CN103163061A - 利用体视显微镜与面光源结合获取细集料几何特性的方法 - Google Patents

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谭忆秋
徐慧宁
张红
姚形傲
王艺壮
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Abstract

利用体视显微镜与面光源结合获取细集料几何特性的方法，它涉及一种利用数字图像技术获取细集料几何特性的方法。本发明解决了现有方法所存在的测量范围窄和测量精度低的技术问题。本方法如下：将所测细集料水洗并筛分；采用体视显微镜，用面光源作为背景，在不同分辨率下获取不同粒径的细集料颗粒图像；最后用专业图像处理软件Image-Pro Plus对图像进行处理，获取细集料颗粒几何特性的量化值。本发明方法测量范围广且测量精度高：能精确测量2.36mm、1.18mm和0.6mm细集料颗粒的形状、棱角和纹理特性。

Description

利用体视显微镜与面光源结合获取细集料几何特性的方法
技术领域
本发明涉及一种利用数字图像技术获取细集料几何特性的方法。
背景技术
在沥青混合料中，细集料是指粒径小于2.36mm的天然砂、人工砂(包括机制砂)及石屑。细集料作为沥青混合料的主要组成原材料之一，比例可达40％～50％，其几何特性对沥青混合料的路用性能具有重要影响。在Superpave沥青混合料设计体系中，对细集料棱角性的要求已成为评价细集料质量的重要依据；国内行业标准中也引入了细集料棱角性的测试方法。细集料几何特性的重要性越来越受到人们的关注。
现有细集料几何特性的测量方法主要有：
间隙率法：该方法通过测定一定量的细集料通过标准漏斗，装入标准容器中的间隙率，来评价细集料的棱角性。
流动时间法：该方法通过测定一定体积的细集料全部通过标准漏斗所需要的流动时间，来评价细集料的棱角性。
ASTM D3398法：该方法将每一级粒径的集料分3层用一个特定质量和尺寸捣棒装入一个特定尺寸的圆筒中，用捣棒分别插捣10次和50次，测量出每个插捣次数下的集料的质量m。然后，根据圆筒的体积和集料的毛体积密度计算出不同插捣次数下的空隙率q，根据空隙率的值计算每一粒径的棱角性系数Ia。最后按照每一级粒径所占的比例及其棱角性系数，得到整个级配的平均棱角性系数，用来评价细集料的形状和纹理特性。
这三种方法虽然操作简单、设备价格便宜，但缺点是：不能全面反映细集料的形状、棱角和纹理；三种方法均是间接测量方法，无法直观得到细集料的几何特性；测量结果人为因素比较大，精度不高。
近年来，随着计算机数字图像技术的发展，基于数字图像技术的细集料几何特性的研究逐渐成为热点。国内外学者提出了一些基于数字图像技术测量细集料几何特性的方法，但是大多数方法是利用普通的数码相机，仅能获取2.36-4.75mm的细集料颗粒图像，测量范围窄；由于所获图像的分辨率较低，需要对所获图像进行一系列的后期处理，操作繁琐；利用所获图像分析细集料的纹理特性时，误差较大。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有方法所存在的测量范围窄和测量精度低的技术问题，提供了一种利用体视显微镜与面光源结合准确且全面获取细集料几何特性的方法。
利用体视显微镜与面光源结合获取细集料几何特性的方法按照以下步骤进行：
一、将所测细集料采用水洗的方法除去粒径小于0.075mm的粉尘部分，并将所测细集料进行筛分，得到粒径为2.36-4.75mm、1.18-2.36mm和0.6-1.18mm的细集料颗粒；
二、采用体视显微镜，用面光源作为背景，将步骤一得到的粒径为2.36-4.75mm、1.18-2.36mm和0.6-1.18mm的细集料颗粒放在面光源上，然后在高分辨率为0.012mm/pixel、低分辨率为0.06mm/pixel的条件下获取粒径为2.36mm-4.75mm的细集料颗粒图像，
在高分辨率为0.006mm/pixel、低分辨率为0.03mm/pixel的条件下获取粒径为1.18mm-2.36mm的细集料颗粒图像，
在高分辨率为0.003mm/pixel、低分辨率为0.015mm/pixel的条件下获取粒径为0.6mm-1.18mm的细集料颗粒图像；
三、将步骤二所得的细集料颗粒图像用专业图像处理软件Image-Pro Plus进行处理，获取细集料颗粒几何特性的量化值。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明方法利用数字图像技术，对细集料图像进行测量，获取直观描述细集料几何特性的量化值；
(2)本发明方法通过低分辨率的图像分析细集料的棱角特性，高分辨率的图像分析细集料的形状和纹理特性，从而全面获取细集料的几何特性；
(3)本发明方法测量范围广，能精确测量粒径为2.36-4.75mm、1.18-2.36mm和0.6-1.18mm细集料颗粒的几何特性；
(4)测量精度高。本发明方法利用具有高分辨率的体视显微镜保证了所获图像的清晰性，同时用面光源作为背景光源，避免了图像中背景与集料的难分辨性；
(5)操作简单。本发明所用的体视显微镜操作非常简单，无需专业人员。
附图说明
