專利名稱：基于工業(yè)ct機(jī)的瀝青混合料數(shù)字成像精度測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種料數(shù)字成像精度評價(jià)方法，具體涉及基于工業(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法。
背景技術(shù)：
2012年我國高速公路新增通車?yán)锍蘄. I萬公里，截止2012年底，我國高速公路通車總里程預(yù)計(jì)達(dá)到9. 6萬公里，居世界第二，且浙青路面是我國高速公路主要路面型式。浙青路面具有表面無接縫、表面平整、行車舒適，與輪胎附著力好、減振性良好、且噪聲小、養(yǎng)護(hù)維修簡單等諸多優(yōu)點(diǎn)。然而如果材料組成、施工工藝不當(dāng)，以及受各種因素的作用，浙青路面面層就會出現(xiàn)高溫軟化、低溫開裂、耐久性差等不良現(xiàn)象，從而導(dǎo)致路面使用期限縮短或維修費(fèi)用提高。長期以來，國內(nèi)外研究人員在此領(lǐng)域進(jìn)行了積極探索，從改善材料的角度，先后使用了大量的改性方法、不斷調(diào)整級配、修正各種體積指標(biāo)以及加強(qiáng)施工質(zhì)量控制等方法來試圖改善路用性能，減少車轍病害，延長路面的使用壽命。但由于問題的復(fù)雜性，目前還沒有從根本上扭轉(zhuǎn)我國浙青路面車轍破壞的趨勢。近年來，研究人員逐漸意識到浙青混合料的微觀結(jié)構(gòu)對其宏觀力學(xué)特性影響的重要性，越來越多的學(xué)者開始致力于研究浙青混合料內(nèi)部微細(xì)觀結(jié)構(gòu)與外部宏觀力學(xué)特性之間的關(guān)系。浙青混合料的路用性能不僅受到空隙率、礦料間隙率以及粗集料骨架間隙率等體積指標(biāo)的影響，且與組成材料的形態(tài)、性能有密切關(guān)系。傳統(tǒng)的體積設(shè)計(jì)方法和參數(shù)不能全面的反映混合料的所有特性，關(guān)于浙青路面的微細(xì)觀結(jié)構(gòu)的研究，逐漸成為解決浙青路面復(fù)雜行為問題的切入點(diǎn)和著力點(diǎn)。(I)工業(yè)X-ray CT技術(shù)技術(shù)革新美國ASCE (American Society of Civil Engineering)刊物 “Journal ofcomputing in civil engineering” 1999年出版了題為“土木工程中的圖像處理技術(shù)”(Imaging Techniques in Civil Engineering)?？?，在科研領(lǐng)域引起了強(qiáng)烈反響，該國際權(quán)威期刊于2004年I月再次出版了題為“基于圖像處理技術(shù)的土木工程材料分析與建?！?Advances in the Characterization and Modeling of Civil Engineering MaterialsUsing Imaging Techniques)的專刊，詳細(xì)介紹了數(shù)字圖像處理技術(shù)在美國土木工程材料研究領(lǐng)域的最新進(jìn)展，這標(biāo)志著數(shù)字圖像處理技術(shù)在土木工程研究領(lǐng)域的逐漸成熟與完善。三維數(shù)字圖像處理是以核磁共振和X射線斷層掃描裝置(X-ray Computed Tomography,簡稱X-ray CT)為技術(shù)手段，通過獲取試件內(nèi)部連續(xù)斷層圖像來反映浙青混合料真實(shí)的三維空間結(jié)構(gòu)信息，其中基于X-ray CT技術(shù)獲取的數(shù)字圖像更加真實(shí)，更加準(zhǔn)確，圖像重構(gòu)的精度極高，顯現(xiàn)出極強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。X-ray CT是射線技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，利用X射線輻射成像。當(dāng)X射線穿透物質(zhì)時，其輻射強(qiáng)度呈指數(shù)型衰減并且衰減率僅與物質(zhì)密度相關(guān)，因此，可以建立物質(zhì)密度和射線吸收率(CT數(shù))的換算關(guān)系并可轉(zhuǎn)化為對應(yīng)像素灰度值，從而得到物體的三維信息，并可通過三維可視化技術(shù)得到物體的三維重構(gòu)圖像，相對于醫(yī)用CT而言，工業(yè)CT具備更強(qiáng)的輻射能力，同時具備定量、無損及實(shí)時檢測等特殊優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)部門的測試與研究。(2)浙青混合料微細(xì)觀結(jié)構(gòu)分析1998年，美國聯(lián)邦公路局與特納公路研究中心(TFHRC)聯(lián)合開展了 SIMAP研究計(jì) 劃，準(zhǔn)備運(yùn)用數(shù)字圖像、X-ray CT、光彈鏡像技術(shù)對浙青混合料內(nèi)部的集料取向、離析、接觸狀況、空隙分布、膠漿分布等進(jìn)行識別，并對浙青混合料的內(nèi)部組成狀況進(jìn)行三維重建，對其宏觀力學(xué)與強(qiáng)度機(jī)理進(jìn)行數(shù)值模擬。