VC與Matlab的混合編程實(shí)現(xiàn)圖像的三維顯示

1、基于VC與Matlab的混合編程實(shí)現(xiàn)圖像的三維顯示陳翔 李進(jìn)文 吳小雅（廣州氣象衛(wèi)星地面站 廣州 510640）摘 要 本文介紹了VC+與Matlab混合編程的一般實(shí)現(xiàn)方法，并實(shí)現(xiàn)對(duì)二維影像圖的三維效果顯示。關(guān)鍵詞 VC+ MATLAB M文件 三維顯示引言 通常我們看到的圖像是二維狀態(tài)下的，而在某些特殊領(lǐng)域需要根據(jù)三維影像才能做出更進(jìn)一步的信息抽取，這就需要通過后處理的手段根據(jù)原始二維影像虛擬出其三維效果。MATLAB既是一種直觀、高效的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言,同時(shí)又是一個(gè)科學(xué)計(jì)算平臺(tái)。它為數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)可視化、算法和應(yīng)用程序開發(fā)提供了最核心的數(shù)學(xué)和高級(jí)圖形工具。根據(jù)它提供的500多個(gè)數(shù)學(xué)和工程函數(shù)，工

2、程技術(shù)人員和科學(xué)工作者可以在它的集成環(huán)境中交互或編程以完成各自的計(jì)算。MATLA具有強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和圖形顯示功能,其輸出結(jié)果可視化，編程效率極高，極少的代碼即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)行.然而其邊解釋邊執(zhí)行，運(yùn)算效率較低，實(shí)現(xiàn)相同功能的代碼跟其他編程平臺(tái)相比運(yùn)行時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，且不適合作為通用的編程平臺(tái)。因此，為系統(tǒng)整體效率考慮，采取具有很高編程效率的通用編程平臺(tái)VC+與Matlab混合編程的方式,將更有助于發(fā)揮Matlab和VC的各自優(yōu)勢(shì)。1 VC+與Matlab幾種常用的集成方法 Matlab與VC+混合編程的具體方式有多種，根據(jù)Matlab是否運(yùn)行可大致分為兩類：Matlab在后臺(tái)運(yùn)行和可以

3、脫離Matlab環(huán)境運(yùn)行。Matlab 5.0以后版本均自帶C/C+編譯器，可將其程序文件（M文件）轉(zhuǎn)換為C-MEX或C/C+程序。 第一種方式是Matlab引擎采用客戶機(jī)/服務(wù)器的計(jì)算方式，通過Windows的ActivcX通道和Matlab接口。在具體的應(yīng)用中，VC的程序作為前端客戶機(jī)，通過調(diào)用Matlab引擎在后臺(tái)與Matlab服務(wù)器建立連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)通信。這種方法實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，不要求連接整個(gè)Matlab，只需要嵌入必要的Matlab引擎庫(kù)，可大大地節(jié)省系統(tǒng)資源，但這種Matlab在后臺(tái)運(yùn)行，運(yùn)行效率低下。 第二種方式是使用Mathtools公司推出的Matlab集成編譯開發(fā)平臺(tái)Mide

4、va，它提供了對(duì)M文件的解釋執(zhí)行和開發(fā)環(huán)境支持。經(jīng)過簡(jiǎn)單設(shè)置后Mideva可以將M源文件轉(zhuǎn)換為C/C+，然后添加到VC+工程中。 也可以先利用Mideva直接生成EXE文件(方法是啟動(dòng)Mideva，在菜單File-Compile to exe中, 選出需要轉(zhuǎn)換的M文件)，然后在VC+中通過shellexec()或winexec（）等外部函數(shù)完成Shell調(diào)用。這種方法簡(jiǎn)單方便，但運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)一個(gè)控制臺(tái)窗口，而且由于VC和Matlab之間不能交互，通用性差。 第三種方式是通過Mablab編譯器將其m文件轉(zhuǎn)換成為C/C+代碼文件并生成必要的dll庫(kù)后再通過VC+編譯器生成可獨(dú)立執(zhí)行的應(yīng)用程序，這種方

5、式可以直接調(diào)用其中的庫(kù)函數(shù)，生成并發(fā)布不必依賴Matlab的可執(zhí)行文件。在建立好函數(shù)m文件（不能是腳本m文件）后，用mcc命令將其轉(zhuǎn)換為C+代碼，命令行參數(shù)如下（假定m文件為test.m）：mcc -t -L Cpp test.m然后繼續(xù)生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)函數(shù)：mcc -t -W lib:test2 -T link:lib test.m 需要注意的是，lib:后跟生成的庫(kù)文件名不能和原m文件名相同（此處為test2）,而且此處只能生成C語(yǔ)言方式的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。該編譯命令共生成9個(gè)文件，其中test.lib和test.dll是可以在C/C+應(yīng)用程序中調(diào)用的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件。 最后一種方式是通過Matla

6、b Add-in實(shí)現(xiàn)Matlab與VC的混合編程，這是最方便的也是本文下面將要使用的集成方式。在Matlab 6.0以后版本對(duì)其編譯器作了較大的改進(jìn)，其支持更多的數(shù)據(jù)類型，更強(qiáng)的優(yōu)化功能，更為重要的是其Matlab Add-in提供了一個(gè)Matlab和VC直接集成的途徑。它具有一些新的特征：快速集成M文件到C+工程中，創(chuàng)建獨(dú)立的 C/C+應(yīng)用程序或C MEX DLL；通過M文件創(chuàng)建共享庫(kù)或MEX文件；內(nèi)含Visual Matrix Viewer，調(diào)試過程中可以查看矩陣變量的值； 直接修改M源文件而不是修改生成的C/C+文件；方便快捷地打包應(yīng)用程序等。下面給出Matlab Add-in的具體安裝

