一种沥青混合料的空隙特征及其提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及±木工程材料技术领域，尤其设及一种渐青混合料的空隙特征及其提 取方法。
【背景技术】
[0002] 渐青混合料的空隙特征在一定程度上影响着路面病害的发生，也造成了不同混合 料之间的性能差异，主要体现在影响混合料的马歇尔稳定度、回弹模量、劈裂强度、抗水损 害、永久变形等。目前相关研究仅仅从空隙率大小的角度进行分析，还不够深入，具有相同 空隙率的渐青混合料的空隙分布、空隙结构、空隙尺寸、空隙数量等空隙特征均可能不同， 从而造成再生混合料的性能差异。因此，准确地确定渐青混合料的细观结构，尤其是空隙特 征，对于研究其宏观性能十分必要。
[0003] 对于渐青混合料的空隙特征而言，一方面其应该能够充分清楚地表征细观结构的 特点，即具有足够的区分度;另一方面，考虑到后续计算机建模、仿真等实际应用的需要，其 表达形式应简单，W便减小后续研究的计算复杂度。显然，简单地W传统的空隙率作为渐青 混合料的空隙特征，远远无法满足研究要求。
[0004] 20世纪90年代至今，工业CT技术越来越多地被应用在±木工程材料研究领域。工 业CT作为一种无损检测手段，已经成为识别渐青混合料Ξ维细观结构的有效方法。结合数 字图像处理技术和计算机数字试件模拟，国内外学者对渐青混合料的内部空隙分布、集料 接触与离析、压实过程中细观结构变化、室内试验中试件的破坏过程W及渐青混合料的细 观结构对其力学性能的影响等方面进行了研究。因此，CT扫描技术可为研究渐青混合料试 件内部的空隙特征提供可靠的技术手段。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种渐青混合料的空 隙特征及其提取方法，该空隙特征可较准确全面地表达渐青混合料的空隙信息，不同材料 间的区分度高，且特征向量结构简单，便于后续运算。
[0006] 本发明采用W下技术方案解决上述技术问题：
[0007] -种渐青混合料的空隙特征，所述空隙特征为由尺度参数和形状参数所构成的二 维特征向量;所述尺度参数和形状参数是利用双参数韦伯分布模型对渐青混合料的空隙级 配曲线进行拟合得到;所述空隙级配曲线的横坐标为空隙的大小度量值，纵坐标为小于该 大小度量值的空隙的数量占比。
[000引优选地，所述空隙的大小度量值为空隙的等效直径。
[0009] -种如上所述空隙特征的提取方法，包括W下步骤：
[0010] 步骤1、制备渐青混合料的标准试件，并获取该标准试件的CT扫描图像；
[0011] 步骤2、对所述CT扫描图像进行数字图像处理，得到标准试件中的空隙分布数据；
[0012] 步骤3、根据所述空隙分布数据绘制出标准试件的空隙级配曲线，所述空隙级配曲 线的横坐标为空隙的大小度量值，纵坐标为小于该大小度量值的空隙的数量占比；
[0013] 步骤4、利用双参数韦伯分布模型对述空隙级配曲线进行拟合，得到双参数韦伯分 布模型的尺度参数和形状参数，W该尺度参数和形状参数所构成的二维特征向量作为所述 渐青混合料的空隙特征。
[0014] 优选地，在对CT扫描图像进行数字图像处理前，先剔除其中沿标准试件高度方向 上的顶面和底面的CT扫描图像。
[0015] 进一步地，所述对CT扫描图像进行数字图像处理包括图像分割，所述图像分割具 体如下：对于圆形截面的CT扫描图像，利用基于环形区域和0TSU法的图像分割方法进行图 像分割;对于矩形截面的CT扫描图像，首先对待分割的原始图像进行底帽变换，然后计算出 原始图像与底帽变换后原始图像之间的差值图像，最后对所得到的差值图像进行阔值分 割。
[0016] 进一步地，所述对CT扫描图像进行数字图像处理还包括对图像分割所得到的二值 图像进行集料颗粒图像连接的分离;所述集料颗粒图像连接的分离具体为使用直径为2像 素的圆形结构元素对所述二值图像进行开运算。
[0017] 进一步地，所述对CT扫描图像进行数字图像处理还包括在图像分割之前，使用空 间域图像增强方法对CT扫描图像进行图像增强。
[0018] 相比现有技术，本发明具有W下有益效果：
