[發明專利]一種基于圖像信息熵的瀝青混合料凍融損傷評價方法

有效

• 申請號: 201810671941.6
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN109001248B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 徐慧寧;李恒禎
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N25/14
• 分類號: G01N25/14;G01N23/046
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

一種基于圖像信息熵的瀝青混合料凍融損傷評價方法，屬于道路工程材料損傷領域。所述方法具體步驟如下：步驟一：試樣制備；步驟二：在一定溫度和濕度條件下，進行瀝青混合料試件的凍融循環試驗；步驟三：獲取瀝青混合料試件斷層掃描圖像；步驟四：計算圖像信息熵；步驟五：瀝青混合料凍融損傷狀態分析。本發明的優點是本發明相對于現有技術的有益效果是能夠快速、簡便、準確地計算瀝青混合料試件的連通空隙率，并直觀地輸出連通空隙率沿瀝青混合料高度的分布情況。

技術領域

本發明屬于道路工程材料損傷領域，具體涉及一種基于圖像信息熵的瀝青混合料凍融損傷評價方法。

背景技術

瀝青混合料是一種常用的多孔路面材料，水分是影響其使用性能的重要因素，特別是在凍融交替作用的情況下，瀝青混合料內部水分發生凍脹、遷移，造成內部結構的改變。多次的凍融循環作用下，瀝青混合料損傷加劇，出現嚴重的凍融損害和水損壞，影響瀝青混合料的路用性能，因此有必要對瀝青混合料的凍融損傷進行研究。

現階段對瀝青混合料凍融損傷的研究主要集中在宏觀力學與體積層面，以強度、模量等力學參數和總體空隙率等體積參數評價瀝青混合料的凍融損傷程度，但水分對瀝青混合料的影響主要在細觀層面，宏觀層面的參數只能間接評價凍融損傷程度，不能反映凍融損傷機理。目前在細觀層面也對瀝青混合料凍融損傷展開了相關的研究，但多以空隙率、連通空隙率、空隙數量等細觀體積指標評價瀝青混合料凍融損傷程度，但這些體積指標變化階段不明顯，不能準確反映瀝青混合料凍融損傷程度，因此有必要提出一種新的瀝青混合料凍融損傷評價方法。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有瀝青混合料凍融損傷的評價參數不能準確反映瀝青混合料凍融損傷程度的問題，提供一種基于圖像信息熵的瀝青混合料凍融損傷評價方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

一種基于圖像信息熵的瀝青混合料凍融損傷評價方法，所述方法具體步驟如下：

步驟一：試樣制備：按照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)制備直徑100mm，高63.5mm的瀝青混合料試件；

步驟二：進行瀝青混合料試件的凍融循環試驗；

步驟三：獲取瀝青混合料試件斷層掃描圖像：利用工業CT機對不同凍融次數下的瀝青混合料試件進行掃描，在掃描過程中，確保每次掃描時試件距焦點的位置、掃描時間、掃描電壓、掃描電流、掃描層數相同；利用重構軟件對瀝青混合料試件進行重構，每個瀝青混合料試件間隔≤1mm輸出斷面圖像，確保不同凍融次數下輸出的是同一斷面的圖像，并設置相同的圖像分辨率與尺寸；

步驟四：計算圖像信息熵：利用得到的CT掃描斷層圖像，編制MATLAB程序，對圖像進行邊緣檢測并輸出邊緣檢測后的圖像，計算邊緣檢測圖像的信息熵，具體計算如下：

1、拉普拉斯高斯算子

拉普拉斯高斯算子是由Laplace算子和高斯卷積合成的算子，能夠提高算子對噪聲和離散點的穩定性：Laplace算子通過求圖像的二階導數的零交叉點來實現邊緣的檢測，公式如下：

高斯函數的表達式如下：

定義LoG算子的核函數為：

式中，▽²f為拉普拉斯算子；f為圖像灰度函數；x、y為灰度函數變量；G_σ(x,y)為高斯函數；σ為灰度函數標準差；LoG為拉普拉斯高斯算子；

2、信息熵的計算

對新生成的邊緣檢測圖像進行信息熵的計算，圖像信息熵計算公式如下：