合料圖像分割技術[J].武漢理工 大學學報，2011,33(6):50-53.]所提出的基于環(huán)形區(qū)域和0TSU法的圖像分割方法，該方法 是一種局部闊值分割技術，能夠取得較好的效果。
[0036] 但在對漸青混合料CT掃描圖像進行實際分割時發(fā)現(xiàn)存在W下問題：（1)由于矩形 截面圖像的亮度不均勻分布，因此基于環(huán)形區(qū)域和0TSU法的圖像分割方法對于矩形截面CT 掃描圖像的效果不理想。（2)分割結(jié)果存在將幾個相連的集料顆粒認定為同一個顆粒的現(xiàn) 象，影響圖像分析結(jié)果的準確性。本發(fā)明針對運兩個問題也分別提出了相應對策。
[0037] 為了解決第一個問題，本發(fā)明的解決方法是對于圓形、矩形截面CT掃描圖像采用 不同的闊值分割方法:對于圓形截面的CT掃描圖像，利用基于環(huán)形區(qū)域和OTS的去的圖像分 割方法進行圖像分割;對于矩形截面的CT掃描圖像，首先對待分割的原始圖像進行底帽變 換，然后計算出原始圖像與底帽變換后原始圖像之間的差值圖像，最后對所得到的差值圖 像進行闊值分割。其中，底帽變換優(yōu)選使用直徑為50像素的圓形結(jié)構(gòu)元素。
[0038] 對于第二個問題，本發(fā)明的解決方法是對圖像分割所得到的二值圖像進行集料顆 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 素對所述二值圖像進行開運算。
[0039] 經(jīng)過上述圖像處理，即可將空隙與其他集料區(qū)分開，并進一步得到每個空隙的最 大直徑、體積、截面積、所處位置，W及空隙的空間分布，不同大小空隙數(shù)量等數(shù)據(jù)。
[0040] 步驟3、根據(jù)所述空隙分布數(shù)據(jù)繪制出標準試件的空隙級配曲線，所述空隙級配曲 線的橫坐標為空隙的大小度量值，縱坐標為小于該大小度量值的空隙的數(shù)量占比。
[0041] 漸青混合料中的空隙實際是由不同大小的空隙構(gòu)成。類似于集料的級配分布，漸 青混合料的空隙也存在一定的"級配"。為了體現(xiàn)空隙統(tǒng)計特性和分布規(guī)律，本發(fā)明提出"空 隙級配"的概念，設定一系列具有固定長度尺寸的虛擬"篩孔"，將每張空隙圖像上的所有空 隙按照其等效直徑的大小過篩，統(tǒng)計結(jié)果為各個篩孔的空隙面積通過百分率。本發(fā)明用空 隙級配曲線來描述空隙空間尺度分布信息，空隙級配曲線代表了空隙在不同大小尺度上的 分布比例，如圖1所示。空隙級配曲線的橫坐標為空隙的大小度量值，縱坐標為小于某一大 小度量值的空隙的累計百分比，為了放大較小尺度空隙的百分比數(shù)據(jù)，橫坐標采用對數(shù)坐 標。空隙的大小度量值可采用空隙的最大寬度、最大截面積、體積、等效直徑等，本發(fā)明優(yōu)選 采用空隙的等效直徑，即與空隙等體積球體的直徑。
[0042] 步驟4、利用雙參數(shù)韋伯分布模型對述空隙級配曲線進行擬合，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。
[0043] 實際上，步驟3所得到的空隙級配曲線，或者空隙在不同尺度的分布數(shù)據(jù)，或者不 同大小空隙的分布直方圖等，都可W直接作為空隙特征的表達形式;但運些特征表現(xiàn)形式 均屬于高維特征，會給后續(xù)的應用帶來極大不便。因此有必要對空隙級配曲線進行特征降 維。
[0044] 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，對于漸青混合料的空隙級配曲線，雙參數(shù)韋伯分布模型對其擬合結(jié) 果非常好。韋伯(Weibull)分布是一種應用廣泛的非正態(tài)分布，最初用于描述材料的斷裂強 度統(tǒng)計特性，后來經(jīng)過長期的發(fā)展，在其它領域也得到了較好的應用，如材料的開裂力學機 理研究、可靠性研究、環(huán)境科學、氣象學和海洋學等。韋伯分布模型的模型參數(shù)包括尺度參 數(shù)λ和形狀參數(shù)k，其概率密度函數(shù)和分布函數(shù)分別如下所示：
[0047]經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)，對于不同漸青混合料的空隙級配曲線，利用雙參數(shù)韋伯分布 模型擬合得到相應的尺度參數(shù)λ和形狀參數(shù)k可很好地反映空隙級配的粗細狀況。其中，比 例參數(shù)λ描述了空隙尺寸的范圍，比例參數(shù)λ越大，則空隙尺寸的范圍越大，空隙級配越粗； 形狀參數(shù)k描述了空隙級配在某一空隙尺寸范圍內(nèi)的集中程度，形狀參數(shù)k越小，則不同尺 寸空隙的數(shù)量分布越均勻，較大尺寸的空隙數(shù)量越多，空隙級配越粗。因此可W用尺度參數(shù) λ和形狀參數(shù)k作為漸青混合料的空隙特征，運樣的二維特征對于后續(xù)利用計算機進行的仿 真建模等工作會帶來很大的便利。