7、步驟：1. 1 啟動(dòng)Matlab，運(yùn)行mex-setup，按照菜單提示選取MSVC。它將配置MEX使用VC為默認(rèn)的編譯器(創(chuàng)建C-MEX文件必需)，并安裝Matlab Add-in所需文件到VC目錄。 1.2. 在Matlab環(huán)境下運(yùn)行mbuild-setup, 按提示選取MSVC。它將配置使用VC為默認(rèn)的編譯器(創(chuàng)建獨(dú)立應(yīng)用程序必需)，并安裝Matlab Add-in所需的Matlab Compiler和C/C+數(shù)學(xué)庫(kù)文件到VC目錄。 1.3. 在Matlab環(huán)境下運(yùn)行cd(prefdir)和mccsavepath。它將保存當(dāng)前Matlab路徑到mccpath文件中，這是因?yàn)镸atlab A

8、dd-in脫離Matlab運(yùn)行，否則它無(wú)從知道Matlab路徑。 1.4. 啟動(dòng)VC環(huán)境，從菜單Tools - Customize選擇Add-ins and Macro Files選項(xiàng)卡，選中Matlab Add-in, 點(diǎn)擊Close。VC工具欄出現(xiàn)Matlab Add-in圖標(biāo)，完成Matlab Add-in的配置，以后每次啟動(dòng)VC將自動(dòng)加載Matlab Add-in。1.5. 配置Windows系統(tǒng)。如果是Windows 95/98系統(tǒng)，找到config.sys, 添加一行：shell= c: /e:32768 /p；如果是Windows ME則需設(shè)置Conagent.exe的屬性Mem

9、ory選項(xiàng)卡的Initial Environment值為4096。2 三維顯示程序的創(chuàng)建 三維顯示處理的核心部分由Matlab實(shí)現(xiàn)，首先通過imread（）與imfinfo（）函數(shù)得到圖象點(diǎn)陣數(shù)據(jù)及其大小，在meshgrid（）創(chuàng)建相應(yīng)的網(wǎng)格后以圖象灰度值作為高度坐標(biāo)值，并通過meshc（）進(jìn)行三維網(wǎng)格繪制，最后由surf（）完成表面繪制。具體實(shí)現(xiàn)代碼如下：% 讀取圖象數(shù)據(jù)到矩陣A, map = imread(input.bmp);% 得到圖象信息info = imfinfo(input.bmp);w = info.Width;h = info.Height;% 創(chuàng)建與圖象大小相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格x,

10、y = meshgrid(1:w,1:h);z = x - y + y - x;i = 1;j = 1;% 用圖象灰度值填充高度值while (i - 1) * w + j wj = 1;i = i + 1;end end;% 繪制三維圖象meshc(x,y,z);% 繪制表面surf(x,y,z,FaceColor,interp,EdgeColor,none,FaceLighting,phong)此m文件創(chuàng)建完畢后，啟動(dòng)VC+，創(chuàng)建一個(gè)Matlab Project Wizard工程，選擇所生成的應(yīng)用程序的類型為Windows Console EXE、C+程序、Debug模式、生成Main函數(shù)

11、、需要圖形支持。點(diǎn)擊Finish后在出現(xiàn)的對(duì)話框中將剛創(chuàng)建的M文件添加到工程，這時(shí)VC將調(diào)用MCC生成一個(gè)混合M文件和C+的工程。在File View選項(xiàng)卡中可以看到添加的M文件和自動(dòng)生成的C+文件。 編譯運(yùn)行后，將能夠?qū)崿F(xiàn)二維圖像的三維顯示。3 在主程序中完成對(duì)三維顯示程序的調(diào)用 由于上述三維顯示程序只是整個(gè)系統(tǒng)中的一個(gè)部分，因此還需要在主程序中通過CreateProcess（）完成對(duì)其進(jìn)程的創(chuàng)建：char cCommandLineMAX_PATH;PROCESS_INFORMATION pi;STARTUPINFO si = sizeof(si);/ 啟動(dòng)子進(jìn)程CString sComma

12、ndLine = GetCurPath() + LandmineShower.exe;:strcpy(cCommandLine, sCommandLine);CreateProcess(NULL, cCommandLine, NULL, NULL, FALSE, 0, NULL, NULL, &si, &pi);三維顯示程序是一個(gè)控制臺(tái)程序。如果需要隱藏其界面，可以在其進(jìn)程創(chuàng)建完畢之后通過FindWindow（）函數(shù)找到其窗口句柄并進(jìn)而通過向ShowWindow（）指定該窗口句炳來實(shí)現(xiàn)：Sleep(100);/ 關(guān)閉子進(jìn)程的主線程句柄CloseHandle(pi.hThread);/ 隱藏控制臺(tái)窗口m_hwnd3DShower = :FindWindow(NULL, sCommandLine);if (m_hwnd3DShower != NULL):ShowWindow(m_hwnd3DShower, SW_HIDE);4小結(jié)混合編程是綜合使用多種開發(fā)工具技術(shù)優(yōu)勢(shì)的一種常用手段，本文通過對(duì)VC+和Matlab的集成開發(fā)，以精練的代碼和較高的運(yùn)行效率實(shí)現(xiàn)了對(duì)二維遙感影像的三維效果顯示。通過本文所述Matlab與VC+集成開發(fā)方法，讀者可以自行對(duì)其他類似程序進(jìn)行開發(fā)