CN117218126B - 图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法，采用图像处理技术获取沥青路面混合料切片信息，根据集料过筛面积，识别出4.75~9.5mm、9.5～13.2mm、>13.2mm三档粒径集料，根据种子填充法得到每个集料的中心坐标及面积，以面积为尺度，计算出每档粒径所有识别出集料的质心坐标，以质心与切片中心距离偏差值评判沥青路面混合料均匀性。本发明受因素影响小，评判结果科学可靠，采用分档与综合相接和方法，提高评价结果的精度，也能依据计算结果寻找出影响均匀性的集料及其分布状态，便于施工过程中及时改进，本发明采用的图像处理以及信息化处理技术，大幅度提高效率，且摆脱沥青混合料均匀性评价对经验依赖性，操作简单、易于实现。

Description

图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法

技术领域

本发明属于图像处理视域识别技术领域，尤其涉及一种图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法。

背景技术

沥青混合料是由粗集料、细集料、矿粉以及沥青，按照一定的比例，在拌合设备中拌合而成，对于沥青混合料拌合效果的重要指标，一般是看混合料拌合均匀性，施工过程中不产生离析现象，沥青混合料路面施工后的不均匀现象，容易引发沥青路面的车辙、坑槽、掉粒、开裂的各类病害，对路面使用寿命产生极大影响。

当前，沥青路面施工质量，主要以沥青混合料的压实度、厚度等作为评判指标，而对于沥青路面施工的均匀性评价指标，尚属于缺失状态，而均匀性评价指标对沥青路面施工质量影响至关重要。现阶段，沥青路面施工后的均匀性，主要依赖于工作者的经验，没有科学的依据，而且，评判结果受到主观意识的影响严重，往往出现偏差，给实际操作带来很多不利。

国内，对于沥青混合料中集料均匀性评价，也有相关的研究，主要采用扫面电镜的方法，识别出切片面的集料，以集料个数、集料的面积比或者单个集料偏心距离作为判断指标，这种评判方法，受到集料粒径、集料分布状态、集料在切片面位置等方面影响较大，评判结果存在较大的误差，尤其是切片面集料个数少时，集料聚集在一个区域时，误差更加明显。因此，急需对沥青混合料路面均匀性进行科学评判，提出一种精确、可靠的均匀性计算方法，进而提升路面施工质量。

发明内容

针对沥青路面混合料均匀性评价对于经验依赖性强，而现有的均匀性评价与计算方法精确度低、可靠性差的难题，本发明提供图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法，通过计算不同粒径中，所有识别出集料的面积质心与中心偏差，以分档集料均匀性计算结果以及所有集料合成均匀性计算结果，评价沥青路面混合料均匀性。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法，包括以下步骤：

将击实成型或路面取芯后的沥青混合料，进行切片处理，切片面为圆形，并采用图像采集设备，对切片面进行图像采集，采集的图像为圆形图像；

对图像进行滤波及直方图均衡化处理；

将沥青混合料中的粗集料划分为粒径为4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、13.2mm以上三档，按照如下公式计算各档集料过筛面积，确定三档集料过筛面积区间值，得出粒径4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、>13.2mm的过筛面积区间值为、、>；

式中：；；

将图像进行单元格划分，以圆形切片的两个切边为坐标轴，并建立坐标系，圆形切片位于坐标系的第一象限，坐标系中一个刻度对应单元格的边长，圆形切片中心坐标（X₀，Y₀）；

单元格划分后，按照坐标轴横轴、纵轴均为R个单元格，单元格及每个集料面积按照下式计算，采用种子填充法，读取出每个集料占据单元格，提取每个集料边缘，根据单元格面积，计算出每个集料的面积，并获取每个集料中心的坐标（X_j，Y_j）；

式中：；；

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以4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、13.2mm以上三档集料过筛面积区间值为指标，根据扫描图片中的集料面积，提取出扫描图片中粒径4.75～9.5mm集料m个、9.5～13.2mm集料n个、>13.2mm集料r个；