我國華南理工大學(xué)張肖寧教授對基于X-ray CT的浙青混合料計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，對應(yīng)用X-ray CT技術(shù)的浙青混合料性能的虛擬試驗(yàn)研究和進(jìn)一步研究需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題展開了討論，在闡述技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的同時指出了目前研究的不足，并給出了一個建議的數(shù)值設(shè)計(jì)浙青混合料的技術(shù)路線圖。該路線圖包含試件體積分析、虛擬試件制作和虛擬力學(xué)試驗(yàn)三大研究目標(biāo)，并對每個目標(biāo)的具體研究內(nèi)容做了明確概括。綜上所述，經(jīng)過X-ray CT機(jī)掃描重構(gòu)后的浙青混合料數(shù)字圖像可以獲取混合料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，包括集料取向及分布特征、離析、壓實(shí)度、接觸狀況、空隙大小及分布特征等，因此，此項(xiàng)技術(shù)成為目前研究浙青混合料微細(xì)觀結(jié)構(gòu)重要研究手段。雖然利用X-rayCT機(jī)獲取浙青混合料內(nèi)部信息的應(yīng)用研究已廣泛開展，但對所獲取結(jié)構(gòu)信息精度的評價(jià)方法卻鮮有研究；且由于各種CT機(jī)的品牌、型號不同；同一機(jī)器進(jìn)行掃描時參數(shù)設(shè)置不同、采集數(shù)據(jù)所使用的軟件不同以及使用熟練水平以及X-ray射線燈絲的老化等種種原因，會導(dǎo)致掃描精度的降低或者產(chǎn)生差異，而在浙青混合料試件掃描后的空隙體積等指標(biāo)提取過程中，又會與實(shí)際的浙青混合料的空隙體積有所差別?，F(xiàn)有的X-ray CT技術(shù)存在無法準(zhǔn)確、可靠獲取浙青混合料數(shù)字成像精度的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的x-ray CT技術(shù)存在無法準(zhǔn)確、可靠獲取浙青混合料數(shù)字成像精度的問題，從而提出了基于工業(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法?；诠I(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法為步驟一、啟動工業(yè)CT機(jī)，對工業(yè)CT機(jī)進(jìn)行暖機(jī)處理；步驟二、在工業(yè)CT機(jī)的發(fā)射X射線出口處覆蓋厚度為O. 2mm的金屬片；步驟三、將待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件放到工業(yè)CT機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺中心，將工業(yè)CT機(jī)的射線開關(guān)打開，發(fā)射X射線；步驟四、將工業(yè)CT機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺做360度旋轉(zhuǎn)，保持X射線為發(fā)射狀態(tài)，從工業(yè)CT機(jī)控制軟件datos |x acquisition操作界面中觀察旋轉(zhuǎn)過程中待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件輪廓是否超出了該界面的窗口范圍，判斷為是，則掃描過程有相關(guān)投影數(shù)據(jù)超出探測器接收范圍使重建失敗，執(zhí)行步驟五；判斷為否，執(zhí)行步驟六；步驟五、通過工業(yè)CT機(jī)操縱操作臺上方向坐標(biāo)控制桿，調(diào)整待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件沿著X射線方向的前后坐標(biāo)位置，執(zhí)行步驟四；步驟六、工業(yè)CT機(jī)進(jìn)入對待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件掃描狀態(tài)，執(zhí)行步驟七；步驟七、掃描結(jié)束后停止發(fā)射X射線，，通過工業(yè)CT機(jī)配帶的軟件datos|Xreconstruction對標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行圖像的重構(gòu)，獲取重構(gòu)后的標(biāo)準(zhǔn)試件,通過軟件VGStudio
