專利名稱：一種排水瀝青混凝土有效空隙特征參數提取方法
技術領域：
本發明涉及一種排水瀝青混凝土空隙特征的測定方法，特別涉及一種從排水瀝青混凝土斷面的數字圖像中提取其有效空隙分布特征參數的方法。
背景技術：
排水瀝青混凝土面層雨天能迅速排除表面積水，減少濺水和噴霧，并具有良好的表面抗滑性能，可極大增強行車的安全性。同時，它還能夠明顯降低輪胎與路面的噪聲，改善交通對環境的污染。排水瀝青混凝土的突出特點是空隙率高達20％左右，其中包含連通空隙、半連通空隙和封閉空隙。封閉空隙是獨立閉合的空隙，無法吸聲和排水。因此，有效空隙專指連通空隙和半連通空隙，有效空隙率及有效空隙的分布特征是影響排水瀝青混凝土排水和降噪性能的關鍵。目前，設計中主要是用體積法測定成型馬歇爾試件的毛體積相對密度γf，然后根據瀝青混合料的配合比及組成材料密度計算其理論最大相對密度γt，由式VV=(1-γfγt)×100%]]>計算排水瀝青混凝土的空隙率Vv。這種方法只能給出全空隙的體積百分含量，無法真實反映混凝土內部有效空隙的分布特征。此外，現行的排水瀝青混凝土配合比設計方法中，不能反映礦料級配和瀝青用量的變化對混凝土內部空隙分布特征的影響，對有效空隙的分布特征這個關鍵指標沒有相應技術手段進行測定。
發明內容
針對難以測定排水瀝青混凝土有效空隙分布特征參數的問題，本發明對排水瀝青混凝土試樣進行特殊處理，利用計算機數字圖像處理手段，提供一種提取排水瀝青混凝土內部有效空隙分布特征參數的方法。
本發明是按以下步驟實現的(1)將排水瀝青混凝土試樣內部的有效空隙灌入白水泥漿，待硬化后切片制成厚度為1～2cm的測試樣品，以使混凝土內部的有效空隙與骨架結構在灰度上形成反差。
(2)獲取測試樣品表面的數字圖像，應用“cosmos32多功能通用圖像解析軟件”對其進行圖像增強、圖像分割、噪聲消除的處理，然后對二值化圖像進行特征提取，得到有效空隙的數量N、各有效空隙的面積Ai和外周長Li。
(3)計算有效空隙的面積率、平均外周長、平均圓形度，以及有效空隙面積的頻率分布。
其中，以上各參數的意義及計算方法如下有效空隙的數量N即測定區域內被識別的有效空隙個數。
有效空隙的面積率a即各有效空隙面積的總和占測定區域整體面積的百分率，a=A/S=Σi=1NAi/S]]>(Ai每個有效空隙的面積，i＝1～N；S測定區域的面積)。
有效空隙的平均外周長 即各有效空隙外周長的平均值，L-=1NΣi=1NLi]]>(Li 每個有效空隙的外周長，i＝1～N)有效空隙的平均圓形度 即各有效空隙圓形度的平均值，C-=1NΣi=1NCi]]>(Ci 每個有效空隙的圓形度，i＝1～N)。圓形度Ｃi＝(4π×Ai)/Li2，當物體是圓形時，此值為最大(＝1)，物體細長時此值就會變小(圓＝1、橢圓＜1、不規則形狀＜1，離1越遠凹凸程度越大)。
有效空隙面積的頻率分布即各有效空隙在不同面積范圍的數量分布情況。
所述的制成白水泥漿的白水泥，其白度大于等于80。
所述的白水泥漿的水灰比控制在0.48～0.60之間。
本發明通過對排水瀝青混凝土試樣進行處理，利用圖像識別技術得到其內部斷面有效空隙的特征參數，通過這些參數對有效空隙的分布特征能夠進行定量描述。這些參數可以作為配合比設計中參考的一個重要指標，也為進一步探討配合比對排水瀝青混凝土內部有效空隙分布特征的影響規律，以及研究微觀空隙構造和宏觀路用性能的關系奠定了基礎。
