第八章第八章 数据与图形图像处理过程中的计算机应用数据与图形图像处理过程中的计算机应用主要内容主要内容(origin)8.1Origin基础知识基础知识8.2绘制二维图绘制二维图8.3绘制多层图形绘制多层图形8.4三维图形三维图形8.5非线性拟合非线性拟合8.6数据分析数据分析8.1 Origin 基础知识vOrigin是美国是美国Microcal公司出的数据分析和公司出的数据分析和绘绘图软图软件件http:/www.originlab.com/v特点：使用简单，采用直观的、图形化的、面特点：使用简单，采用直观的、图形化的、面向对象的窗口菜单和工具栏操作，全面支持鼠向对象的窗口菜单和工具栏操作，全面支持鼠标右键等。标右键等。v两大类功能：两大类功能：数据分析和绘图。数据分析和绘图。用户可以自定用户可以自定义数学函数、图形样式和绘图模板；可以和各义数学函数、图形样式和绘图模板；可以和各种数据库软件、办公软件、图像处理软件等方种数据库软件、办公软件、图像处理软件等方便的连接；便的连接；可以用可以用C等高级语言编写数据分析等高级语言编写数据分析程序，还可以用内置的程序，还可以用内置的Lab Talk语言编程等。语言编程等。数据处理、绘图及图形的拟合数据处理、绘图及图形的拟合标题栏标题栏菜单栏菜单栏上工具栏上工具栏右工具栏右工具栏工程管理工程管理器器下工具栏下工具栏快速帮助快速帮助栏栏状态栏状态栏子窗口区子窗口区一、工作环境一、工作环境v一、工作环境一、工作环境Origin类似Office的多文档界面，主要包括以下几个部分：1、菜单栏一般可以实现大部分功能2、工具栏一般最常用的功能都可以通过此实现3、绘图区所有工作表、绘图子窗口等都在此4、项目管理器类似资源管理器，可以方便切换各个窗口等5、状态栏标出当前的工作内容以及鼠标指到某些菜单按钮时的说明菜单栏的结构取决于当前的活动窗口菜单栏的结构取决于当前的活动窗口工作表菜单工作表菜单绘图菜单绘图菜单矩阵窗口矩阵窗口二、菜单简要说明二、菜单简要说明vFile文件功能操作打开文件、输入输出数据图形等vEdit编辑功能操作包括数据和图像的编辑等，比如复制粘贴清除等vView视图功能操作，控制屏幕显示二、菜单简要说明二、菜单简要说明Plot绘图功能操作：主要提供绘图功能操作：主要提供4类功能类功能:1.几种样式的二维绘图功能，包括直线、描几种样式的二维绘图功能，包括直线、描点、直线加符号、特殊线符号、条形图、柱形点、直线加符号、特殊线符号、条形图、柱形图、特殊条形图柱形图和饼图图、特殊条形图柱形图和饼图2.三维绘图三维绘图3.气泡彩色映射图、统计图和图形版面布气泡彩色映射图、统计图和图形版面布局局4.特种绘图，包括面积图、极坐标图和向量特种绘图，包括面积图、极坐标图和向量二、菜单简要说明二、菜单简要说明vColumn列功能操作：比如设置列的属性，增加删除列等vGraph图形功能操作：主要功能包括增加误差栏、函数图、缩放坐标轴、交换X、Y轴等vData数据功能操作vAnalysis分析功能操作：比如统计、方差分析、多元回归、非线性曲线拟合等二、菜单简要说明二、菜单简要说明vMatrix矩阵功能操作：对矩阵的操作，包括矩阵属性、维数和数值设置，矩阵转置和取反，矩阵扩展和收缩，矩阵平滑和积分等。vTools工具功能操作线性、多项式和S曲线拟合、提取峰值等vFormat 格式功能操作菜单格式控制、工作表显示控制，栅格捕捉、调色板、图形页面、图层和线条样式控制，坐标轴样式控制等用户自定用户自定义工具栏义工具栏工具栏选项工具栏选项快捷键组合快捷键组合工具栏的工具栏的开启方法：开启方法：点击菜单中的点击菜单中的View/Toolbars，出现右图对，出现右图对话框，在话框，在Toolbar中勾中勾选你需要的工选你需要的工具栏。具栏。三、子窗口介绍三、子窗口介绍v工作表（worksheet）窗口工作表的主要功能是存放和组织Origin中的数据，并利用这些数据进行统计、分析和作图。工作表窗口最上边一行为标题栏，表明列（column）的名称和属性，X表示该列为自变量，Y表示该列为因变量v操作：如何工作表重命名？（右键）v操作：如何选定整个数据表？