5MAX 2. 2對重構(gòu)后圖像進(jìn)行體積參數(shù)的提取，通過比較掃描成像下的體積參數(shù)與真實(shí)體積參數(shù)的差異，獲取數(shù)字成像精度。本發(fā)明通過所述的待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件與軟件相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)了工業(yè)CT機(jī)可以準(zhǔn)確、可靠獲取浙青混合料數(shù)字成像精度的目的。


圖I為本發(fā)明所述的基于工業(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法的方法流程圖；圖2為待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件的正視圖；圖3為待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件的俯視圖；圖4為旋轉(zhuǎn)臺未放置墊板的待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件擺放示意圖，圖中I表示工業(yè)CT機(jī)的探測路，2表示錐形束,3表示待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件,4表示旋轉(zhuǎn)臺，5表示焦點(diǎn)；圖5為旋轉(zhuǎn)臺放置墊板的待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件擺放示意圖，圖中6表示塑料或者泡沫墊板。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖I具體說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于工業(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法為步驟一、啟動工業(yè)CT機(jī)，對工業(yè)CT機(jī)進(jìn)行暖機(jī)處理；步驟二、在工業(yè)CT機(jī)的發(fā)射X射線出口處覆蓋厚度為O. 2mm的金屬片；步驟三、將待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件放到工業(yè)CT機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺中心，將工業(yè)CT機(jī)的射線開關(guān)打開，發(fā)射X射線；步驟四、將工業(yè)CT機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺做360度旋轉(zhuǎn)，保持X射線為發(fā)射狀態(tài)，從工業(yè)CT機(jī)控制軟件datos |x acquisition操作界面中觀察旋轉(zhuǎn)過程中待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件輪廓是否超出了該界面的窗口范圍，判斷為是，則掃描過程有相關(guān)投影數(shù)據(jù)超出探測器接收范圍使重建失敗，執(zhí)行步驟五；判斷為否，執(zhí)行步驟六；步驟五、通過工業(yè)CT機(jī)操縱操作臺上方向坐標(biāo)控制桿，調(diào)整待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件沿著X射線方向的前后坐標(biāo)位置，且與射線垂直方向的坐標(biāo)不能改變，調(diào)整焦點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)臺和探測器，以獲得最佳的成像效果。執(zhí)行步驟四；步驟六、工業(yè)CT機(jī)進(jìn)入對待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件掃描狀態(tài)，執(zhí)行步驟七；步驟七、掃描結(jié)束后停止發(fā)射X射線，，通過工業(yè)CT機(jī)配帶的軟件datos|Xreconstruction對標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行圖像的重構(gòu)，獲取重構(gòu)后的標(biāo)準(zhǔn)試件,通過軟件VGStudioMAX 2. 2對重構(gòu)后圖像進(jìn)行體積參數(shù)的提取，通過比較掃描成像下的體積參數(shù)與真實(shí)體積參數(shù)的差異，獲取數(shù)字成像精度。本實(shí)施方式所述的在發(fā)射X射線出口位置加金屬片是為了以減少低能射線部分所占比例，防止產(chǎn)生“射束硬化”經(jīng)過反復(fù)調(diào)試比較，通過金屬片進(jìn)行濾波，該金屬片厚度約
為0. 2臟。
具體實(shí)施方式
