Sbs改性沥青相态分布特性的荧光显微图像分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种SBS改性沥青相态分布特性的荧光显微图像分析方法，具体涉及 一种适用于荧光显微手段分析试验室高速剪切乳化机制备聚合物改性沥青相态分布特征 的方法。
【背景技术】
[0002] 传统方法主要通过破坏性试验评价共混材料中外掺物的相容程度，如沥青离析试 验，试验过程繁杂，需消耗大量人工、材料、能源和时间，故而基于共混材料显微相态的分布 特征理论得到了快速发展。聚合物改性沥青属于典型的两相共混体系，聚合物相态分布特 征是决定其各项使用性能的重要指标，其相态结构特征主要包括沥青单相连续、两相互锁、 聚合物单相连续三种形式。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种基于荧光显微图像的SBS改性沥青相态分布特性分析 方法，本发明给出了聚合物改性沥青相态分布特性的图像评价方法，并确定了定量的评价 参数，避免了传统试验的大量器具和时间耗费。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的，SBS改性沥青相态分布特性的荧光显 微图像分析方法，首先对标准方法采集的荧光显微图像进行滤波分析、分割处理得到表示 沥青相和聚合物相的二值图像，然后提取图像中的聚合物形态并转为二值文件，最后对二 值图形文件矩阵进行分块操作，将图像主矩阵（主图）等分为若干子矩阵（子图）并提取 主图连通域的数量及各个子图中的聚合物粒子数量，并据此计算图的克里斯钦森系数；根 据其连通域的数量判断聚合物改性沥青的相态结构特征，即沥青单相连续、两相互锁、聚合 物单相连续，并结合聚合物粒子分布的克里斯钦森系数定量刻画聚合物在沥青中的分布特 征。
[0005] 首先对标准方法采集的荧光显微图像进行滤波分析、分割处理得到表示沥青相和 聚合物相的二值图像，然后提取图像中的聚合物形态并转为二值文件，最后对二值图形文 件矩阵进行分块操作，将图像主矩阵等分为若干子矩阵并提取图像主矩阵连通域的数量及 各个子矩阵中的聚合物粒子数量，并据此计算图的克里斯钦森系数；根据其连通域的数量 判断聚合物改性沥青的相态结构特征，即沥青单相连续、两相互锁、聚合物单相连续，并结 合聚合物粒子分布的克里斯钦森系数定量刻画聚合物在沥青中的分布特征。
[0006] 优选的，所述分析方法具体包括如下步骤：
[0007] (1)采集SBS改性沥青荧光显微图像，以其灰色图像为研究对象；
[0008] (2)对所述灰色图像进行滤波分析，确定最佳邻域水平；
[0009] (3)对所述经过最佳邻域水平处理的灰色图像进行分割处理，按照"类间方差最 大"原则，寻找经滤波图像的全局最佳分割阈值，将经滤波处理的灰色图像二值化，得到表 示聚合物和沥青背景的二值图像；
[0010] (4)对所述二值图像的数字矩阵进行分块处理，按照4连通寻找主图连通域的数 量C，并提取各子图的聚合物粒子数n1;
[0011] (5)计算克里斯钦森系数：
[0012] (6)分别以所述克里斯钦森系数、连通域的数量为纵坐标，绘制其随剪切时间和改 性剂掺量变化的曲线。
[0013] 优选的，所述采集SBS改性沥青荧光显微图像，包括以下步骤：
[0014] (1)采用高速剪切乳化法制备SBS掺量分别为3%、4%、5%、6%、7%的改性沥青， 并按照规范要求在剪切90分钟时取样、浇筑、冷却、刮平软化点试样，以备观测使用；
[0015] (2)使用荧光采集系统获取SBS改性沥青软化点试样图像文件。
[0016] 优选的，所述对图像进行滤波分析，确定最佳邻域水平，包括以下步骤：
[0017] (1)将彩色图像转换为灰度图像；
[0018] (2)采用不同邻域水平的维纳滤波器对灰度图像进行滤波处理；
[0019] (3)提取滤波后图像的聚合物粒子数量；
[0020] (4)绘制"粒子数量-邻域水平"关系曲线；
[0021] (5)取用粒子数量趋于稳定时对应的邻域水平为最佳邻域水平，对应的滤波图像 为最终研究对象。
[0022] 优选的，所述计算克里斯钦森系数的方法为：
[0023] (1)计算分块子图中聚合物粒子数的平均值，记为u;
[0024] (2)计算分块子图中聚合物粒子的绝对离差平均值，记为v;
[0025]
[0026] (3)计算克里斯钦森系数K;
[0027]
[0028] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0029] 第一，本发明提供的SBS改性沥青相态分布特性的荧光显微图像分析方法，通过 软化点试样即可采集得到SBS改性沥青的微观图像，通过标准的图像处理、特征提取步骤 即可获得聚合物相态结构的定量描述参数，即连通域的数量和克里斯钦森系数。与传统破 坏性试验相比，既避免了大量的时间、材料和能源消耗，又能直观、定量分析改性沥青的微 观结构。
[0030] 第二，与传统试验相比，本发明克服了室内试验估测聚合物分布相容性的不足，避 免了传统试验耗费大量的人力物力的缺点。
[0031] 第三，本发明方法引入了荧光显微图像技术，具有效率高、成本低等优点，可以快 速、定量地分析亚微观尺度SBS改性沥青的相态分布特性。
【附图说明】
[0032] 图1为荧光显微图像方法分析SBS改性沥青相态分布特性的实现步骤。
[0033] 图2为SBS改性沥青荧光显微图像的灰度图像。
[0034] 图3为图像滤波操作对聚合物微小粒子的"吞噬"现象，随着邻域水平的增加（从 左到右），图像中细微粒子在逐步消失，其中图3 (a)为经邻域水平5X5滤波处理的图像， 图3 (b)为经邻域水平10X10滤波处理的图像，图3 (c)为经邻域水平20X20滤波处理的 图像，图3(d)经邻域水平40X40滤波处理的图像。
[0035] 图4为粒子数随邻域水平的变化曲线。
【具体实施方式】
[0036] 量化评价SBS改性沥青相态分布特性的实现过程：
[0037] 在本发明中，微观观测样本按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011)中软化点试样制备；待试样冷却至室温，置于OLYMPUS荧光显微镜下，以放大倍 数20X、图