三、子窗口介绍（续）三、子窗口介绍（续）v绘图（graph）窗口绘图窗口相当于图形编辑器，用于图形的绘制和修改。每个绘图窗口都对应着一个可编辑的页面，可包含涂层、轴、注释以及数据标注等多个图形对象三、子窗口介绍（续）三、子窗口介绍（续）v矩阵窗口矩阵窗口用特定的行和列来表示与X和Y坐标对应的Z值，可用来绘制等高线图，3D图和表明图等。利用该窗口可以方便地进行矩阵运算，也可以利用矩阵窗口直接输出各种三维图表。四、四、基本操作 vOrigin的工作一般用一个项目Project来完成v项目(Project）包括：工作表窗口worksheet绘图窗口graph函数图窗口functiongraph矩阵窗口matrix版面设计窗口layoutpagev项目保存为.opj文件v操作：如何保存项目v操作：如何使用项目管理器四、四、基本操作 （续）（续）v项目中的各子窗口也可以单独保存，还可保存为模板。Worksheet.ogw(.otw)graph.ogg(.otg)functiongraph .ogg(.otg)matrix.ogm(.otm)layoutpage.ogg(.otp)操作：如何保存子窗口？四、四、基本操作（续）（续）v工作表基本操作Origin工作表的主要功能是组织绘图数据，在工作表中能方便的对数据进行操作、扩充和分析。工作表的基本操作包括在工作表中添加、插入、删除、一段行和列以及行、列转换等v操作：如何在工作表中添加列、插入列、删除列、移动列?四、四、基本操作（续）（续）v数据输入与删除可以直接在Origin工作表的单元格中进行数据添加、插入、删除、粘贴和移动外，还有下面的一些方法。（1）可以从文本等数据文件中导入数据（2）通过剪切板交换数据（3）在列中输入相应行号或随机数（4）用函数或数学计算式实现对列输入数据8.2 绘制二维图形绘制二维图形Origin的绘图功能非常灵活，功能十分强大，能绘制出数十种精美、满足绝大部分科技文章和论文的绘图要求的二维数据曲线图，它是Origin重要核心和特点之一。一、Graph窗口介绍二、简单二维图绘制二、Origin的坐标轴编辑功能三、Origin内置的二维图形类型一、一、Graph窗口介绍窗口介绍Graph窗口的组成：v1、页面：v2、图层v3、框架1、页面、页面vGraph窗口包含一个编辑页面。页面作为制图的背景，包括几个必要的组成部分：层、坐标轴和文本等。用户可以根据需要修改这些内容，但每个页面至少含有一个层，否则页面将不存在。2、图层、图层v每个图层至少包含三个要素：坐标轴，数据制图和与之相联系的文本或图标。v在Graph窗口中用户最多可以放置50个层，但图层标记上只能显示一位数字，比如把5，15，25等均显示为5。v用户可以直接在页面中移动或调节图层的大小。3、框架、框架v框架是个长方形的方框，将绘图区框在里面，对于二维图形就是坐标轴的位置，三维图形部分在坐标轴的外面。v对于Graph来说，框架式独立于坐标轴之外的元素，坐标轴可以设置为隐藏，但框架仍然存在，可以通过选择菜单命令：View|Show|Frame来显示/隐藏框架二、简单二维图绘制二、简单二维图绘制v1、二维绘图的数据来源v2、绘图工具条v3、绘制曲线图v4、图形观察及数据读取v5、在图形上添加误差棒和时间1、二维绘图的数据来源、二维绘图的数据来源v二维绘图的数据来源为Origin的工作表（worksheet），工作表中的数据可以直接从键盘输入，也可以从文件中导入。v列属性设置：工作表中的列的属性可以设置为X,Y,Z,L(标签)，XErr（X误差）,YErr（Y误差）或Disregarded（无关列）中的一种，列的属性决定了其数据绘图属性。vC:ProgramFilesOriginLabOrigin61Tutorial目录下的*.dat文件是Origin6.1自带的教程中用到的数据文件。v0 0v0.10.1v0.20.5v0.30.8v0.41v0.52v0.62.5v0.710v0.815v0.916v1 302、绘图工具条、绘图工具条v1、Graph工具条Graph工具条只有激活Graph或Layout窗口时才能使用。