二、本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一所述的基于工業(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法的區(qū)別在于，步驟一所述的對工業(yè)CT機(jī)進(jìn)行暖機(jī)處理的具體過程為在工業(yè)CT機(jī)控制軟件datos I X acquisition操作界面中調(diào)整該CT機(jī)的的掃描參數(shù)使掃描電壓為180KV、掃描電流為80 μ A、分辨率為110 μ m、旋轉(zhuǎn)面的個數(shù)為1500、曝光時間為IOOOms和敏感度系數(shù)為2，掃描過程中每一個角度掃描三張圖片做平均處理，并且每掃描三張中間跳過一張。系數(shù)越高采集的圖像越清楚，旋轉(zhuǎn)面的個數(shù)越多掃描圖像重構(gòu)后越精確。本實(shí)施方式通過采用標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)裝置的制備，利用哈爾濱工業(yè)大學(xué)交通科學(xué)與工程學(xué)院所購置的德國菲尼克斯公司(Phoenix I X-ray)生產(chǎn)的Phoenix v | tome | x S 240型工業(yè)CT機(jī)進(jìn)行掃描成像,利用機(jī)器附帶軟件datos I X reconstruction對掃描圖像進(jìn)行重構(gòu)，得到標(biāo)準(zhǔn)裝置下的的數(shù)字圖像。Phoenix v | tome | x S 240型CT機(jī)的主要參數(shù)如下表一,表一表不CT機(jī)主要參數(shù)，表一
權(quán)利要求
1.基于工業(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法，其特征在于它包括下述步驟步驟一、啟動工業(yè)CT機(jī)，對工業(yè)CT機(jī)進(jìn)行暖機(jī)處理；步驟二、在工業(yè)CT機(jī)的發(fā)射X射線出口處覆蓋厚度為O. 2mm的金屬片；步驟三、將待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件放到工業(yè)CT機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺中心，將工業(yè)CT機(jī)的射線開關(guān)打開，發(fā)射X射線；步驟四、將工業(yè)CT機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺做360度旋轉(zhuǎn)，保持X射線為發(fā)射狀態(tài)，從工業(yè)CT機(jī)控制軟件datos |x acquisition操作界面中觀察旋轉(zhuǎn)過程中待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件輪廓是否超出了該界面的窗口范圍，判斷為是，則掃描過程有相關(guān)投影數(shù)據(jù)超出探測器接收范圍使重建失敗，執(zhí)行步驟五；判斷為否，執(zhí)行步驟六；步驟五、通過工業(yè)CT機(jī)操縱操作臺上方向坐標(biāo)控制桿，調(diào)整待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件沿著X射線方向的前后坐標(biāo)位置，執(zhí)行步驟四；步驟六、工業(yè)CT機(jī)進(jìn)入對待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件掃描狀態(tài)，執(zhí)行步驟七；步驟七、掃描結(jié)束后停止發(fā)射X射線，，通過工業(yè)CT機(jī)配帶的軟件datos I Xreconstruction對標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行圖像的重構(gòu),獲取重構(gòu)后的標(biāo)準(zhǔn)試件,通過軟件VGStudioMAX 2. 2對重構(gòu)后圖像進(jìn)行體積參數(shù)的提取，通過比較掃描成像下的體積參數(shù)與真實(shí)體積參數(shù)的差異，獲取數(shù)字成像精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于工業(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法，其特征在于步驟一所述的對工業(yè)CT機(jī)進(jìn)行暖機(jī)處理的具體過程為在工業(yè)CT機(jī)控制軟件datos I X acquisition操作界面中調(diào)整該CT機(jī)的的掃描參數(shù)使掃描電壓為180KV、掃描電流為80 μ A、分辨率為110 μ m、旋轉(zhuǎn)面的個數(shù)為1500、曝光時間為1000ms和敏感度系數(shù)為2，掃描過程中每一個角度掃描三張圖片做平均處理，并且每掃描三張中間跳過一張。