[004引圖2顯示了平均空隙直徑相似的兩種漸青混合料CIR-20與AC-20的空隙級配曲線 圖和韋伯分布擬合結(jié)果。從圖中可W看出兩者的空隙在不同直徑上的分布是有顯著差異 的。與AC-20相比，CIR-20混合料的空隙直徑的變化范圍更小，且CIR-20混合料的空隙"級 配'更"粗'dCIR-20與AC-20的空隙分布在0.1~1mm(小空隙）的比率分別是14%和7%，而 CIR-20與AC-20的空隙分布在4~10mm(大空隙）的比例分別是8%和27%dCIR-20混合料的 空隙直徑均小于7mm，分布在1~2mm區(qū)間內(nèi)的比例最大。相比于AC-20，CIR-20混合料的小空 隙偏多，大空隙偏少。而兩者韋伯分布擬合的尺度參數(shù)λ和形狀參數(shù)k充分體現(xiàn)出了兩者的 區(qū)別。
[0049]綜上可知，本發(fā)明所提出的空隙特征能夠比較全面準確地反映材料中空隙的尺度 空間分布信息，對于不同材料間的區(qū)分度高，且形式結(jié)構(gòu)簡單，便于后續(xù)的計算機仿真建 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)。
【主權(quán)項】
1. 一種瀝青混合料的空隙特征，其特征在于，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)韋伯分布模型對瀝青混合 料的空隙級配曲線進行擬合得到;所述空隙級配曲線的對數(shù)橫坐標為空隙的大小度量值， 縱坐標為小于該大小度量值的空隙的數(shù)量占比。2. 如權(quán)利要求1所述瀝青混合料的空隙特征，其特征在于，所述空隙的大小度量值為空 隙的等效直徑。3. -種如權(quán)利要求1或2所述空隙特征的提取方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、制備瀝青混合料的標準試件，并獲取該標準試件的CT掃描圖像； 步驟2、對所述CT掃描圖像進行數(shù)字圖像處理，得到標準試件中的空隙分布數(shù)據(jù)； 步驟3、根據(jù)所述空隙分布數(shù)據(jù)繪制出標準試件的空隙級配曲線，所述空隙級配曲線的 對數(shù)橫坐標為空隙的大小度量值，縱坐標為小于該大小度量值的空隙的數(shù)量占比； 步驟4、利用雙參數(shù)韋伯分布模型對述空隙級配曲線進行擬合，得到雙參數(shù)韋伯分布模 型的尺度參數(shù)和形狀參數(shù)，以該尺度參數(shù)和形狀參數(shù)所構(gòu)成的二維特征向量作為所述瀝青 混合料的空隙特征。4. 如權(quán)利要求3所述空隙特征提取方法，其特征在于，在對CT掃描圖像進行數(shù)字圖像處 理前，先剔除其中沿標準試件高度方向上的頂面和底面的CT掃描圖像。5. 如權(quán)利要求3所述空隙特征提取方法，其特征在于，所述對CT掃描圖像進行數(shù)字圖像 處理包括圖像分割，所述圖像分割具體如下:對于圓形截面的CT掃描圖像，利用基于環(huán)形區(qū) 域和OTSU法的圖像分割方法進行圖像分割;對于矩形截面的CT掃描圖像，首先對待分割的 原始圖像進行底帽變換，然后計算出原始圖像與底帽變換后原始圖像之間的差值圖像，最 后對所得到的差值圖像進行閾值分割。6. 如權(quán)利要求5所述空隙特征提取方法，其特征在于，所述底帽變換使用直徑為50像素 的圓形結(jié)構(gòu)元素。7. 如權(quán)利要求5所述空隙特征提取方法，其特征在于，所述對CT掃描圖像進行數(shù)字圖像 處理還包括對圖像分割所得到的二值圖像進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)元素對所述二值圖像進行開運算。8. 如權(quán)利要求5所述空隙特征提取方法，其特征在于，所述對CT掃描圖像進行數(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方法對CT掃描圖像進行圖像增強。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種瀝青混合料的空隙特征，屬于土木工程材料技術領域。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)韋伯分布模型對瀝青混合料的空隙級配曲線進行擬合得到；所述空隙級配曲線的對數(shù)橫坐標為空隙的大小度量值，縱坐標為小于該大小度量值的空隙的數(shù)量占比。本發(fā)明還公開了一種上述空隙特征的提取方法。本發(fā)明能夠比較全面準確地反映材料中空隙的尺度空間分布信息，對于不同材料間的區(qū)分度高，且形式結(jié)構(gòu)簡單，便于后續(xù)的計算機仿真建模；該空隙特征也可替代現(xiàn)有的空隙率，作為表征瀝青混合料特性的一種材料參數(shù)。
【IPC分類】G01N15/08
【公開號】CN105445160
【申請?zhí)枴緾N201510783133
【發(fā)明人】李強, 高磊, 羅海龍, 張帥, 李國芬
【申請人】南京林業(yè)大學
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月16日