该工具条提供了缩放，重新标定坐标轴以显示所有数值，将各层在多个Graph窗口中显示，添加颜色、图例、坐标、时间等按钮。v2、2DGraphs工具条提供了2DGraphs普通制图模板，包括直线、散点、饼图和极坐标等v3、2DGraphsExtended工具条提供了更多的制图模板3、绘制曲线图、绘制曲线图v最快捷的绘图方法是选中做图的数列，然后单击工具栏上的绘图命令按钮。v如果没有选择数据进行绘图，则会弹出selectcolumnsforplotting对话框，在此对话框中可以设置数据列的属性，添加、删除做图数据列，可以用不同工作表中的数据进行绘图。v可以选用工作表中的部分数据进行绘图。4、图形观察及数据读取、图形观察及数据读取v有时图形中的数据点太密，曲线相隔太近，不容易分辨，或者对图形中的某一局部区域特别感兴趣，希望仔细观察，为解决这一问题，Origin提供了丰富的图形观察和数据读取工具，可以实现对图形的有效分析。4.1 Origin图形常用浏览工具图形常用浏览工具vEnlarge局部放大数据曲线vZoom缩放vDataSelector选择一段数据曲线，做出标志vDataReader读取数据曲线上选定点的XY坐标值vScreenReader读取绘图窗口内选定点的XY坐标值4.2 图形局部放大图形局部放大（1）单击“tools”工具栏的“Enlarge”按钮；（2）在想要放大的数据周围按下鼠标左键并拖动，选择数据区，画出一格举行框；（3）释放鼠标，完成放大操作（4）双击“Enlarge”按钮还原。4.3 数据曲线缩放（数据曲线缩放（Zoom）有时需要将局部放大前后的数据曲线在同一个绘图窗口中显示和分析，这时就要用到缩放工具。Zoom工具在“2DGraphsExtended”工具栏中。（1）在工作表窗口选中要缩放的曲线所对应的数列；（2）单击“Zoom”命令按钮，则Origin将打开一个有两个图层的绘图窗口，上层显示整条数据曲线，下层显示放大的曲线段。下层的放大图由上层全局图内的矩形选取框控制；（3）用鼠标移动矩形框，选择需放大区域，则下层显示出相应部分的放大图。4.4 数据选择（数据选择（Data Selector）Origin的数据选择工具的功能是选择一段数据曲线，以做出标记，突出显示效果。（1）单击“DataSelector”命令按钮，则标志出现在数据曲线的两端。（2）为了标出感兴趣的数据段，用鼠标移动相应的左右数据标志到合适的位置。（3）用回车键确定选择。（4）要隐藏选中范围以外的曲线部分，选择Data菜单中的SetDisplayRange命令（5）要取消选中部分曲线，选择Data菜单中的ResettoFullRange命令三、三、Origin的坐标轴编辑及定制的坐标轴编辑及定制v1.TickLabels选项卡v2.Scale选项卡v3.Title&Format选项卡v4.MinorTickLabels选项卡v5.CustomTickLabels选项卡v6.GridLines选项卡v7.Break选项卡1.Tick Labels选项卡选项卡vSelection：选择轴vShowMajorLabels：显示主要刻度vType：选择合适的标签类型vFormat：调整字体的格式vFont,Color,Bold,Point：字体、颜色、加粗、大小vDivideByvSetDecimalPlaces：小数点位数vPrefix/Suffix：标签的前缀/后缀vApply组：应用设置到其他对象2.Scale选项卡选项卡vSelection：vFrom，to：起始点，结尾点vType：选择刻度类型vRescale：选择坐标刻度规则vIncrement：坐标轴递增步长vMajorTicks：主刻度数目v#Minor：两个主刻度间次刻度数目vFirst：针对日期刻度3.Title & Format选项卡选项卡vShowAxis&Ticks：显示坐标轴及刻度vTitle：坐标轴标题vColor，Thickness，MajorTickLength：坐标轴的颜色，宽带和刻度的长度vMajor，Minor：主、次刻度的显示方式vAxis：控制坐标轴的位置4.Minor Tick