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于工業(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法，其特征在于步驟二所述的金屬片為一片金屬錫片或者是由兩片銅片疊加構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于工業(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法，其特征在于步驟三所述的待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件由圓柱形桶、集料、環(huán)氧樹脂和固化劑組成，所述的集料密度為2. 4g/cm3至2. 8g/cm3之間,環(huán)氧樹脂密度為0. 8g/cm3至I. 2g/cm3之間,所述的集料表面涂抹有環(huán)氧樹脂和固化劑的混合層，將集料裝滿于圓柱形桶內(nèi)部，且集料與集料之間為嵌擠結(jié)構(gòu)，環(huán)氧樹脂與固化劑混合物用于固定粘接集料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于工業(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法，其特征在于所述的圓柱形桶的材質(zhì)為PVC材質(zhì)，所述的集料的外形為六面體。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的基于工業(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法，其特征在于在步驟三中待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件的正下方與工業(yè)CT機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺之間，設(shè)置有墊板，該墊板是由塑料或者泡沫輕質(zhì)材料加工成的8cm-10cm的墊板。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于工業(yè)CT機(jī)的浙青混合料數(shù)字成像精度測試方法，其特征在于步驟七中獲取數(shù)字成像精度的具體過程為通過工業(yè)CT機(jī)配帶的軟件datos Ixreconstruction對標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行圖像的重構(gòu)，得到重構(gòu)后的標(biāo)準(zhǔn)試件圖像；利用軟件VGStudio MAX 2. 2對重構(gòu)后的標(biāo)準(zhǔn)試件圖像進(jìn)行體積參數(shù)的提取，所述的體積參數(shù)為空隙體積通過軟件Excel對不同位置的空隙體積進(jìn)行累加，算得空隙體積；然后向圓柱形空桶內(nèi)注滿水，依據(jù)阿基米德排水法原理，可以得到標(biāo)準(zhǔn)試件內(nèi)部的真實(shí)空隙體積，并與軟件Excel算得空隙體積相比較，依據(jù)阿基米德排水法測出的體積為真實(shí)體積，通過比較掃描成像下的空隙體積與真實(shí)體積的差異，獲取數(shù)字成像精度。
全文摘要
基于工業(yè)CT機(jī)的瀝青混合料數(shù)字成像精度測試方法，涉及土木工程領(lǐng)域。它為了解決現(xiàn)有的X-ray CT技術(shù)存在無法準(zhǔn)確、可靠獲取瀝青混合料數(shù)字成像精度的問題。該方法為啟動工業(yè)CT機(jī)，對CT機(jī)進(jìn)行暖機(jī)處理；在發(fā)射X射線出口處覆蓋金屬片；將待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件放到旋轉(zhuǎn)臺中心，發(fā)射X射線；將旋轉(zhuǎn)臺做360度旋轉(zhuǎn)，從控制軟件操作界面中觀察旋轉(zhuǎn)過程中待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件輪廓是否超出了該界面窗口范圍，若超出范圍，調(diào)整待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件沿著X射線方向前后坐標(biāo)位置；反之，進(jìn)入對待掃描標(biāo)準(zhǔn)試件掃描狀態(tài)；掃描結(jié)束后停止發(fā)射X射線，通過CT機(jī)軟件對標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行圖像重構(gòu)，比較掃描成像下體積參數(shù)與真實(shí)體積參數(shù)差異，獲取數(shù)字成像精度。
文檔編號G01N23/04GK102944566SQ20121047859
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者譚憶秋, 任俊達(dá), 邢超, 姚形傲, 邊鑫, 龔湘兵, 張紅, 許振宇, 王海朋, 張磊 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)