[发明专利]基于傅里叶变换干涉函数的集料形貌特征表征方法及系统

说明书

本发明提供的一种基于傅里叶变换干涉函数的集料形貌特征表征方法及系统，方法包括：采集集料形貌特征的数字图像；从所述数字图像中自动识别和重建集料表面图，得到集料表面的三维坐标矩阵z₁(x，y)；对所述集料表面的三维坐标矩阵z₁(x，y)进行再处理，以修改和改进重建集料表面图，得到集料表面的三维坐标矩阵z₂(x，y)；分析集料形态学特征，包括角度和纹理，得到最终的集料表面的三维坐标矩阵z(x，y)。本发明在由数字图像重建的三维集料表面图像的基础上，量化集料的形状、角度和纹理，并将角度与纹理通过二维傅里叶变换干涉函数进行分离，对集料的形态学特征进行分析，达到快速、可靠地表征集料形貌。

技术领域

本发明属于道路集料检测技术领域，尤其涉及一种基于傅里叶变换干涉函数的集料形貌特征表征方法及系统。

背景技术

集料是沥青混凝土、水泥混凝土和颗粒基层的重要组成部分。集料的形态特征，包括形状、角度和表面纹理，对其力学性能和使用性能有重要影响。这些形态特征影响集料相互作用以及集料和粘合剂之间的连接强度。因此，集料形态特征的量化对于更好地控制集料质量和改善沥青混凝土和水泥混凝土的性能至关重要。

在过去的几十年里，研究测量集料形态特征方法主要分为两类：直接测量法和间接测量法。直接测量法采用肉眼观测或是数据图像分析的测量方法，如使用游标卡尺测量集料的三维尺寸；但直接测量法试验时间很长，试验量很大，主观性较大。间接测量法根据集料的孔隙率或是抗剪强度推算其形状特征，其测量对象是集料的颗粒形状和宏观纹理特征，且不能分离轮廓形状、轮廓性和表面粗糙度，并非真正的表面纹理粗糙度，评定指标也是经验性的。

无论是直接手工测量方法还是间接测量方法，都难以及时准确地测量形态学特征。数字成像技术为这个问题提供了另一种解决方案。通过使用各种计算算法分析集料的数字图像，数字成像技术已被广泛用于集料形貌表征。

基于数字图像的集料形状特征的评价方法：图像侵蚀-膨胀法、小波变换法。伊利诺伊大学图像分析仪(UIAIA)采用图像侵蚀-膨胀法研究集料的表面粗糙度，首先将集料颗粒的图像采用先侵蚀后膨胀方法进行处理，采用表面参数ST值表征边界上的表面粗糙特征，表面越粗糙，边界信息损失越严重，图像处理前后面面积的相对差异ST值越大。第二代集料图像分析仪(AIMSII)采用小波变换法对集料图像进行多尺度分解获得集料颗粒的表面纹理特征；集料表面纹理越粗糙，则其表面粗糙度参数越大。这些聚合成像技术使用不同的成像方法和不兼容的计算理论来量化数字图像中的形状、角度和表面纹理，有时会导致无法比较的形态特征值。其中一些成像技术基于从数字图像计算出的聚集表面的2D或半3D坐标来分析形态特征。由于二维或半三维集料坐标无法准确表示真实集料的实际三维表面，这些方法的精度有限。

发明内容

本发明实施例提供一种基于傅里叶变换干涉函数的集料形貌特征表征方法及系统，用于解决现有技术中无法快速、准确表征真实集料形貌特征的问题。

本发明实施例提供一种基于傅里叶变换干涉函数的集料形貌特征表征方法，该方法包括：

S1：采集集料形貌特征的数字图像；

S2：从所述数字图像中自动识别和重建集料表面图，得到集料表面的三维坐标矩阵z₁(x，y)；

S3：对所述集料表面的三维坐标矩阵z₁(x，y)进行再处理，以修改和改进重建集料表面图，得到集料表面的三维坐标矩阵z₂(x，y)；

S4：基于所述集料表面的三维坐标矩阵z₂(x，y)分析集料形态学特征，包括角度和纹理，得到最终的集料表面的三维坐标矩阵z(x，y)，其中分析集料形态学特征的角度和纹理时：