[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

摘要

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。

主权项

1.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；所述沥青混合料试件是指以沥青材料和集料按适当比例配制，胶结成整体的圆柱形样本，记半径为radius，高度为height；所述X‑ray CT断面扫描图像文件组是指使用X‑ray CT设备以一定纵向长度间隔扫描沥青混合料试件获取的图像数组，其中，图像数组中的元素均为BMP格式，分辨率为512×512像素的灰度图像文件；所述灰度图像文件是指将彩色图像中像素的颜色分量值按照一定比例进行加权，并将加权值附于每个颜色分量而获得的图像文件，其中，灰度图像中所有像素的灰度均介于0到255之间；所述空隙空间结构是指反映沥青混合料试件中所有空隙的几何形状及分布信息的空间结构；所述实体模型是指以边界表示法表示的三维几何结构，记为模型M＝(FACE,EDGE,VERTEX,R)，其中FACE表示模型中面的集合，EDGE表示边的集合，VERTEX表示顶点的集合，R表示模型中各元素之间的邻接关系；记录着面的类别：平面、样条面，以及面的曲面方程，其中face为FACE中的元素；记录着边的曲线方程，其中edge为EDGE中的元素；记录着顶点的坐标p(x,y,z)，其中vertex为VERTEX中的元素；R＝{r1,r2}，其中：r1＝{(face1,face2,edge)|edge∈face1∩face2,edge∈EDGE,facei∈FACE,i＝1,2}，r1表示face1和face2相邻于边edge；r2＝{(edge1,edge2,vertex)|vertex∈edge1∩edge2,vertex∈VERTEX,edgei∈EDGE,i＝1,2}，r2表示edge1和edge2相邻于点vertex；(2)使用空隙轮廓检测算法，识别出每幅X‑ray CT断面扫描图像graph[i]中各单个空隙的轮廓像素，其中i＝1,2,…,n；获得相应的空隙轮廓面实体模型，并建立沥青混合料中各单个空隙与相应的轮廓面实体模型间的映射关系；(3)输入各单个空隙所对应的全部轮廓面实体模型其中k＝1,2,…,m，调用ACIS7.0的底层建模功能Skinning，获得BODY类型的单个空隙实体模型M_k，其中k＝1,2,…，m；所述空隙轮廓面实体模型是指以P_j中像素的拟合结果为边界的平面的实体模型，所述轮廓像素链表是指用以存储graph[i]中第j个空隙轮廓的轮廓像素的链表型数据结构；(4)输入各单个空隙实体模型Mk，其中k＝1,2,…，m；调用ACIS7.0的底层建模功能Boolean_Unite，获得BODY类型的空隙空间结构实体模型M，该模型以边界表示法表示各单个空隙的三维几何结构和在沥青混合料试件中的分布规律，最终存储为SAT格式的图形文件，可应用于沥青混合料内部空隙的真实空间分布统计及沥青混合料细观数值分析；所述空隙空间结构实体模型M是指能够反映沥青混合料试件中一定尺寸之上的所有空隙的形状属性及在试件中分布规律的空隙空间结构三维模型；所述沥青混合料细观数值分析是指基于沥青混合料细观结构，用于预测沥青混合料的力学和热传导等性能的数值仿真。