一種瀝青混合料的空隙特征及其提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及±木工程材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種漸青混合料的空隙特征及其提 取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 漸青混合料的空隙特征在一定程度上影響著路面病害的發(fā)生，也造成了不同混合 料之間的性能差異，主要體現(xiàn)在影響混合料的馬歇爾穩(wěn)定度、回彈模量、劈裂強(qiáng)度、抗水損 害、永久變形等。目前相關(guān)研究?jī)H僅從空隙率大小的角度進(jìn)行分析，還不夠深入，具有相同 空隙率的漸青混合料的空隙分布、空隙結(jié)構(gòu)、空隙尺寸、空隙數(shù)量等空隙特征均可能不同， 從而造成再生混合料的性能差異。因此，準(zhǔn)確地確定漸青混合料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，尤其是空隙特 征，對(duì)于研究其宏觀性能十分必要。
[0003] 對(duì)于漸青混合料的空隙特征而言，一方面其應(yīng)該能夠充分清楚地表征細(xì)觀結(jié)構(gòu)的 特點(diǎn)，即具有足夠的區(qū)分度;另一方面，考慮到后續(xù)計(jì)算機(jī)建模、仿真等實(shí)際應(yīng)用的需要，其 表達(dá)形式應(yīng)簡(jiǎn)單，W便減小后續(xù)研究的計(jì)算復(fù)雜度。顯然，簡(jiǎn)單地W傳統(tǒng)的空隙率作為漸青 混合料的空隙特征，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足研究要求。
[0004] 20世紀(jì)90年代至今，工業(yè)CT技術(shù)越來(lái)越多地被應(yīng)用在±木工程材料研究領(lǐng)域。工 業(yè)CT作為一種無(wú)損檢測(cè)手段，已經(jīng)成為識(shí)別漸青混合料Ξ維細(xì)觀結(jié)構(gòu)的有效方法。結(jié)合數(shù) 字圖像處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)字試件模擬，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)漸青混合料的內(nèi)部空隙分布、集料 接觸與離析、壓實(shí)過(guò)程中細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化、室內(nèi)試驗(yàn)中試件的破壞過(guò)程W及漸青混合料的細(xì) 觀結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性能的影響等方面進(jìn)行了研究。因此，CT掃描技術(shù)可為研究漸青混合料試 件內(nèi)部的空隙特征提供可靠的技術(shù)手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種漸青混合料的空 隙特征及其提取方法，該空隙特征可較準(zhǔn)確全面地表達(dá)漸青混合料的空隙信息，不同材料 間的區(qū)分度高，且特征向量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于后續(xù)運(yùn)算。
[0006] 本發(fā)明采用W下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題：
[0007] -種漸青混合料的空隙特征，所述空隙特征為由尺度參數(shù)和形狀參數(shù)所構(gòu)成的二 維特征向量;所述尺度參數(shù)和形狀參數(shù)是利用雙參數(shù)韋伯分布模型對(duì)漸青混合料的空隙級(jí) 配曲線進(jìn)行擬合得到;所述空隙級(jí)配曲線的橫坐標(biāo)為空隙的大小度量值，縱坐標(biāo)為小于該 大小度量值的空隙的數(shù)量占比。
[000引優(yōu)選地，所述空隙的大小度量值為空隙的等效直徑。
[0009] -種如上所述空隙特征的提取方法，包括W下步驟：
[0010] 步驟1、制備漸青混合料的標(biāo)準(zhǔn)試件，并獲取該標(biāo)準(zhǔn)試件的CT掃描圖像；
[0011] 步驟2、對(duì)所述CT掃描圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理，得到標(biāo)準(zhǔn)試件中的空隙分布數(shù)據(jù)；
