[发明专利]一种沥青混合料二维内部结构检测系统及检测方法

权利要求书

1.一种沥青混合料二维内部结构检测系统，其特征在于，包括文件管理模块、图像预处理模块、集料分计筛余识别模块和内部结构特征指标计算模块；文件管理模块、图像预处理模块、集料分计筛余识别模块和内部结构特征指标计算模块依次连接；文件管理模块，用于对沥青混合料试验试件的断面扫描图像进行导入和裁剪；图像预处理模块，用于预处理所述断面扫描图像，对其进行灰度化处理、滤波处理、增强处理、分割处理以及集料粘连与孔洞填充处理；集料分计筛余识别模块，用于对图像预处理结果进行可行性验证，包括图像分辨率输入、IAP输入及试验室集料分计筛余输入；内部结构特征指标计算模块，用于计算内部结构特征指标，包括集料倾角、空隙率、砂浆比、砂浆膜厚及均匀度内部结构特征指标；

集料分计筛余识别模块具体包括以下操作：

(a)集料颗粒识别：包括集料粒径确定和集料最小粒径D_min识别；

集料粒径确定：

采用与集料颗粒具有相同面积的等效椭圆短轴D_j来表征集料颗粒粒径的大小；确定等效椭圆的方法中，与集料颗粒面积相同、长轴等于集料主轴的椭圆这种方法更能准确表征集料实际特性，集料等效短轴用下式计算：

式中，D_j—图像中第j个集料的等效短轴；

A_j—图像中第j个集料的面积；

a_j—图像中第j个集料的主轴；

集料最小识别粒径D_min识别：

采用的扫描精度为1200pix/inch，最终选取0.6mm作为集料最小识别粒径D_min；在识别沥青混合料中集料分计筛余的阶段，仅对粒径大于D_min的集料进行分析；

(b)集料分计筛余识别：包括可识别的集料体积占级配中总集料体积的比例IAP计算和集料分计筛余识别；

沥青混合料由沥青胶浆、集料和空隙组成，则有

V＝V_a+V_s+V_v (16)

式中，V、V_a、V_s、V_v分别为混合料体积、沥青胶浆体积、集料体积和空隙体积；根据试验室机械筛分级配，可知每档集料的质量；同时由于各档集料的相对密度已知，计算出各档集料的体积，则可识别的集料体积占级配中总集料体积的比例IAP由式(17)表示：

式中，V_I—粒径大于D_min的集料体积；

V_i—i筛的筛余集料体积，本研究默认i筛的筛孔尺寸小于i+1筛的筛孔尺寸；集料分计筛余识别：

集料颗粒所处区域内的像素总数通常被用来表示其面积，计算公式见式(18)：

A_k＝N_k·Δx² (18)

式中，A_k—图像中第k个集料颗粒的面积；

N_k—第k个集料颗粒包含的像素点个数；

Δx—单个像素点的长度，取决于图像分辨率；

计算出图像中集料颗粒的面积后，忽略粒径小于D_min的集料，则识别的集料颗粒面积A_I通过式(19)计算：

式中，D_k为图像中第k个集料的等效短轴；

集料颗粒的总面积A_s表示成：

通过i筛，筛孔尺寸取值≥0.6mm的集料分计筛余量根据式(21)计算：

其中，A_j为等效短轴介于[i，i+1]筛孔尺寸区间内的第j个集料面积，且D_i＜D_j＜D_i+1；A_i为等效短轴介于[i，i+1]筛孔尺寸区间内的集料面积总和；

(c)对图像预处理结果进行可行性验证，对预处理过程中参数值的选取进行限定，要求输入的参数值必须保证输出结果满足：利用数字图像识别的通过各档筛的集料分计筛余与试验室测定的实际值PR_i的误差保持在[-5％,5％]的概率≥95％；

(d)当各档集料分计筛余的差值在判定标准之内，进行下一步操作，否则需要不断调试图像预处理过程中各项模板参数，直至满足判定标准。