路径hello.c。 #include mex.h void mexFunction(int nlhs, mxArray

14、 *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs) mexPrintf(hello,world!n); 假设把hello.c放在了C:TEST下，在Matlab里用CD C:TEST 将当前目录改为C: TEST（注意，仅将C:TEST加入搜索路径是没有用的）。输入： mex hello.c 编译应该在出现编译器提示信息后正常退出。如果已将C:TEST加入了搜索路径，现在键入hello，程序会在屏幕上打出一行：hello,world! 看看CTEST目录下，会发现多了一个文件：HELLO.DLL。 这样，第一个mex函数就算完成了。怎么样，很简单吧。下一次，会对这个最

15、简单的程 进行分析，并给它增加一些功能。 Matlab的mex函数有一定的接口规范nlhs：输出参数数目 plhs：指向输出参数的指针 nrhs：输入参数数目 例如，使用 a,b=test(c,d,e) 调用mex函数test时，传给test的这四个参数分别是2，plhs，3，prhs。其中： prhs0=c , prhs1=d , prhs2=e ,prhs2=e 直观地了解参数传递的过程 /hello.c 2.0 #include mex.h void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs) i

16、nt i; i=mxGetScalar(prhs0); if(i=1) mexPrintf(hello,world!n); else mexPrintf(大家好！n); 将这个程序编译通过后，执行hello(1),屏幕上会打出： hello,world! 而hello(0)将会得到： 大家好！程序hello已经可以根据输入参数来给出相应的屏幕输出。用到了屏幕输出函数mexPrintf（用法跟c里的printf函数几乎完全一样）。用到了函数：mxGetScalar，调用方式如下： i=mxGetScalar(prhs0); 第三节 内存分配与地址空间分配 输入数据是在函数调用之前, 在Matla

17、b里申请了内存。由于mex函数与Matlab共用同一个地址空间，因而在prhs里传递指针就可以达到参数传递的目的。但是，输出参数却需要在mex函数内申请到内存空间，才能将指针放在plhs中传递出去。由于返回指针类型必须是mxArray，所以Matlab专门提供了一个函数：mxCreateDoubleMatrix来实现内存的申请 mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag) m：待申请矩阵的行数 n：待申请矩阵的列数 为矩阵申请内存后，得到的是mxArray类型的指针，就可以放在plhs里传递回去了。对

18、这个新矩阵的处理，要在函数内完成，这时就需要用到前面介绍的mxGetPr。使用mxGetPr获得指向这个矩阵中数据区的指针（double类型）后，就可以对这个矩阵进行各种操作和运算了。 一个例子/reverse.c 1.0 #include mex.h void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs) double *inData; double *outData; int M,N; int i,j; inData=mxGetPr(prhs0); M=mxGetM(prhs0); N=mxGetN(

19、prhs0); plhs0=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL); outData=mxGetPr(plhs0); for(i=0;iM;i+) for(j=0;jN;j+) xREAL; outData=mxGetPr(plhs0); for(i=0;iM;i+) for(j=0;jN;j+) outDataj*M+i=inData(N-1-j)*M+i; 综合例程#include mex.h void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs) double *inDat

20、a; mxArray *IN1; mxArray *OUT1; double *outData; int M,N; int i,j; /异常处理 if(nrhs!=1) mexErrMsgTxt(USAGE: b=rot(a)n); if(!mxIsDouble(prhs0) mexErrMsgTxt(the Input Matrix must be double!n); /计算转置 if(mexCallMATLAB(1,OUT,1,prhs,) mexErrMsgTxt(Error when compute!n); /根据输入参数数目决定是否显示 if(nlhs=0) mexCallMATL

21、AB(0,IN,1,OUT,disp); else plhs0=OUT0; 第四节 Matcom的使用 Matcom能作什么? 1)它提供了matlab中.m文件与其他高级语言的接口，使.m文件可以编译为脱离matlab环境独立执行的可执行性程序， 具有以下特点： 。提高了代码的复用率 。提高了代码的执行速度 。使纯文本的.m文件变为二进制的可执行程 序，增加了知识保护的安全性。 2) 它提供了近千个数学函数，提供了一个丰富的数学库，基本上在matlab上能用的常用函数都可以在高级语言中直接调用。 。矩阵属性函数 ,矩阵生成函数, 矩阵生成函数, 矩阵操作函数, 矩阵变换函数, 数学函数, 特殊函数 ,数值函数 ,串函数 ,绘图函数 ,颜色函数 , 。函数, 存盘及读文件, 系统资源函数, 系统操作函数,