[0012] 步驟3、根據(jù)所述空隙分布數(shù)據(jù)繪制出標(biāo)準(zhǔn)試件的空隙級(jí)配曲線，所述空隙級(jí)配曲 線的橫坐標(biāo)為空隙的大小度量值，縱坐標(biāo)為小于該大小度量值的空隙的數(shù)量占比；
[0013] 步驟4、利用雙參數(shù)韋伯分布模型對(duì)述空隙級(jí)配曲線進(jìn)行擬合，得到雙參數(shù)韋伯分 布模型的尺度參數(shù)和形狀參數(shù)，W該尺度參數(shù)和形狀參數(shù)所構(gòu)成的二維特征向量作為所述 漸青混合料的空隙特征。
[0014] 優(yōu)選地，在對(duì)CT掃描圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理前，先剔除其中沿標(biāo)準(zhǔn)試件高度方向 上的頂面和底面的CT掃描圖像。
[0015] 進(jìn)一步地，所述對(duì)CT掃描圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理包括圖像分割，所述圖像分割具 體如下：對(duì)于圓形截面的CT掃描圖像，利用基于環(huán)形區(qū)域和0TSU法的圖像分割方法進(jìn)行圖 像分割;對(duì)于矩形截面的CT掃描圖像，首先對(duì)待分割的原始圖像進(jìn)行底帽變換，然后計(jì)算出 原始圖像與底帽變換后原始圖像之間的差值圖像，最后對(duì)所得到的差值圖像進(jìn)行闊值分 割。
[0016] 進(jìn)一步地，所述對(duì)CT掃描圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理還包括對(duì)圖像分割所得到的二值 圖像進(jìn)行集料顆粒圖像連接的分離;所述集料顆粒圖像連接的分離具體為使用直徑為2像 素的圓形結(jié)構(gòu)元素對(duì)所述二值圖像進(jìn)行開(kāi)運(yùn)算。
[0017] 進(jìn)一步地，所述對(duì)CT掃描圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理還包括在圖像分割之前，使用空 間域圖像增強(qiáng)方法對(duì)CT掃描圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)。
[0018] 相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0019] 本發(fā)明提出了一種全新的兩參數(shù)空隙特征表達(dá)方式，其能夠比較全面準(zhǔn)確地反映 材料中空隙的尺度空間分布信息，對(duì)于不同材料間的區(qū)分度高，且形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于后續(xù) 的計(jì)算機(jī)仿真建模;該空隙特征也可替代現(xiàn)有的空隙率，作為表征漸青混合料特性的一種 材料參數(shù)；
[0020] 本發(fā)明利用CT成像及數(shù)字圖像處理技術(shù)來(lái)獲得漸青混料中的空隙分布數(shù)據(jù)，并對(duì) 圖像分割、圖像后處理等多方面進(jìn)行了改進(jìn)，獲得的數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，處理效率更高。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為漸青混合料級(jí)配曲線與雙參數(shù)韋伯分布模型示意圖；
[0022] 圖2為兩種漸青混合料的空隙特征對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：
[0024] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)采用空隙率來(lái)表征空隙特征的不足，本發(fā)明的思路是首先獲取漸青 混合料的空隙分布數(shù)據(jù)，然后根據(jù)空隙分布數(shù)據(jù)繪制空隙級(jí)配曲線，最后利用雙參數(shù)韋伯 分布模型對(duì)空隙級(jí)配曲線進(jìn)行擬合，并用擬合得到的尺度參數(shù)和形狀參數(shù)作為表征漸青混 合料中空隙在尺度空間中的分布信息。
[0025] 為了便于公眾理解，下面W-個(gè)具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[00%] -、漸青混合料空隙分布數(shù)據(jù)的取得：