根据各档粒径的每个集料的面积，以及每个集料中心坐标，以面积为尺度，按照下式计算各档粒径中所有集料的面积加权的平均质心坐标；

式中：；

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再按照下式计算质心坐标与圆形切片中心坐标的距离，采用质心与中心的距离大小评判各档集料的均匀性；

式中：；；

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按照下式计算各档集料质心加权平均值，确定沥青路面混合料的均匀性评价指标；

+

式中：；

本发明的有益技术效果是：

（1）本发明图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法，打破了沥青混合料均匀性依赖人为的经验判断限制，为沥青混合料的均匀性计算提供理论依据，以扫描图片集料面积的质心与切片中心的距离偏差值作为评判指标，避免样本数量多数、样本分布情况、集料切片位置等方面干扰，所提出的计算和评价方法科学、可靠。

（2）本发明图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法，按照沥青混合料粗集料的粒径进行分档，对不同粒径集料的分别进行均匀性计算，并对混合料整体均匀性进行评价，多指标评判可以提高评价结果的精度，并借助于计算结果，寻找出影响混合料不均匀性的集料组成，并可判断集料分布状况，便于施工过程中及时改进，从而提升路面施工质量。

（3）本发明图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法，采用图像处理技术，以及信息化处理技术，进行沥青路面的混合料均匀性计算，从而大幅度提高了检测与评价的效率，计算结果可以为路面病害成因分析与施工状况分析等提供理论依据，技术内容操作简单、易于实现。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。

本发明中所有的原料，对其来源没有特别限定，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。

本发明中所有的原料，对其纯度没有特别限定，本发明优选采用分析纯或复合材料领域使用的常规纯度。

将击实成型的的沥青混合料马歇尔试件，进行切片处理，切片面为圆形，切片的直径为101mm，采用图像采集设备，对切片面进行图像采集，采集的图像为直径为101mm的圆形图像；

对图像进行滤波及直方图均衡化处理；

将沥青混合料中的粗集料划分为粒径为4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、13.2mm以上三档，

按照如下公式计算各档集料过筛面积，其中4.75mm、9.5mm、13.2mm档的集料过筛面积分别为17.7mm²、70.8mm²、136.8mm²。

式中：；；

确定三档集料过筛面积区间值，得出粒径4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、>13.2mm的过筛面积区间值为17.7～70.8mm²、70.8～136.8mm²、>136.8mm²。

将图像划分为100×100的单元格，按照以圆形切片的两个切边为坐标轴，并建立坐标系，圆形切片位于坐标系的第一象限，坐标系中一个刻度对应单元格的边长，圆形切片中心坐标（50，50）；

按照如下公式计算单元格及每个集料面积，每个单元格面积为。

式中：；；

采用种子填充法，读取出每个集料占据单元格，提取每个集料边缘，根据单元格面积，计算出每个集料的面积，并获取每个集料中心的坐标（X_j，Y_j）；

表1 集料中心坐标及面积计算结果

式中：；；

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以4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、13.2mm以上三档集料过筛面积区间值17.7～70.8mm²、70.8～136.8mm²、>136.8mm²为指标，根据扫描图片中集料面积，提取出扫描图片中粒径4.75～9.5mm集料18个、9.5～13.2mm集料11个、>13.2mm集料7个；

根据各档粒径的每个集料的面积，以及每个集料中心坐标，以面积为尺度，按照下式计算各档粒径中所有集料的面积加权平均质心坐标；

表2 集料面积加权平均质心坐标计算结果

式中：；

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再按照下式计算质心坐标与圆形切片中心坐标的距离，采用质心与中心的距离大小评判各档集料的均匀性；

表3 集料均匀性指标质心距离切片中心偏差计算结果

式中：；

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按照下式计算各档集料质心加权平均值，评价沥青路面混合料的均匀性；