图1是本发明利用的图像获取系统的结构示意图，图中1表示准焦螺旋，2表示物镜螺旋，3表示载物台，4表示面光源，5表示体视显微镜，6表示摄像机，7表示电脑；
图2是实验一中0.003mm/pixel分辨率的0.6mm机制砂颗粒图像；
图3是实验一中0.015mm/pixel分辨率的0.6mm机制砂颗粒图像；
图4是实验一中0.003mm/pixel分辨率的0.6mm天然砂颗粒图像；
图5是实验一中0.015mm/pixel分辨率的0.6mm天然砂颗粒图像；
图6是9种细集料的等效椭圆长短轴比Aspect图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中利用体视显微镜与面光源结合获取细集料几何特性的方法按照以下步骤进行：
一、将所测细集料采用水洗的方法除去粒径小于0.075mm的粉尘部分，并将所测细集料进行筛分，得到粒径为2.36-4.75mm、1.18-2.36mm和0.6-1.18mm的细集料颗粒；
二、采用体视显微镜5，用面光源4作为背景，将步骤一得到的粒径为2.36-4.75mm、1.18-2.36mm和0.6-1.18mm的细集料颗粒放在面光源4上，然后在高分辨率为0.012mm/pixel、低分辨率为0.06mm/pixel的条件下获取粒径为2.36mm-4.75mm的细集料颗粒图像，
在高分辨率为0.006mm/pixel、低分辨率为0.03mm/pixel的条件下获取粒径为1.18mm-2.36mm的细集料颗粒图像，
在高分辨率为0.003mm/pixel、低分辨率为0.015mm/pixel的条件下获取粒径为0.6mm-1.18mm的细集料颗粒图像；
三、将步骤二所得的细集料颗粒图像用专业图像处理软件Image-Pro Plus进行处理，获取细集料颗粒几何特性的量化值。
本实施方式中所用的体视显微镜5的型号为SZM-45，体视显微镜5与摄像机6和电脑7相连接。
本实施方式步骤二中采用体视显微镜5的操作方法为：选取分度值为1mm、刻度清晰的直尺放在显微镜的载物台3上，调节直尺的位置，使其图像平行于图框的一边；旋转显微镜的物镜螺旋2，调节物体的放大倍数，旋转准焦螺旋1，调节图像的清晰度；根据图像的大小(通过Image Pro-Plus的Edit-Info获得)和直尺上1mm放大后的长度，判断图像的分辨率(如若直尺平行于图像大小为768pixel的边，则当直尺上1mm的长度放大为2.3mm时，此时图像的分辨率为0.003mm/pixel)，调节好显微镜的分辨率后，保持物镜的放大倍数不变；将细集料颗粒放在面光源4上，旋转准焦螺旋1，调节图像的清晰度，直至在屏幕上看到清晰的颗粒图像；在电脑7上保存图像。
本实施方案步骤三中用Image-Pro Plus软件处理图像的操作方法为：用Irregular AOI功能，从图像中选取细集料颗粒；用Measure-Count/Size-Edit-ConvertAOI to Object功能，将从图像中选取的细集料颗粒转化为测量对象；用Measure-Count/Size-Measure-SelectMeasurements功能，选择表征细集料几何特性的测量项目，点击Measure进行测量；用Measure-Count/Size-File-Export Date功能，将测量结果输出到Excel表格中。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤二中采用体视显微镜，用面光源作为背景，在不同分辨率下获取不同粒径的细集料颗粒。其他与具体实施方式一相同。
采用下述实验验证本发明方法：
实验一：
利用体视显微镜与面光源结合获取细集料几何特性的方法按照以下步骤进行：
一、将所测机制砂和天然砂采用水洗的方法除去粒径小于0.075mm的粉尘部分，并进行筛分，得到粒径为0.6-1.18mm的细集料颗粒；
二、采用体视显微镜，用面光源作为背景，将经过步骤一处理的0.6-1.18mm的机制砂颗粒和天然砂颗粒放在面光源上，在高分辨率为0.003mm/pixel、低分辨率为0.015mm/pixel的条件下获取颗粒图像；
从图2与图3或图4与图5的比较中可以看出：高分辨率的图像能较清晰的看到颗粒的纹理，而低分辨率的图像只能看到颗粒的棱角；从图2与图4的比较中可以看出：机制砂与天然砂相比，其棱角和纹理都较明显。因此，通过本发明方法可以有效评价不同种类细集料的几何特性。
实验二：
利用体视显微镜与面光源结合获取细集料几何特性的方法按照以下步骤进行：
一、将所测9种细集料采用水洗的方法除去粒径小于0.075mm的粉尘部分，并进行筛分，得到粒径为0.6-1.18mm的细集料颗粒；
二、采用体视显微镜，用面光源作为背景，将经过步骤一处理的0.6-1.18mm的细集料颗粒放在面光源上，在高分辨率为0.003mm/pixel的条件下获取图像；
三、将步骤二所得的颗粒图像用Image-Pro Plus软件进行处理，获取表征细集料颗粒形状特性的等效椭圆长短轴比Aspect。
图6是9种细集料的等效椭圆长短轴比Aspect，9种细集料中，1-5号为石屑，6-9号为机制砂。从图6中可以看出：石屑和机制砂的等效椭圆长短轴比Aspect具有显著差异，石屑明显大于机制砂。从以上分析可知，通过本发明方法可以有效测量不同种类细集料的几何特性差异。

