本發(fā)明涉及材料測試，具體涉及瀝青混合料試驗性裂縫擴(kuò)展速度自動計算和修補容積估算的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，瀝青混合料因其良好的路用性能和經(jīng)濟(jì)性，在公路建設(shè)方面得到大規(guī)模應(yīng)用，且成為工程實施中的主流選擇。在瀝青混合料設(shè)計和評價的過程中，通常采用試驗性裂縫測試來評估混合料的抗裂性能。引入試驗性裂縫，有助于預(yù)測瀝青混合料在服役期所面臨的問題，以指導(dǎo)道路工程中的材料選擇和級配設(shè)計，從而提高路用性能。

2、然而，傳統(tǒng)的力學(xué)分析難以對試驗性裂縫的擴(kuò)展斷裂過程及規(guī)律進(jìn)行表征?，F(xiàn)如今的裂縫擴(kuò)展過程探究，通常由人眼觀察或影像記錄配合力學(xué)試驗來實現(xiàn)，這類檢測技術(shù)不僅檢測效率低下，而且測試結(jié)果主觀性較大。此外，基于人工測量或圖像處理的試驗性裂縫容積估算，往往僅關(guān)注于裂縫長度而忽視裂縫深度，從而導(dǎo)致估算值與真實值差距較大。因此，亟需針對瀝青混合料試驗性裂縫的擴(kuò)展斷裂和修補容積進(jìn)行自動化、精細(xì)化測試及研究。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提供一種瀝青混合料試驗性裂縫擴(kuò)展速度自動計算和修補容積估算的方法及系統(tǒng)，基于圖像識別技術(shù)和三維點云重構(gòu)技術(shù)并結(jié)合傳統(tǒng)試驗性裂縫力學(xué)試驗進(jìn)行改進(jìn)，用于解決在探究裂縫擴(kuò)展過程中人眼觀察或影像記錄造成的檢測效率低下、檢測結(jié)果主觀性大的問題，同時改善試驗性裂縫產(chǎn)生后的修補容積估算不準(zhǔn)確的問題，加強試驗性裂縫測試的自動化和精細(xì)化，可后續(xù)用于瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工的瀝青修補量估算。

