MATLAB编程统计晶粒长径比的方法

       最近看到一些微结构模拟文献中统计了晶粒的长径比，用于比较柱状晶和等轴晶的占比，进而去比较一些其他性能。因此，晶粒长径比是一个比较重要的统计量，本人正好有了一些增材制造微结构的仿真结果，遂产生了这个想法，通过一些“手段”对模拟结果后处理，得到晶粒的长径比信息。

      先调研了一些文献中提到的用于统计长径比的软件，主要有Matlab toolbox MTEX、ImageJ software，但摸索了两天都没学明白。后面又看到一款比较新的软件MIPAR，功能很强大，可是不免费且网上没有盗版资源。最终，还是决定硬着头皮自己写吧，至于用哪种语言就看网上哪个方法的教程多，好走得通。

      那么自己写代码的话，就得理清逻辑，根据自己的目标和已有基础，制定一个可行的方案。如图1所示，这是我的一个基本研究思路和任务分解，以及每个子任务涉及的主要学术词汇（关键词），方便我去检索相关知识，最后把这些模块拼接起来，实现整体运行。

   图1 任务分解
 

任务一：图像分割

    直接处理图像得到相应点信息，不如直接处理数据处理模拟结果的数据文件并提取其中的坐标、对应的晶粒取向场序参量信息，这样数据更精准、更多样，可操作性也越强。将得到的数据赋予矩阵GR，每个矩阵元素取该点处值最大的序参量值（1,2，...)，如果最大值小于0.1（0.1是给定阈值，可根据需要改）的序参量则认为是气体并取0。接着把矩阵GR的相同值分离到i个矩阵中，矩阵GRi只有0和1 两种值，1为GR元素为i所对应位置。最后通过matlab的bwlabel函数别每个GRi连通域，从而识别每个晶粒。

图2 图像分割

任务二、三：图像边缘提取和椭圆拟合

      方法一：根据上一步的图像分割，每个晶粒可看作由一系列点组成，采用matlab函数boundary识别这组点的边界，根据边界信息拟合椭圆。图中拟合椭圆的函数fitellipse是自定义函数，可在网上搜到类似的代码，我用的这个函数来自链接https://blog.csdn.net/xsz591541060/article/details/114087085 。试验之后发现这个函数有一点缺点，对近似矩形的图案拟合效果较差，但整体来说还是可行的。

      图3 图像边缘提取和椭圆拟合方法一

      方法二：继续在网上查找，发现了一个用来度量图像区域属性的matlab函数regionprops，技能识别图案轮廓，又能拟合出与区域具有相同标准二阶中心矩的椭圆，可谓一举两得。测试过后，效果十分好，计算效率也高。

图4 图像边缘提取和椭圆拟合方法二

任务四：参数统计、画图

      根据之前拟合结果，可以把长轴、短轴长度记录下来，两者相除得到长径比。顺便可以统计每个晶粒的面积，计算晶粒所含像素总合即可。下图给出了统计得到的相关参数图像。

   图5 统计信息绘图
 

   以上就是用Matlab代码统计晶粒长径比的研究思路及过程，感谢大家的阅读。

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