[0019] 本发明提出了一种全新的两参数空隙特征表达方式，其能够比较全面准确地反映 材料中空隙的尺度空间分布信息，对于不同材料间的区分度高，且形式结构简单，便于后续 的计算机仿真建模;该空隙特征也可替代现有的空隙率，作为表征渐青混合料特性的一种 材料参数；
[0020] 本发明利用CT成像及数字图像处理技术来获得渐青混料中的空隙分布数据，并对 图像分割、图像后处理等多方面进行了改进，获得的数据更准确，处理效率更高。
【附图说明】
[0021] 图1为渐青混合料级配曲线与双参数韦伯分布模型示意图；
[0022] 图2为两种渐青混合料的空隙特征对比。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
[0024] 针对现有技术采用空隙率来表征空隙特征的不足，本发明的思路是首先获取渐青 混合料的空隙分布数据，然后根据空隙分布数据绘制空隙级配曲线，最后利用双参数韦伯 分布模型对空隙级配曲线进行拟合，并用拟合得到的尺度参数和形状参数作为表征渐青混 合料中空隙在尺度空间中的分布信息。
[0025] 为了便于公众理解，下面W-个具体实施例来对本发明技术方案进行详细说明。
[00%] -、渐青混合料空隙分布数据的取得：
[0027]得益于日渐成熟的CT技术W及数字图像处理技术，利用CT成像技术对渐青混合料 内部细观结构进行分析研究成为可能。本发明可采用各种现有利用CT成像技术及数字图像 处理技术对渐青或混凝±材料Ξ维细观结构进行分析的方法来获得渐青混合料空隙分布 数据。本实施例中具体包括w下步骤：
[0028] 步骤1、制备渐青混合料的标准试件，并获取该标准试件的CT扫描图像。
[0029] 本实施例中采用马歇尔击实法成型一系列不同类型渐青混合料的标准试件;采用 工业CT设备对不同类型的渐青混合料试件进行细观结构扫描，获得断层投影值;采用CT设 备配置的图像处理软件分别从顶面TOP方向、正面FRONT方向、W及侧面SIDE方向分别重建 出渐青混合料试件的CT断面灰度图像。其中，沿标准试件高度方向上的顶面和底面的CT扫 描图像质量较差，为了避免影响后续的处理结果，本实施例中将顶面和底面的CT扫描图像 剔除，不参加后续的数字图像处理。
[0030] 步骤2、对所述CT扫描图像进行数字图像处理，得到标准试件中的空隙分布数据。 具体包括W下子步骤：
[0031] 步骤2-1、图像增强：
[0032] 图像增强是指增强图像中的有用信息，它可W是一个失真的过程，其目的是要改 善图像的视觉效果，针对给定图像的应用场合，有目的地强调图像的整体或局部特性，将原 来不清晰的图像变得清晰或强调某些感兴趣的特征，扩大图像中不同物体特征之间的差 另IJ，抑制不感兴趣的特征，使之改善图像质量、丰富信息量，加强图像判读和识别效果，满足 某些特殊分析的需要。图像增强可分成两大类:频率域法和空间域法。前者把图像看成一种 二维信号，对其进行基于二维傅里叶变换的信号增强。采用低通滤波（即只让低频信号通 过)法，可去掉图中的噪声;采用高通滤波法，则可增强边缘等高频信号，使模糊的图片变得 清晰。后者空间域法中具有代表性的算法有局部求平均值法和中值滤波(取局部邻域中的 中间像素值)法等，它们可用于去除或减弱噪声。
[0033] 本发明优选采用空间域图像增强方法对CT扫描图像进行图像增强，具体为:先用 中值滤波去除图像噪声，提高图像质量;然后用直接灰度变换的方法增强图像的对比度，增 大渐青混合料CT扫描图像中空隙、渐青胶浆和集料颗粒Ξ种材质的灰度值差异，有助于提 高后续图像分割的准确性。
[0034] 步骤2-2、图像分割：
[0035] 图像分割就是把图像分成若干个特定的、具有独特性质的区域并提出感兴趣目标 的技术和过程，它是由图像处理到图像分析的关键步骤。现有的图像分割方法主要分W下 几类:基于阔值的分割方法、基于区域的分割方法、基于边缘的分割方法W及基于特定理论 的分割方法等。图像分割技术没有适用于一切图像的最优方法，分割的效果也没有绝对的 标准。在选择具体的图像分割方法时，需要综合考虑图像的特点和算法实现的难易程度。本 发明优选采用基于阔值的分割方法，其具有算法简单、直观和分割效果较好的优点。本实施 例中采用李智等[李智，刘佳辉.基于分区0TSU法的渐青混