2、瀝青混合料試驗性裂縫擴(kuò)展速度自動計算和修補容積估算方法，包括以下步驟：

3、瀝青混合料試件預(yù)處理；

4、采集瀝青混合料加載試驗過程中裂縫擴(kuò)展的正攝影像；

5、試驗性裂縫圖像預(yù)處理；

6、試驗性裂縫追蹤；

7、裂縫擴(kuò)展速度自動計算；

8、采集試驗性裂縫的三維點云數(shù)據(jù)及三維重構(gòu)；

9、裂縫定向最小包圍盒自動計算；

10、裂縫修補容積估算。

11、可選地，所述的瀝青混合料試件預(yù)處理，包括以下步驟：

12、噴涂白色噴漆于瀝青混合料試件表面；

13、安裝所述的瀝青混合料試件于試驗機(jī)，進(jìn)一步地，所述的試驗機(jī)可進(jìn)行恒力加載；

14、利用所述的試驗機(jī)，采用從所述的瀝青混合料試件頂部恒力加載的加載方式，并設(shè)置加載恒力。

15、可選地，所述的采集瀝青混合料加載試驗過程中裂縫擴(kuò)展的正攝影像，包括以下步驟：

16、安裝高清攝像機(jī)，確保視野覆蓋所述的瀝青混合料試件且處于瀝青混合料試件正面；

17、設(shè)置照明系統(tǒng)，確保所述的瀝青混合料試件的環(huán)境光線均勻且充足；

18、調(diào)整所述的高清攝像機(jī)焦距，確保所述的瀝青混合料圖像清晰；

19、啟動所述的試驗機(jī)進(jìn)行加載試驗，采集裂縫彩色影像。

20、可選地，所述的試驗性裂縫圖像預(yù)處理，包括以下步驟：

21、將所述的裂縫彩色圖像轉(zhuǎn)換為裂縫灰度圖像；

22、使用高斯函數(shù)加權(quán)的卷積核對所述的裂縫灰度圖像進(jìn)行平滑處理，消除噪聲，突出裂縫的特征；

23、基于直方圖均衡化原理，重新分配所述的裂縫灰度圖像的灰度值，使其均勻分布，提高圖像的全局對比度。

24、可選地，所述的試驗性裂縫追蹤，包括以下步驟：

25、使用canny邊緣檢測識別提取所述的預(yù)處理圖像的裂縫特征點，確定裂縫的初始位置；

26、利用bfmatcher特征點匹配算法識別并匹配所述的后續(xù)每一幀圖像中的特征點，確定后續(xù)圖像中的裂縫位置；

27、利用lucas-kanade光流法對所述的裂縫特征點進(jìn)行追蹤，計算圖像像素運動，追蹤裂縫在連續(xù)幀中的變化；

28、進(jìn)一步確定裂縫邊緣，通過分析所述的光流法追蹤到的特征點，更新裂縫的位置。

29、可選地，所述的裂縫擴(kuò)展速度自動計算，包括以下步驟：

30、裂縫長度計算，對所述的裂縫追蹤結(jié)果進(jìn)行長度測量；

31、時間序列分析，將所述的裂縫長度隨時間變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；

32、計算相鄰時間點之間裂縫長度的變化率，計算裂縫擴(kuò)展速度。

33、可選地，所述的采集瀝青混合體試件的裂縫三維點云數(shù)據(jù)及三維重構(gòu)，包括以下步驟：

34、利用三維激光掃描儀，對所述的已產(chǎn)生裂縫的瀝青混凝土試件進(jìn)行掃描，獲取三維點云數(shù)據(jù)；

35、對所述的三維點云數(shù)據(jù)預(yù)處理，去除噪聲點、無效點和離群點；

36、使用canny邊緣檢測，在所述的三維點云數(shù)據(jù)的投影圖像上檢測裂縫邊緣；

37、進(jìn)一步地，將邊緣檢測到的裂縫點從所述的三維點云數(shù)據(jù)中提取出來，形成裂縫三維點云；

38、使用三角網(wǎng)格算法將所述裂縫三維點云重構(gòu)為三維網(wǎng)格。

39、可選地，所述的裂縫定向最小包圍盒自動計算，包括以下步驟：

40、計算所述的三維裂縫點云數(shù)據(jù)的均值點，進(jìn)一步計算所述的三維裂縫點云數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，進(jìn)一步計算所述的三維裂縫點云數(shù)據(jù)的特征值和特征向量；

41、根據(jù)所述的三維裂縫點云數(shù)據(jù)的特征向量，得到新坐標(biāo)系；

42、將所述的三維裂縫點云數(shù)據(jù)投影到所述的新坐標(biāo)系，進(jìn)一步獲取新坐標(biāo)系下的新三維裂縫點云數(shù)據(jù)；

43、找到所述的新三維裂縫點云數(shù)據(jù)的最小和最大坐標(biāo)值，進(jìn)一步構(gòu)建最小包圍盒，計算包圍盒體積。

44、可選地，所述的裂縫修補容積根據(jù)所述的包圍盒體積進(jìn)行估算。

45、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提出了一種裂縫擴(kuò)展速度自動計算和修補容積估算的系統(tǒng)，其包括：

46、影像采集與預(yù)處理模塊，用于采集瀝青混合料試驗性裂縫擴(kuò)展過程的影像，并提供影像數(shù)據(jù)儲存以及灰度處理、平滑處理、直方圖均衡化處理；

47、裂縫識別追蹤模塊，用于實現(xiàn)裂縫識別和追蹤，內(nèi)置canny邊緣檢測算法、bfmatcher特征點匹配算法、lucas-kanade特征點追蹤算法；

48、時間序列分析模塊，用于記錄裂縫追蹤各階段與時間的關(guān)聯(lián)，將裂縫長度隨時間變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲；

49、裂縫擴(kuò)展速度自動計算模塊，用于自動計算相鄰時間點之間裂縫長度的變化率，可調(diào)節(jié)相鄰時間點的步長，自動繪制裂縫擴(kuò)展速度隨時間變化的曲線，可導(dǎo)出所測裂縫擴(kuò)展速度的數(shù)據(jù)；

50、點云數(shù)據(jù)采集與重構(gòu)模塊，用于采集瀝青混合料試驗性裂縫特定階段的三維點云數(shù)據(jù)，并提供點云數(shù)據(jù)預(yù)處理和裂縫三維點云重構(gòu)及儲存；

51、修補容積自動估算模塊，用于自動估算修補容積，內(nèi)置裂縫定向最小包圍盒自動計算算法。

52、本發(fā)明的有益效果是：

53、1.本發(fā)明利用高清攝像機(jī)，能夠快速獲取瀝青混合料試驗性裂縫動態(tài)擴(kuò)展的影像信息，并通過圖像處理算法實現(xiàn)裂縫快速識別定位和輪廓形態(tài)提取，自動獲取裂縫擴(kuò)展時間，減小測試過程的人為主觀性。

54、2.本發(fā)明通過動態(tài)圖像識別技術(shù)實現(xiàn)試驗性裂縫追蹤，根據(jù)時間序列分析結(jié)果，計算相鄰時間點之間裂縫長度的變化率，從而自動計算裂縫實時擴(kuò)展速度，提高檢測過程的自動化程度。

55、3.本發(fā)明通過將高清攝像機(jī)與三維激光掃描儀相結(jié)合的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)瀝青混合料試驗性裂縫定位、輪廓提取和三維重構(gòu)，并通過采用包圍盒算法來實現(xiàn)對裂縫各階段的容積進(jìn)行估算，為后續(xù)的瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工的瀝青修補量提供參考，有利于節(jié)約路面養(yǎng)護(hù)原料。