Claims (2)

1.利用体视显微镜与面光源结合获取细集料几何特性的方法，其特征在于利用体视显微镜与面光源结合获取细集料几何特性的方法按照以下步骤进行：
一、将所测细集料采用水洗的方法除去粒径小于0.075mm的粉尘部分，并将所测细集料进行筛分，得到粒径为2.36-4.75mm、1.18-2.36mm和0.6-1.18mm的细集料颗粒；
二、采用体视显微镜，用面光源作为背景，将步骤一得到的粒径为2.36-4.75mm、1.18-2.36mm和0.6-1.18mm的细集料颗粒放在面光源上，然后在高分辨率为0.012mm/pixel、低分辨率为0.06mm/pixel的条件下获取粒径为2.36-4.75mm的细集料颗粒图像；
在高分辨率为0.006mm/pixel、低分辨率为0.03mm/pixel的条件下获取粒径为1.18-2.36mm的细集料颗粒图像；
在高分辨率为0.003mm/pixel、低分辨率为0.015mm/pixel的条件下获取粒径为0.6-1.18mm的细集料颗粒图像；
三、将步骤二所得的细集料颗粒图像用专业图像处理软件Image-Pro Plus进行处理，获取细集料颗粒几何特性的量化值。
2.根据权利要求1所述利用体视显微镜与面光源结合获取细集料几何特性的方法，其特征在于步骤二中采用体视显微镜，用面光源作为背景，在不同分辨率下获取不同粒径的细集料颗粒。
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