圖1是基于圖像識別測定排水瀝青混凝土有效空隙分布特征的工作流程2是放置在試模中的排水瀝青混凝土試樣圖3是放置試樣的試模灌入白水泥漿后的狀態圖4是經過養護，水泥漿硬化后的排水瀝青混凝土試件圖5是試件經過切片后制作的測試樣品圖6是測試樣品表面的數字圖像(RGB模式)圖7是經過模式轉換后的灰度圖像圖8是圖像進行動態透鏡的擴大以后的效果圖9是圖像進行增強濾鏡處理后的效果圖10是圖像進行平滑濾鏡處理后的效果圖11是經過圖像分割處理后的二值圖像圖12是對圖像進行噪聲消除處理后的效果圖13是對識別距離進行標定圖14是有效空隙面積的頻率分布圖
具體實施例方式
下面結合圖1～圖13對本發明作進一步說明。
排水瀝青混凝土試樣可以按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程(JTJ 052-2000)》中“瀝青混合料試件制作方法”的相關要求制作，尺寸為φ101.6mm×63.5mm；或從排水性瀝青路面鉆取芯樣，芯樣直徑為100mm，高度為30mm～80mm。
本實施例主要包括以下三個步驟1.測試樣品的制備與處理本實施例在實驗室制備尺寸為φ101.6mm×63.5mm的排水瀝青混凝土圓柱體試件，將試件放置在15cm×15cm×15cm的試模中，試模底部鋪一層碎石，如圖2所示。
采用白度為88的白水泥，與適量水拌合制成水灰比為0.55的白水泥漿，將其灌入試模中，液面高出試件頂面約3cm。然后，將試模放在振動臺上振約300s，使水泥漿充分進入到試件內部的連通空隙和半連通空隙中，而閉合的封閉空隙則不會進入白水泥漿，如圖3所示。
將試模移至標準養護室中，養護七天后拆模，如圖4所示。
將硬化后的試件切割成厚度為1cm的測試樣品，如圖5所示。
2.數字圖像的獲取與圖像處理采用Sony DSC-H1型數碼相機拍照得到測試樣品表面的RGB模式數字圖像，如圖6所示。本實施例采用“Cosmos32多功能通用圖像解析軟件”對圖像進行處理。
首先將RGB模式的數字圖像轉換為灰度模式，扔掉圖像的所有顏色信息，僅由256級灰度來模擬顏色的層次。然后，通過鼠標的拖放設置測量區域，本實施例中圓形界面的內接正方形虛線框內即選定區域，如圖7所示。
對選定區域進行圖像增強的處理，通過動態透鏡的擴大、增強濾鏡、平滑濾鏡來實現。先對圖像執行動態透鏡的擴大，參數為自動，處理效果如圖8所示。然后，進行增強濾鏡的處理，采用強調8方向的形式，尺寸為5×5，除數為1，處理效果如圖9所示。再進行平滑濾鏡的處理，采取單純平滑化，尺寸為5×5，除數為25，處理效果如圖10所示。圖像增強的目的是改變圖像所具有的濃淡信息，突出對比度，改善圖像質量，使圖像清晰，特征明顯，更有利于計算機識別分析。
對選定區域進行圖像分割，即對測量對象物(空隙)實行提取。圖像分割采用二值化分割的方法，通過指定閾值使圖像二值化，閾值設為175。順序讀取各像素點的灰度值并與閾值比較，凡灰度值小于等于175的象素點轉化為黑色，屬于對象物(空隙)；凡灰度值大于175的象素點轉化為白色，屬于背景(骨架結構)。其數學描述為 T0為閾值，u(x1，x2)為原始圖像的灰度值；g(x1，x2)是二值化處理后輸出圖像的灰度值，如圖11所示。
對圖像進行噪聲消除的處理，對象物為黑色，8臨域連結，畫素數設為50，即除去圖像中大小在50像素數以下的粒子，如圖12所示。
接下來對距離進行標定。按住鼠標左鍵拖動至一定距離，在“實際距離”里輸入鼠標拖動的實際長度，單位是“μm”，則通過圖上像素與實際距離的比值來實現對距離的標定，如圖13所示。
