本发明属于计算机图像分析处理，更具体地，涉及一种基于matlab appdesigner的uhpc截面钢纤维分布取向分析方法及系统。
背景技术：
1、超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete，简称uhpc)是一种新型的高性能建筑材料，它具有非常高的强度、抗压性、抗裂性和耐久性等特点。随着科技的进步和工程建设的日益复杂化，传统的混凝土已经难以满足一些特殊工程的需要。因此，uhpc作为一种新型的混凝土应运而生。通过先进的制备技术，使得混凝土内部的微观结构得到优化，从而实现了超高的强度和优异的耐久性。这种混凝土材料在抗压、抗拉、抗剪等方面的性能均远超传统混凝土，使其成为高层建筑、大跨度结构、海洋工程等领域的理想选择。
2、uhpc内部钢纤维的分布取向对其性能有着重要影响，首先，钢纤维的分布取向可以有效地防止混凝土在受力时产生裂缝，并抑制裂缝的扩展。当钢纤维的分布均匀且取向合理时，可以形成三维的裂缝阻止网，显著提高混凝土的抗裂性能。其次，当钢纤维的分布取向合理时，可以有效地增加混凝土的拉伸强度和韧性，提高混凝土的整体性能，此外还可以有效地吸收和分散冲击能量，提高混凝土的抗冲击性能。
3、目前，针对uhpc截面钢纤维分布取向的分析方法主要分为无损分析和有损分析，有损分析最具代表性的是ct扫描技术，但其成本较高无法大量普及。有损分析最具代表性的是计算机图像分析处理技术，因为其低成本、高精度的优点被很多科研工作者采用。但目前研究人员大多通过matlab编程、python编程等技术实现图像分析处理，处理过程繁琐而且至今还没有统一的标准化分析流程。因此，需要一款操作简便，处理快捷，针对性强的uhpc截面钢纤维分布取向分析系统及方法。
技术实现思路
1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种uhpc截面钢纤维分布取向分析方法及系统，提供了从uhpc试件截面的原始rgb照片到钢纤维分布取向数据直观化作图等一系列标准化分析流程，将各个分析模块集成于一个app界面，并将生成的app模块编译成独立于matlab软件的exe文件，通过直接运行exe文件来实现图像的分析。
2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于matlab app designer的uhpc截面钢纤维分布取向分析系统，包括：
3、rgb图像二值化及降噪处理模块，用于通过选择第一阈值查找钢纤维目标区域，然后对uhpc试件截面的原始rgb照片进行二值化处理，再通过计算每个独立连通区域的面积确定第二阈值对原始rgb照片进行降噪处理；
4、钢纤维截面椭圆拟合模块，用于基于降噪处理之后的二值化照片，提取二值化照片中所有连通区域边界并进行椭圆拟合处理；
5、拟合误差分析与筛选模块，用于确定第三阈值，将椭圆拟合处理后，误差超过第三阈值的钢纤维区域筛选出来；
6、二次拟合优化模块，用于将筛选出来的误差超过第三阈值的钢纤维区域筛选进行重新二值化及椭圆拟合；
7、钢纤维分布取向系数计算模块，用于基于二值化图像和椭圆拟合数据，计算每个钢纤维截面图像的分布取向数据；
8、钢纤维分布取向数据作图模块，用于基于钢纤维分布取向数据，将纤维分布取向状态进行直观化作图处理。
9、在一些可选的实施方案中，所述rgb图像二值化及降噪处理模块包括：图像二值化控制面板、处理过程显示面板、独立区域面积显示面板、独立区域rgb图像显示面板及独立区域二值化图像显示面板；
10、所述图像二值化控制面板，用于选择第一阈值并实时查看纤维分布图像，在rgb原始照片中钢纤维区域被红色区域覆盖，确定第一阈值后对rgb原始照片进行二值化处理，再根据所有独立连通区域的面积和图像对比确定第二阈值进行降噪处理；
11、所述独立区域面积显示面板，用于计算未进行降噪处理地二值化照片的所有连通区域的面积，按照面积由小到大的顺序进行排列；
12、所述处理过程显示面板，用于实时显示从原始rgb照片到降噪处理之后的二值化照片所有阶段的照片；