[0027]得益于日漸成熟的CT技術(shù)W及數(shù)字圖像處理技術(shù)，利用CT成像技術(shù)對(duì)漸青混合料 內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究成為可能。本發(fā)明可采用各種現(xiàn)有利用CT成像技術(shù)及數(shù)字圖像 處理技術(shù)對(duì)漸青或混凝±材料Ξ維細(xì)觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的方法來(lái)獲得漸青混合料空隙分布 數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中具體包括w下步驟：
[0028] 步驟1、制備漸青混合料的標(biāo)準(zhǔn)試件，并獲取該標(biāo)準(zhǔn)試件的CT掃描圖像。
[0029] 本實(shí)施例中采用馬歇爾擊實(shí)法成型一系列不同類(lèi)型漸青混合料的標(biāo)準(zhǔn)試件;采用 工業(yè)CT設(shè)備對(duì)不同類(lèi)型的漸青混合料試件進(jìn)行細(xì)觀結(jié)構(gòu)掃描，獲得斷層投影值;采用CT設(shè) 備配置的圖像處理軟件分別從頂面TOP方向、正面FRONT方向、W及側(cè)面SIDE方向分別重建 出漸青混合料試件的CT斷面灰度圖像。其中，沿標(biāo)準(zhǔn)試件高度方向上的頂面和底面的CT掃 描圖像質(zhì)量較差，為了避免影響后續(xù)的處理結(jié)果，本實(shí)施例中將頂面和底面的CT掃描圖像 剔除，不參加后續(xù)的數(shù)字圖像處理。
[0030] 步驟2、對(duì)所述CT掃描圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理，得到標(biāo)準(zhǔn)試件中的空隙分布數(shù)據(jù)。 具體包括W下子步驟：
[0031] 步驟2-1、圖像增強(qiáng)：
[0032] 圖像增強(qiáng)是指增強(qiáng)圖像中的有用信息，它可W是一個(gè)失真的過(guò)程，其目的是要改 善圖像的視覺(jué)效果，針對(duì)給定圖像的應(yīng)用場(chǎng)合，有目的地強(qiáng)調(diào)圖像的整體或局部特性，將原 來(lái)不清晰的圖像變得清晰或強(qiáng)調(diào)某些感興趣的特征，擴(kuò)大圖像中不同物體特征之間的差 另IJ，抑制不感興趣的特征，使之改善圖像質(zhì)量、豐富信息量，加強(qiáng)圖像判讀和識(shí)別效果，滿(mǎn)足 某些特殊分析的需要。圖像增強(qiáng)可分成兩大類(lèi):頻率域法和空間域法。前者把圖像看成一種 二維信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行基于二維傅里葉變換的信號(hào)增強(qiáng)。采用低通濾波（即只讓低頻信號(hào)通 過(guò))法，可去掉圖中的噪聲;采用高通濾波法，則可增強(qiáng)邊緣等高頻信號(hào)，使模糊的圖片變得 清晰。后者空間域法中具有代表性的算法有局部求平均值法和中值濾波(取局部鄰域中的 中間像素值)法等，它們可用于去除或減弱噪聲。
[0033] 本發(fā)明優(yōu)選采用空間域圖像增強(qiáng)方法對(duì)CT掃描圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)，具體為:先用 中值濾波去除圖像噪聲，提高圖像質(zhì)量;然后用直接灰度變換的方法增強(qiáng)圖像的對(duì)比度，增 大漸青混合料CT掃描圖像中空隙、漸青膠漿和集料顆粒Ξ種材質(zhì)的灰度值差異，有助于提 高后續(xù)圖像分割的準(zhǔn)確性。
[0034] 步驟2-2、圖像分割：
[0035] 圖像分割就是把圖像分成若干個(gè)特定的、具有獨(dú)特性質(zhì)的區(qū)域并提出感興趣目標(biāo) 的技術(shù)和過(guò)程，它是由圖像處理到圖像分析的關(guān)鍵步驟。現(xiàn)有的圖像分割方法主要分W下 幾類(lèi):基于闊值的分割方法、基于區(qū)域的分割方法、基于邊緣的分割方法W及基于特定理論 的分割方法等。圖像分割技術(shù)沒(méi)有適用于一切圖像的最優(yōu)方法，分割的效果也沒(méi)有絕對(duì)的 標(biāo)準(zhǔn)。在選擇具體的圖像分割方法時(shí)，需要綜合考慮圖像的特點(diǎn)和算法實(shí)現(xiàn)的難易程度。本 發(fā)明優(yōu)選采用基于闊值的分割方法，其具有算法簡(jiǎn)單、直觀和分割效果較好的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)施 例中采用李智等[李智，劉佳輝.基于分區(qū)0TSU法的漸青混