Labels选项卡选项卡vShowMajorLabel：显示标签vMinorlabels：EnableMinorLabels：MinorLabelsonMajorTicksOffsetMajorbyvOtherOptions：PlusSigns：正数前显示“”MinusSigns：负数前显示“”5.Custom Tick Labels选项卡选项卡vRotation：坐标轴标签旋转一定的角度vTickto：对齐方式vLabelsStaywithAxis：vOffsetin%PointSizevSpecialTicks6.Grid Lines选项卡选项卡vMajorGrids：显示主格线，下拉列表可以选择线的颜色、类型和宽带vMinorGrids：显示次格线vAdditionalLines：选中Opposite复选框，则在选中轴的对面显示直线。7.Break选项卡选项卡vShowBreak：显示断点，激活其他选项vBreakRegionvBreakPositionvLog10ScaleAfterBreakvScaleIncrementvMinorTicks四、四、Origin内置的二维图形类型内置的二维图形类型v1、特殊线段/符号图v2、棒状和柱状图v3、浮动棒状和柱状图v4、堆叠棒状和柱状图v5、面积图v6、极坐标图、三角图、饼图和二维瀑布图v7、向量图v8、气泡图和彩色映射图1、特殊线段、特殊线段/符号图符号图v数据要求：要求工作表中至少要有一个Y列（或是其中的一部分）的值，如果没有设定与该列相关的X列，工作表会提供X的缺省值。v1.1两点线段图（2PointSegmentGraph）v1.2三点线段图（3PointSegmentGraph）v1.3水平阶梯图（HorizontalStepGraph）v1.4垂直阶梯图（VerticalStepGraph）v1.5样条曲线图（SplineGraph）v1.6垂线图（VerticalDropLineGraph）2、棒状和柱状图、棒状和柱状图v数据要求：与1要求相同v2.1棒状图（BarGraph）v2.2柱状图（ColumnGraph）3、浮动棒状和柱状图、浮动棒状和柱状图v数据要求：工作表中至少要有两列（或是其中的一部分）Y值，如果没有设定相关的X列，工作表会提供X的缺省值。v3.1浮动棒状图（FloatingBarGraph）v3.2浮动柱状图（FolatingColumnGraph)4、堆叠棒状和柱状图、堆叠棒状和柱状图v数据要求：与1要求相同v4.1堆叠棒状图（StackBarGraph）v4.2堆叠柱状图（StackColumnGraph）5、面积图、面积图v5.1面积图（AreaGraph）数据要求：与1要求相同v5.2填充面积图（FillAreaGraph）数据要求：与3要求相同6、极坐标图、三角图、饼图和二维瀑布图、极坐标图、三角图、饼图和二维瀑布图v6.1极坐标图（PolarGraph）数据要求：与1要求相同v6.2三角图（TernaryGraph）数据要求：在工作表中应有一个Y列和一个Z列，如没有与该列相关的X列，工作表会提供X的缺省值。v6.3饼图（PieCharts）数据要求：只能选择一列Y值（X列可以不选）v6.4二维瀑布图（WaterfallGraph）数据要求：表中至少要有一个Y列（或是其中的一部分）值，如果没有与该列相关的X列，工作表将提供X的缺省值。7、向量图（、向量图（Vector Graph）v7.1（X、Y、角度、长度）向量图数据要求：工作表中需要三列Y值（或是其中的一部分），如果没有设定相关的X列，工作表会提供X列的缺省值。v7.2（X、Y、X、Y）向量图数据要求：必须在工作表中选中两个X列和两个Y列。8、气泡（、气泡（Bubble）图和彩色映射图）图和彩色映射图v气泡图和彩色映射图可以说是三维的XY散点图。它将XY散点图的点改变为直径不同或颜色不同的圆球气泡，用圆球气泡的大小或颜色代表第3个变量值。v8.1彩色映射图数据要求：工作表中至少要有两列（或是其中的一部分）Y值。v8.2彩色气泡图数据要求：工作表中至少要有三列（或是其中的一部分）Y值。v8.3气泡图数据要求：与彩色映射图要求相同。