對測定區域進行順序掃描，統計灰度值為255的象素點組成的對象物(空隙)的個數，即得到有效空隙的數量；統計各測量對象物邊緣內部(包括邊緣上的)的像素數總和即得到各有效空隙的面積；統計各對象物(空隙)邊界像素的8鏈碼的長度之和，即得到各有效空隙的外周長。
3.計算有效空隙的分布特征參數通過各有效空隙的面積和外周長，計算得到測定區域中有效空隙的面積率、平均外周長、平均圓形度，并統計得到有效空隙面積的頻率分布。通過有效空隙的數量、面積率、平均外周長、平均圓形度和有效空隙面積的頻率分布來實現對有效空隙的分布特征的定量描述。
本實施例的測定面積為50.1283cm2，測定結果如下所示
有效空隙面積的頻率分布如圖14所示。
有效空隙的數量和面積率反映了排水瀝青混凝土內部包含連通空隙、半連通空隙的有效空隙與骨架的構造情況，為保證排水瀝青混凝土面層排水和降噪的性能良好，同時滿足路用性能的要求，有效空隙的面積率應在8～14％之間。而有效空隙的平均外周長、平均圓形度表征了有效空隙的形狀特征，在面積率大致相同的情況下，有效空隙的平均圓形度越接近1，平均外周長越小，即有效空隙的形狀越接近圓形，越有利于發揮混凝土排水和降噪的功能，一般平均圓形度應大于等于0.45。有效空隙面積的頻率分布，反映了各有效空隙面積大小的構成情況，面積大的有效空隙比率高，則排水與降噪的性能更好。
權利要求
1.一種排水瀝青混凝土有效空隙特征參數提取方法，其特征在于該方法是按以下步驟進行的1)將排水瀝青混凝土試樣內部的有效空隙灌入白水泥漿，待硬化后切片制成厚度為1～2cm的測試樣品；2)獲取測試樣品表面的數字圖像，應用“cosmos32多功能通用圖像解析軟件”對該圖像進行處理，首先任選一測定區域S，對選定區域內的圖像進行圖像增強、圖像分割、噪聲消除的處理，對處理后的圖像進行特征提取，得到有效空隙的數量N、各有效空隙的面積Ai和外周長Li；3)計算有效空隙的面積率、平均外周長、平均圓形度和有效空隙面積的頻率分布；其中，以上各參數的意義及計算方法如下有效空隙的數量N即測定區域內被識別的有效空隙個數；有效空隙的面積率a即各有效空隙面積的總和占測定區域整體面積的百分率；a=A/S=Σi=1NAi/S,]]>其中Ai為每個有效空隙的面積，i＝1～N，S為測定區域的面積有效空隙的平均外周長 即各有效空隙外周長的平均值，L‾=1NΣi=1NLi,]]>其中Li為每個有效空隙的外周長，i＝1～N；有效空隙的平均圓形度 即各有效空隙圓形度的平均值，C‾=1NΣi=1NCi,]]>其中Ci為每個有效空隙的圓形度，圓形度Ci=(4π×Ai)/Li2,]]>i＝1～N；有效空隙面積的頻率分布即各有效空隙在不同面積范圍的數量分布情況。
2.根據權利要求1所述的一種排水瀝青混凝土有效空隙特征參數提取方法，其特征在于所述的制成白水泥漿的白水泥的白度大于等于80。
3.根據權利要求1所述的一種排水瀝青混凝土有效空隙特征參數提取方法，其特征在于所述的白水泥漿的水灰比為0.48～0.60。
全文摘要
本發明涉及一種排水瀝青混凝土有效空隙特征參數提取方法，具體是從排水瀝青混凝土斷面的數字圖像中提取其特征參數的方法。將排水瀝青混凝土試樣內部的有效空隙灌入白水泥漿，待硬化后切片制成測試樣品。獲取測試樣品表面的數字圖像，應用通用圖像解析軟件對該圖像進行圖像增強、圖像分割、噪聲消除的處理，然后再進行特征提取，得到有效空隙的數量N、各有效空隙的面積A
文檔編號G01N21/84GK1995968SQ20071006264
公開日2007年7月11日 申請日期2007年1月12日 優先權日2007年1月12日
發明者張金喜, 郭明洋 申請人:北京工業大學