[发明专利]基于X-ray CT图像的沥青混合料空隙空间结构重构方法

说明书

本发明公开了一种基于X‑ray CT图像的沥青混合料空隙空间结构重构方法，为应用于虚拟数值分析的沥青混合料中空隙的细观结构提供一种基于X‑ray CT图像的沥青混合料空隙空间结构重构方法，实现混合料中空隙三维建模的自动化。本发明基于沥青混合料细观结构中的空隙分布统计，完成从沥青混合料试件X‑ray CT断面图像到空隙空间结构实体模型的自动转换，以辅助统计沥青混合料内部空隙的真实空间分布，并为基于真实细观结构的沥青混合料细观三维数值建模奠定基础。

技术领域

本发明涉及数值分析领域，具体是一种基于X-ray CT图像的沥青混合料空隙空间结构重构方法。

背景技术

沥青混合料由集料、沥青胶浆和空隙组成，其力学行为由三相组分材料的体积含量和空间分布共同决定。其中空隙对沥青路面的抗车辙能力、透水性、疲劳寿命、强度等各性能有着重要的影响。因此研究沥青混合料中空隙的含量及分布，对于准确预测道路的路用及安全性能十分关键。为了准确描述沥青混合料中空隙的形状属性和空间分布，以便在此基础上重构混合料细观数值模型并获得可信的分析结果，建立空隙空间结构的三维模型十分必要。在空隙结构三维建模中存在两个关键问题：一是选取何种参数作为空隙的建模参数；二是如何获取建模参数。

目前对沥青混合料中空隙的研究可以分为宏观和细观两个方面。宏观研究以空隙率为对象，分析实验成型条件对空隙率的影响规律以及空隙率对沥青路面路用性能的影响规律等。而单一空隙率不能反映空隙在混合料中的形状及分布属性，因此难以准确预测混合料的路用性能。细观研究通过图像处理技术分析混合料断面图像中的空隙分布，一方面运用统计方法获得空隙在混合料中的数量、分布及体积等三维参数，另一方面将空隙像素映射为有限元或离散元单元反映到混合料数值模型中模拟细观力学行为。其中，由二维信息统计获得的空隙三维参数由于并没有将空隙的空间分布结构作为参照，准确度有限；而将空隙像素映射为有限元或离散元单元而构建的混合料数学模型，也没有表现出空隙的真实形貌，难以准确模拟空隙对集料颗粒和沥青胶浆之间细观力学行为的影响。同时，其所运用的图像处理技术对空隙的识别率较低。

长安大学2008年国家发明专利《采用CT技术分析多孔沥青混合料空隙结构的方法》(专利号：ZL200810232287.5)利用X-ray CT设备获得混合料横向和纵向断面图像，通过图像处理技术分割出断面图像中的空隙像素后，统计空隙的数量、面积、周长、等效直径、空隙率等二维及三维参数。但是，所采用的基于 阈值分割的空隙像素提取方法识别精度较低，且依据二维分析结果而推导出的空隙三维参数可信度也不高。

华南理工大学2010届博士学位论文《基于X-ray CT和有限元方法的沥青混合料三维重构与数值实验研究》将沥青混合料X-ray CT扫描图像叠加获得混合料的三维可视化模型，设定灰度阈值区分三相材料组分像素后，将各像素映射为有限元单元，建立了混合料的有限元模型。但其构建的有限元模型中没有表现出空隙等各相组分的真实形貌，因此获得的细观力学仿真结果与试验数据偏差较大。

基于上述分析，目前对沥青混合料中空隙的研究方法，不能重现空隙真实的细观结构，而导致所建混合料数值模型的细观力学仿真结果与试验数据间的较大偏差。本发明基于图像处理与三维建模技术，完成对混合料中空隙空间结构的三维实体建模。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于X-ray CT图像的沥青混合料空隙空间结构重构方法，应用于虚拟数值分析的沥青混合料中空隙的细观结构，实现混合料中空隙三维建模的自动化。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

基于X-ray CT图像的沥青混合料空隙空间结构重构方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)输入沥青混合料试件的X-ray CT断面扫描图像文件组graph[n]，用以重构空隙空间结构的实体模型；