第三章第三章多图层绘图多图层绘图一、图层的概念二、多图层图形模板三、创建多层图四、在新层中添加数据五、关联坐标轴一、图层的概念一、图层的概念v一个Origin图形窗口（graph）至少有一个图层（layer）；v在图形窗口中，对数据和对象的操作只能在当前图层中进行；二、多图层图形模板二、多图层图形模板2DGraphsExtended（view-toolbars）工具栏上有下列图形模板的相应命令：v1、双y轴模板（DoubleYAxis）v2、左右对开模板（Horizontal2Panel）v3、上下对开模板（Vertical2Panel）v4、四屏模板（4Panel）v5、九屏模板（9Panel）v6、叠层模板（Stack）三、创建多层图三、创建多层图选中Tools：Layer，显示图层工具栏，1、add选项卡：添加图层2、Arrange选项卡：排列图层或者在graph窗口外的灰色区域单击右键，会出现如下的快捷菜单：NewLayers（Axes）AddandArrangeLayers四、在新层中添加数据四、在新层中添加数据v双击绘图窗口左上角要添加数据的层的图标，在弹出的对话框中的“AvailableData”列表框中，选择要添加的数列即可，还可以点击plotassociations进行具体的设置。五、关联坐标轴五、关联坐标轴vOrigin能在图形窗口中建立各图层间的坐标轴关联，以方便图形的设置。v当建立了各图层间的坐标轴关联后，改变某一图层的坐标轴标度，其他图层的坐标轴也将根据改变自动更新。v设置方法：在plotdetails对话框中选择LinkAxesScale选项卡进行设置第四章第四章 三维绘图三维绘图v一、三维绘图的数据类型v二、Matrix简介v三、绘制三维图形v四、三维图形的旋转一、三维绘图的数据类型一、三维绘图的数据类型v1、XYYWorksheet数据v2、XYZWorksheet数据v3、Matrix数据三维表面图和等高图只能有Matrix数据绘制。二、二、Matrix简介简介v1、设置Matrix数据属性Matrix：SetPropertiesv2、设置Matrix的X、Y值Matrix：SetDimentionsv3、设置Matrix的Z值Matrix：SetValues三、绘制三维图形三、绘制三维图形v1、3DXYYGraphv2、3DXYZGraphv3、3D表面图v4、等高线图1、3D XYY Graph这类图利于显示数据之间的变换规律，尤其是几组数据之间的比较，且具有立体感，包括：v3D条形图（3DBarGraph）v3D带形图（3DRibbonGraph）v3D墙形图（3DWallGraph）v3D瀑布图（3DWaterfallGraph）2、3D XYZ Graph这类图形利于显示数据X，Y，Z之间的变化规律，包括：v3D散点图（3DScatterGraph）v3D投影图（3DTrajectoryGraph）3、3D 表面图表面图这类图是根据Matrix来制图的，如果说前两种图是表现空间曲线的话，那么这类图形是用来表现空间曲面的，包括：v3D条形表面图（3DBarSurface）v3D彩色填充表面图（3DColorSurfaceSurface）v3D彩色映射表面图（3DColorMapSurface）v3D线条表面图（3DWireSurface）v3D线框表面图（3DWireFrameSurface）v3DX恒定有基线表面图（3DXConstantwithBaseSurface）v3DY恒定有基线表面图（3DYConstantwithBaseSurface）4、等高线图、等高线图这类图形也是根据Matrix来制图的，利用二维图形表现三维效果，是Matrix的表面图，可以理解为从Z方向上来看3D彩色映射表面图，包括：v灰度映射等高线图GrayScaleMapContourv带有数字标签的黑白线条等高线图BlackandWhiteLineswithLabelsContourv彩色填充等高线图ColorFillContour四、三维图形的旋转四、三维图形的旋转v生成了3D图形后，Origin会自动打开3D旋转工具条，使用此工具条可以控制透视和底面登高现图。