13、所述独立区域rgb图像显示面板和所述独立区域二值化图像显示面板，均用于实时查看指定序号的连通区域照片，以此来确定除噪阈值。
14、在一些可选的实施方案中，所述钢纤维截面椭圆拟合模块，包括：二值化图像显示面板和椭圆拟合结果显示面板；
15、所述二值化图像显示面板，用于显示除噪之后的二值化照片；
16、所述椭圆拟合结果显示面板，用于在原始rgb照片上添加了椭圆拟合曲线，用红色线条标注，以对比查看椭圆曲线的拟合效果。
17、在一些可选的实施方案中，所述拟合误差分析与筛选模块，包括：椭圆拟合误差数据显示面板和拟合误差较大区域显示面板；
18、所述椭圆拟合误差数据显示面板，用于分别计算原始连通区域和拟合椭圆曲线的面积、周长、长轴、短轴以及各参数之间的误差值；
19、所述拟合误差较大区域显示面板，用于将误差大于第三阈值的所有区域的原始rgb图片和二值化图片显示出来。
20、在一些可选的实施方案中，所述二次拟合优化模块，包括：选择控制面板、智能检测椭圆面板、形态学开运算面板、形态学闭运算面板及二次拟合结果显示面板；
21、所述选择控制面板，用于将所有拟合误差大于第三阈值的区域按照顺序重新拟合，单独对此区域的图像重新进行二值化；
22、所述智能检测椭圆面板，用于通过智能检测椭圆算法，设置角度和灵敏度两个参数，根据调节参数智能查找目标区域的椭圆；
23、所述形态学开运算面板，用于通过matlab图像处理模块中的开运算内置函数，根据调节结构元素半径和n值对二值化图像进行处理，然后重新拟合椭圆；
24、所述形态学闭运算面板，用于通过matlab图像处理模块中的闭运算内置函数，根据调节结构元素半径和n值对二值化图像进行处理，然后重新拟合椭圆；
25、所述二次拟合结果显示面板，用于将重新拟合后椭圆曲线显示出来。
26、在一些可选的实施方案中，所述钢纤维分布取向系数计算模块，包括：钢纤维分布取向系数显示面板和钢纤维分布取向数据显示面板；
27、所述纤维分布取向数据显示面板，用于显示出每个钢纤维截面图像的xy坐标、面积、长轴、短轴及取向角；
28、所述纤维分布取向系数显示面板，用于显示出纤维总数、分散系数及取向系数。
29、在一些可选的实施方案中，所述钢纤维分布取向数据作图模块包括：纤维倾斜角频率分布直方图显示面板、纤维与切割面顶部距离频率分布直方图、纤维密度分布热图及纤维取向系数分布热图；
30、所述纤维倾斜角频率分布直方图显示面板，用于画出纤维倾斜角度频率分布直方图；
31、所述纤维与切割面顶部距离频率分布直方图，用于画出纤维与切割面顶部距离频率分布直方图；
32、所述纤维密度分布热图，用于整画出纤维分布热图；
33、所述纤维取向系数分布热图，用于画出纤维取向系数分布热图。
34、按照本发明的另一方面，提供了一种基于matlab app designer的uhpc截面钢纤维分布取向分析方法，包括：
35、通过选择第一阈值查找钢纤维目标区域，然后对uhpc试件截面的原始rgb照片进行二值化处理，再通过计算每个独立连通区域的面积确定第二阈值对原始rgb照片进行降噪处理；
36、基于降噪处理之后的二值化照片，提取二值化照片中所有连通区域边界并进行椭圆拟合处理；
37、确定第三阈值，将椭圆拟合处理后，误差超过第三阈值的钢纤维区域筛选出来，以进行重新二值化及椭圆拟合；
38、基于二值化图像和椭圆拟合数据，计算每个钢纤维截面图像的分布取向数据；
39、基于钢纤维分布取向数据，将纤维分布取向状态进行直观化作图处理。
40、在一些可选的实施方案中，所述通过选择第一阈值查找钢纤维目标区域，然后对uhpc试件截面的原始rgb照片进行二值化处理，再通过计算每个独立连通区域的面积确定第二阈值对原始rgb照片进行降噪处理，包括：
41、选择第一阈值并实时查看纤维分布图像，在原始rgb照片中钢纤维区域被红色区域覆盖，确定第一阈值后对原始rgb照片进行二值化处理，再根据所有独立连通区域的面积和图像对比确定第二阈值进行降噪处理；
42、计算未进行降噪处理的二值化照片的所有连通区域的面积，按照面积由小到大的顺序进行排列；
43、实时显示从原始rgb照片到降噪处理之后的二值化图像所有阶段的照片。
