合料图像分割技术[J].武汉理工 大学学报，2011,33(6):50-53.]所提出的基于环形区域和0TSU法的图像分割方法，该方法 是一种局部阔值分割技术，能够取得较好的效果。
[0036] 但在对渐青混合料CT扫描图像进行实际分割时发现存在W下问题：（1)由于矩形 截面图像的亮度不均匀分布，因此基于环形区域和0TSU法的图像分割方法对于矩形截面CT 扫描图像的效果不理想。（2)分割结果存在将几个相连的集料颗粒认定为同一个颗粒的现 象，影响图像分析结果的准确性。本发明针对运两个问题也分别提出了相应对策。
[0037] 为了解决第一个问题，本发明的解决方法是对于圆形、矩形截面CT扫描图像采用 不同的阔值分割方法:对于圆形截面的CT扫描图像，利用基于环形区域和OTS的去的图像分 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。其中，底帽变换优选使用直径为50像素的圆形结构元素。
[0038] 对于第二个问题，本发明的解决方法是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。
[0039] 经过上述图像处理，即可将空隙与其他集料区分开，并进一步得到每个空隙的最 大直径、体积、截面积、所处位置，W及空隙的空间分布，不同大小空隙数量等数据。
[0040] 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。
[0041] 渐青混合料中的空隙实际是由不同大小的空隙构成。类似于集料的级配分布，渐 青混合料的空隙也存在一定的"级配"。为了体现空隙统计特性和分布规律，本发明提出"空 隙级配"的概念，设定一系列具有固定长度尺寸的虚拟"筛孔"，将每张空隙图像上的所有空 隙按照其等效直径的大小过筛，统计结果为各个筛孔的空隙面积通过百分率。本发明用空 隙级配曲线来描述空隙空间尺度分布信息，空隙级配曲线代表了空隙在不同大小尺度上的 分布比例，如图1所示。空隙级配曲线的横坐标为空隙的大小度量值，纵坐标为小于某一大 小度量值的空隙的累计百分比，为了放大较小尺度空隙的百分比数据，横坐标采用对数坐 标。空隙的大小度量值可采用空隙的最大宽度、最大截面积、体积、等效直径等，本发明优选 采用空隙的等效直径，即与空隙等体积球体的直径。
[0042] 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。
[0043] 实际上，步骤3所得到的空隙级配曲线，或者空隙在不同尺度的分布数据，或者不 同大小空隙的分布直方图等，都可W直接作为空隙特征的表达形式;但运些特征表现形式 均属于高维特征，会给后续的应用带来极大不便。因此有必要对空隙级配曲线进行特征降 维。
[0044] 经研究发现，对于渐青混合料的空隙级配曲线，双参数韦伯分布模型对其拟合结 果非常好。韦伯(Weibull)分布是一种应用广泛的非正态分布，最初用于描述材料的断裂强 度统计特性，后来经过长期的发展，在其它领域也得到了较好的应用，如材料的开裂力学机 理研究、可靠性研究、环境科学、气象学和海洋学等。韦伯分布模型的模型参数包括尺度参 数λ和形状参数k，其概率密度函数和分布函数分别如下所示：
[0047]经过大量实验发现，对于不同渐青混合料的空隙级配曲线，利用双参数韦伯分布 模型拟合得到相应的尺度参数λ和形状参数k可很好地反映空隙级配的粗细状况。其中，比 例参数λ描述了空隙尺寸的范围，比例参数λ越大，则空隙尺寸的范围越大，空隙级配越粗； 形状参数k描述了空隙级配在某一空隙尺寸范围内的集中程度，形状参数k越小，则不同尺 寸空隙的数量分布越均匀，较大尺寸的空隙数量越多，空隙级配越粗。因此可W用尺度参数 λ和形状参数k作为渐青混合料的空隙特征，运样的二维特征对于后续利用计算机进行的仿 真建模等工作会带来很大的便利。
[004引图2显示了平均空隙直径相似的两种渐青混合料CIR-20与AC-20的空隙级配曲线 图和韦伯分布拟合结果。从图中可W看出两者的空隙在不同直径上的分布是有显著差异 的。与AC-20相比，CIR-20混合料的空隙直径的变化范围更小，且CIR-20混合料的空隙"级 配'更"粗'dCIR-20与AC-20的空隙分布在0.1~1mm(小空隙）的比率分别是14%和7%，而 CIR-20与AC-20的空隙分布在4~10mm(大空隙）的比例分别是8%和27%dCIR-20混合料的 空隙直径均小于7mm，分布在1~2mm区间内的比例最大。相比于AC-20，CIR-20混合料的小空 隙偏多，大空隙偏少。而两者韦伯分布拟合的尺度参数λ和形状参数k充分体现出了两者的 区别。
[0049]综上可知，本发明所提出的空隙特征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。
【主权项】
1. 一种沥青混合料的空隙特征，其特征在于，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沥青混合 料的空隙级配曲线进行拟合得到;所述空隙级配曲线的对数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。2. 如权利要求1所述沥青混合料的空隙特征，其特征在于，所述空隙的大小度量值为空 隙的等效直径。3. -种如权利要求1或2所述空隙特征的提取方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、制备沥青混合料的标准试件，并获取该标准试件的CT扫描图像； 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； 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 对数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； 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，以该尺度参数和形状参数所构成的二维特征向量作为所述沥青 混合料的空隙特征。4. 如权利要求3所述空隙特征提取方法，其特征在于，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。5. 如权利要求3所述空隙特征提取方法，其特征在于，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OTSU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阈值分割。6. 如权利要求5所述空隙特征提取方法，其特征在于，所述底帽变换使用直径为50像素 的圆形结构元素。7. 如权利要求5所述空隙特征提取方法，其特征在于，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。8. 如权利要求5所述空隙特征提取方法，其特征在于，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。
【专利摘要】本发明公开了一种沥青混合料的空隙特征，属于土木工程材料技术领域。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沥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对数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。本发明还公开了一种上述空隙特征的提取方法。本发明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，作为表征沥青混合料特性的一种材料参数。
【IPC分类】G01N15/08
【公开号】CN105445160
【申请号】CN201510783133
【发明人】李强, 高磊, 罗海龙, 张帅, 李国芬
【申请人】南京林业大学
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月16日