本发明专利技术公开了一种基于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。本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数值分析领域，具体是一种基于X-rayCT图像的沥青混合料空隙空间 结构重构方法。
技术介绍
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。因此研宄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宄可以分为宏观和细观两个方面。宏观研宄以空隙 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。细观研宄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年国家专利技术专利《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-rayCT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-rayCT和有限元方法的沥青混合料 三维重构与数值实验研宄》将沥青混合料X-rayCT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宄方法，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。本专利技术 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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于X-rayCT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，本专利技术所采用的技术方案为： 基于x-rayCT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-rayCT断面扫描图像文件组graph，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-rayCT断面扫描图像文件组是指使用X-rayCT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 512X512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；V/aCeeF/1CE，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；Va細eEDGmk着边的曲线方程，其中edge为EDGE中的元素； VvcvfevG ,记录着顶点的坐标p(X，y，z)，其中vertex为VERTEX中的元 素； R= {i^，r2}，其中： 1^={(face"face2,edge) |edgeGface!flface2,edgeGEDGE,face!GFACE,i =1，2}，n表示face丨和face2相邻于边edge; r2= {(edge " edge2, vertex) | vertex G edge! fl edge 2, vertex G VERTEX, edge! G ED GE, i= 1，2}，r2表示edge丨和edge2相邻于点vertex ; (2)使用空隙轮廓检测算法，识别出每幅X-rayCT断面扫描图像graph(i= 1，2,…，n)中各单个空隙的轮廓像素，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【主权项】1.，其特征在于：包括以下步 骤： (1) 输入沥青混合料试件的X-rayCT断面扫描图像文件组graph，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-rayCT断面扫描图像文件组是指使用X-rayCT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 512X512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〇 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； 砂m，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； 啦~ED6T，记泌着边的曲线方程，其中edge为EDGE中的元素； Vverteve ,记录着顶点的坐标p(X，y,z)，其中vertex为VERTEX中的元素； R= {A，r2}，其中： r:= {(face 1； face2, edge) | edge G facej fl face 2, edge G EDGE, face本文档来自技高网...
【技术保护点】
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](i＝1,2,…,n)中各单个空隙的轮廓像素，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(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Mk(k＝1,2,…,m)；(4)输入各单个空隙实体模型{Mk|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。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：金灿，王鑫磊，张卫华，刘凯，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。