44、在一些可选的实施方案中，所述基于降噪处理之后的二值化照片，提取二值化照片中所有连通区域边界并进行椭圆拟合处理，包括：
45、降噪处理之后的二值化照片，基于降噪处理之后的二值化照片，在原始rgb照片上添加椭圆拟合曲线，用红色线条标注，以对比查看椭圆曲线的拟合效果。
46、在一些可选的实施方案中，所述确定第三阈值，将椭圆拟合处理后，误差超过第三阈值的钢纤维区域筛选出来，包括：
47、计算原始连通区域和拟合椭圆曲线的面积、周长、长轴、短轴以及各参数之间的误差值；
48、将误差大于第三阈值的所有区域的原始rgb照片和二值化照片显示出来。
49、在一些可选的实施方案中，所述以进行重新二值化及椭圆拟合，包括：
50、将所有拟合误差大于第三阈值的区域按照顺序重新拟合，单独对此区域的图像重新进行二值化；
51、通过智能检测椭圆算法，设置角度和灵敏度两个参数，根据调节参数智能查找目标区域的椭圆；
52、通过matlab图像处理模块中的开运算内置函数，根据调节结构元素半径和n值对二值化图像进行处理，然后重新拟合椭圆；
53、通过matlab图像处理模块中的闭运算内置函数，根据调节结构元素半径和n值对二值化图像进行处理，然后重新拟合椭圆；
54、将重新拟合后椭圆曲线显示出来。
55、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
56、本发明以matlab语言、matlab app designer为工具，通过对程序的集成，将复杂的程序集成人机友好界面，通过一键操作等简单步骤即可直观、简单地获取钢纤维分布取向分析所需参数等数据。本发明使用matlab开发，可脱离matlab软件在电脑中独立运行，故而对matlab编程不熟悉的使用者也能方便使用。
1.一种基于matlab app designer的uhpc截面钢纤维分布取向分析系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述rgb图像二值化及降噪处理模块包括：图像二值化控制面板、处理过程显示面板、独立区域面积显示面板、独立区域rgb图像显示面板及独立区域二值化图像显示面板；
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述钢纤维截面椭圆拟合模块，包括：二值化图像显示面板和椭圆拟合结果显示面板；
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述拟合误差分析与筛选模块，包括：椭圆拟合误差数据显示面板和拟合误差较大区域显示面板；
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述二次拟合优化模块，包括：选择控制面板、智能检测椭圆面板、形态学开运算面板、形态学闭运算面板及二次拟合结果显示面板；
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述钢纤维分布取向系数计算模块，包括：钢纤维分布取向系数显示面板和钢纤维分布取向数据显示面板；
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述钢纤维分布取向数据作图模块，包括：纤维倾斜角频率分布直方图显示面板、纤维与切割面顶部距离频率分布直方图、纤维密度分布热图及纤维取向系数分布热图；
8.一种基于matlab app designer的uhpc截面钢纤维分布取向分析方法，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述通过选择第一阈值查找钢纤维目标区域，然后对uhpc试件截面的原始rgb照片进行二值化处理，再通过计算每个独立连通区域的面积确定第二阈值对原始rgb照片进行降噪处理，包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基于降噪处理之后的二值化照片，提取二值化照片中所有连通区域边界并进行椭圆拟合处理，包括：
