果蔬凍干含水率監(jiān)測的MATLAB GUI設(shè)計

李曉斌，郭玉明

（山西農(nóng)業(yè)大學 工學院，山西 太谷030801）

冷凍干燥技術(shù)能充分保持農(nóng)產(chǎn)品原料的營養(yǎng)成分和活性物質(zhì)，保持原有的天然色澤、風味和形態(tài)，復水性好，深受人們的喜愛。我國特色農(nóng)產(chǎn)品資源豐富，品種多，質(zhì)量好，價格低，若利用冷凍干燥加工技術(shù)對特色農(nóng)產(chǎn)品進行加工開發(fā)，對農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有重要意義。為此，本文以Matlab GUI為工具，開發(fā)一套果蔬凍干圖像特征值提取系統(tǒng)，對凍干過程中物料含水率進行實時監(jiān)測，及時了解凍干狀態(tài)，控制凍干工藝。

Matlab是當今應(yīng)用較廣泛的科學計算軟件之一，它具有強大的矩陣計算、符號運算和數(shù)據(jù)可視化功能。同時也提供了圖形用戶界面（GUI）的設(shè)計和開發(fā)功能，界面友好，直觀易懂，用戶只需要用鼠標或鍵盤來激活相應(yīng)控件，就能實現(xiàn)預(yù)定的功能［1，2］。

1 設(shè)計路線

以土豆在真空冷凍干燥過程中表面顏色變化的序列圖像為研究對象，利用Matlab GUI實現(xiàn)圖像輸入與顯示、圖像特征值提取與顯示、數(shù)據(jù)保存和含水率曲線繪制等功能，其總體技術(shù)路線如圖1所示。

2 Matlab GUI開發(fā)

2.1 界面總體設(shè)計

圖1 技術(shù)路線Fig.1 The route of design

調(diào)整布局區(qū)大小，在GUI對象選擇區(qū)布置5個按鈕（Push Button）、3個軸對象（Axes）、8個靜態(tài)文本（Static Text）、8個 LED ActiveX Control和4個按鈕組（Button Group）等對象，并擺放于合適位置［3］。其中，3個Axes控件用于顯示GUI讀入的原始圖像和圖像特征值曲線圖；4個LED ActiveX控件用于顯示圖像特征值和物料含水率，剩余1個LED ActiveX控件用于顯示系統(tǒng)的當前時間；8個Static Text控件用于說明ActiveX控件和相關(guān)坐標軸的名稱。界面設(shè)計結(jié)果如圖2所示。

圖2 界面設(shè)計結(jié)果Fig.2 The designing results of interface

2.2 圖像輸入與顯示

利用uigetfile函數(shù)，設(shè)置選擇的圖片類型為jpg或bmp，并將其放在一個單元數(shù)組中，即｛＇＊.jpg＇；＇＊.bmp＇｝，設(shè) 置title為 “選 擇 圖 片 文 件”；string為“讀入圖像”。用if…end結(jié)構(gòu)實現(xiàn) Windows環(huán)境下的圖片選擇，并用imread和imshow函數(shù)將圖片顯示于axes1中［3～5］。如圖3所示。

圖3 原始圖像Fig.3 Original image

2.3 圖像特征值提取與顯示

在對象選擇區(qū)點擊ActiveX控件，選擇4個七段數(shù)碼LED控件放于圖2所示位置，編寫如下回調(diào)函數(shù)（Callback）實現(xiàn)圖像特征值提取與顯示：

其中，w2為物料（土豆）含水率，它與圖像R值、G值和B值的關(guān)系模型需預(yù)先確定。

ActiveX控件的部分屬性為：

Digits：7

On Color：［255 255 255］

Back Color：［000］

R、G、B值顯示結(jié)果如圖4所示。

圖4 R、G、B值檢測結(jié)果Fig.4 Detecting results of RGB values

2.4 數(shù)據(jù)保存

用get函數(shù)得到 R、G、B和 w2（handles.activex）的value值，將［R G B w2］這四個值用xlsread函數(shù)寫入目標文件中，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存，便于后續(xù)數(shù)據(jù)處理和分析。

2.5 曲線圖繪制

曲線圖繪制主要是把2.4中存儲的數(shù)據(jù)用曲線或點展示出來，以便實時、直觀地表達物料含水率變化趨勢。Axes2和Axes3分別用于展示圖像R、G、B特征值和物料含水率隨時間的變化規(guī)律。二者均采用默認屬性值。在該Button的回調(diào)函數(shù)里編寫如下代碼：

利用Matlab的plot函數(shù)，就能實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的直觀展示。

2.6 系統(tǒng)退出

程序運行完畢后要求能及時退出系統(tǒng)，因此就該Button而言，其回調(diào)函數(shù)應(yīng)考慮Switch…case…end結(jié)構(gòu)［6］。即：

出現(xiàn)提示對話框后，點擊“Yes”就能退出系統(tǒng)，點擊“No”則返回界面，“No”是默認值。

2.7 當前時間顯示

為便于試驗時間觀察和記錄，因此設(shè)置LED ActiveX9控件顯示系統(tǒng)時間，其屬性值為：

另外，在界面的Opening函數(shù)內(nèi)添加如下代碼：

并編寫t＿update定時器函數(shù)：

function t＿update（obj，eventdata，handles）

最終實現(xiàn)系統(tǒng)時間顯示。

2.8 mcc編譯

對于設(shè)計好的界面，需用mbuild－setup命令安裝編譯器，根據(jù)命令窗口提示安裝好后，在命令行輸入：

mcc－m huiyilunen

Matlab開始編譯，編譯完成后，在 Matlab默認的路徑下能找到獨立的exe可執(zhí)行文件，最終使程序脫離 Matlab環(huán)境也可運行［3，7，8］。

3 結(jié)論與展望

（1）Matlab GUI是實現(xiàn)人機交互的中介，具有強大的功能，將VC＋＋引入，同Matlab一起實現(xiàn)混合編程，不僅可以完成許多復雜的程序模塊，而且還將大大提高程序的執(zhí)行效率和靈活性。

（2）程序本身缺乏一定的自動處理能力，在后續(xù)的研究中應(yīng)考慮如何實現(xiàn)真空凍干物料含水率的實時監(jiān)測問題，使Matlab GUI為降低凍干能耗和揭示凍干規(guī)律提供必要的技術(shù)支持。

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［2］陳華，蔡光興.基于 Matlab／GUI的 RSA密碼演示系統(tǒng)［J］.計算機與現(xiàn)代化，2009（7）：60－63.

［3］羅華飛.Matlab GUI設(shè)計學習手記［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2009：271－302.

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［5］全星慧，范武君，張華.基于 Matlab的數(shù)字圖像處理課件設(shè)計［J］.計算機與現(xiàn)代化，2008（7）：70－73.

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