+=6.77

式中：。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法，其特征在于,包括以下步骤：

(1)将击实成型或路面取芯后的沥青混合料，进行切片处理，并采用图像采集设备，对切片面进行图像采集；

(2)对图像进行滤波及直方图均衡化处理；

(3)将沥青混合料中的粗集料划分为粒径为4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、13.2mm以上三档，计算各档集料过筛面积，确定三档集料过筛面积区间值，将图像进行单元格划分，并建立坐标系，坐标系中一个刻度对应单元格的边长；

(4)采用种子填充法，读取出每个集料占据单元格，提取每个集料边缘，根据单元格面积，计算出每个集料的面积，并获取每个集料中心的坐标；

(5)以4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、13.2mm以上三档集料过筛面积区间值为指标，根据扫描图片中的集料面积，提取出扫描图片中粒径4.75～9.5mm集料m个、9.5～13.2mm集料n个、>13.2mm集料r个；

(6)根据各档粒径的每个集料的面积，以及每个集料中心坐标，计算各档粒径中所有集料的面积加权的平均质心坐标，再计算平均质心坐标与圆形切片中心坐标的距离，采用质心与中心的距离大小评判各档集料的均匀性，评判沥青混合料的均匀性；

坐标系的建立，以圆形切片的两个切边为坐标轴，圆形切片位于坐标系的第一象限，圆形切片中心坐标(X₀，Y₀)；

单元格划分，按照坐标轴横轴、纵轴均为R个单元格，单元格及每个集料面积按照下式计算，并按照下式计算每个集料中心的坐标：

S_j＝S_R×j

式中：S_R—单元格面积，mm²；D—圆形切片直径，mm；

S_j—集料面积，mm²；j—集料占单元格个数；

X_j—单个集料中心横坐标；X_k—单个集料所占各个单元格横坐标；Y_j—单个集料中心纵坐标；Y_k—单个集料所占各个单元格纵坐标；

根据各档粒径的每个集料的面积，以及每个集料中心坐标，按照如下公式计算各档粒径中所有集料的面积加权平均质心坐标，以及平均质心坐标与圆形切片中心坐标的距离：

式中：X_4.75～9.5—4.75～9.5mm档m个集料的面积加权平均质心横坐标；

Y_4.75～9.5—4.75～9.5mm档m个集料的面积加权平均质心纵坐标；

X_9.5～13.2—9.5～13.2mm档n个集料的面积加权平均质心横坐标；

Y_9.5～13.2—9.5～13.2mm档n个集料的面积加权平均质心纵坐标；

X_>13.2—>13.2mm档r个集料的面积加权平均质心横坐标；

Y_>13.2—>13.2mm档r个集料的面积加权平均质心纵坐标；

—4.75～9.5mm档各个集料面积，mm²；

—9.5～13.2mm档各个集料面积，mm²；

—>13.2mm档各个集料面积，mm²；

—4.75～9.5mm档各个集料中心横坐标；

—9.5～13.2mm档各个集料中心横坐标；

—>13.2mm档各个集料中心横坐标；

Y_j ¹—4.75～9.5mm档各个集料中心纵坐标；

Y_j ²—9.5～13.2mm档各个集料中心纵坐标；

Y_j ³—>13.2mm档各个集料中心纵坐标；

L_4.75～9.5—4.75～9.5mm档集料的质心与切面中心距离；

L_9.5～13.2—9.5～13.2mm档集料的质心与切面中心距离；

L_>13.2—>13.2mm档集料的质心与切面中心距离；

按照如下式计算沥青路面混合料均匀性指标：

式中：L_p—沥青路面混合料均匀性指标。

2.如权利要求1所述的图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法，其特征在于：沥青混合料切片面为圆形，采集的图像为圆形图像。

3.如权利要求1所述的图像处理视域下沥青混合料均匀性计算方法，其特征在于：各档集料过筛面积，按照如下方法计算，粒径4.75～9.5mm、9.5～13.2mm、>13.2mm的过筛面积区间值为S_4.75～S_9.5、S_9.5～S_13.2、>S_13.2；

式中：S_i—i筛孔的过筛面积，mm²；D_i—i筛孔的尺寸，mm。