瀝青—集料黏附性評價系統(tǒng)研究

董文姣 柏正云

(1.天津華興勘察設計有限公司，天津 300000； 2.天津市市政工程設計研究院，天津 300000)

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瀝青—集料黏附性評價系統(tǒng)研究

董文姣1柏正云2

(1.天津華興勘察設計有限公司，天津 300000； 2.天津市市政工程設計研究院，天津 300000)

對瀝青—集料黏附性評價系統(tǒng)進行了研究，通過對比分析，系統(tǒng)優(yōu)選紅色發(fā)光二極管組作為光源；白色作為系統(tǒng)底部背景，黑色作為內壁背景，并采用數(shù)碼相機采集圖像，利用Image Pro-plus軟件進行圖像數(shù)據(jù)化處理，該系統(tǒng)減少了人為觀測誤差，提高了瀝青—集料黏附性測試結果的精確度。

瀝青，黏附性，光源，圖像

0 引言

當前規(guī)范中瀝青—集料的黏附性評價主要依靠人工觀測。人工觀測比較隨意，所以很難精確評價集料對黏附性的影響。為減少人為觀測的隨意性，采用圖像數(shù)據(jù)化處理的方法，將瀝青在集料表面的圖像轉化為數(shù)據(jù)，再計算殘留率。另一方面，瀝青表面相對較為光滑，自然光照射，容易產生鏡面反射；而集料表面較為粗糙，自然光照射，容易產生漫反射。由于自然光入射角度范圍很大，所以反射產生各種角度。因此，在采集的圖像中，瀝青—集料顏色差異很小，顏色分界不清晰，軟件圖像數(shù)據(jù)處理也會出現(xiàn)計算偏差，最終影響測試結果的精確度。為了解決以上問題，故本文設計了瀝青—集料黏附性評價系統(tǒng)，來提高黏附性測試的精確度。該系統(tǒng)主要從三個方面來研究提高黏附性評價的精度。

1 照明系統(tǒng)

照明系統(tǒng)目標是將光線投射到被測物體上，目標是在于將瀝青與集料區(qū)別開來，以便于圖像提取時，能分辨彼此之間的差異，使軟件數(shù)據(jù)化處理時更容易、準確。如上文所述，因為自然光的入射角差異太大，故需要選取方向性較強的光源來投射被測物。本節(jié)主要對潛在光源進行對比分析，對投射方式進行試驗研究。

1.1 光源的選擇

本文通過對比研究，選擇了半導體二極管作為潛在光源。而半導體二極管有激光二極管和發(fā)光二極管之分。

激光二極管發(fā)出的光是激輻射光[1]，它的優(yōu)點是激輻射光是相干光，相干光的單色性和方向性非常好。這有利于避免自然光入射角各異的缺點，并且由于單色性好，對圖像提取不產生干擾。但是激光二極管的缺點也很明顯，單價較高且非常容易損壞，使用操作不正確或者散熱不良時容易燒毀[2]。發(fā)光二極管有與激光二極管類似的優(yōu)點，尤其是單色性和方向性同樣的出色[3]。除此之外，發(fā)光二極管還有其他的優(yōu)點：1)可以使用直流電，省電降低成本；2)環(huán)境適應能力好，在一般溫度以及濕度的條件下都可正常使用；3)最重要的是使用壽命較長，穩(wěn)定性較好，不容易損壞[4]。

在圖1中，圖1a)是激光器效果圖，圖1b)是發(fā)光二極管效果圖，如上文所述首先在使用性能上，發(fā)光二極管不容易損壞，可使用直流電工作，工作環(huán)境簡單；更突出的是在使用效果上，由圖1可以看出，發(fā)光二極管效果圖中瀝青與集料的分界相對明顯，激光器效果圖中，一方面由于光強較大對分界面產生干擾，另一方面本身瀝青與集料的分界就比較弱。因此，本系統(tǒng)選用發(fā)光二極管(紅光)作為光源。

1.2 照明方式

本系統(tǒng)考慮增加發(fā)光二極管的數(shù)量增加光強，將多個發(fā)光二極管焊接在一塊電路板上。同時為了避免自然光源的影響，因此本系統(tǒng)將此電路板內嵌在暗箱的一個內壁上。如此光源亮度得到保證，但是會產生陰影，影響圖像處理的結果。下面對光源的布置方式進行研究，如圖2所示，采用單面光源時得到圖2a)，能將瀝青與集料分辨出來，但是會產生非常明顯的陰影；采用雙面光源時得到圖2b)，陰影稍微減輕，但是此種布置陰影明顯偏向光較弱的一面；采用四面光源時得到圖2c)，集料旁的陰影明顯減輕。

由圖2可以看出，采用單面光源和雙面光源照射時，在集料的一側會產生陰影，陰影對圖像提取會產生干擾，而采用四周光源照射時，集料周圍基本沒有陰影，并且集料與瀝青的分界面更加清晰。因此，采用發(fā)光二極管四周照射的方式可以消除陰影的影響，本系統(tǒng)選擇此種布置方式。

1.3 背景顏色的選擇

為了進一步增加瀝青與集料分界面的清晰度，因此，應該考慮內壁及底部的背景顏色對提取圖像的影響。故本文采用白色、土黃色、黑色和綠色作為內壁顏色(如圖3所示)，采用白色、黑色、黃色作為底部的顏色(如圖4所示)，最后通過試驗效果來分析瀝青與集料的對比度。

根據(jù)試驗效果發(fā)現(xiàn)，白色和土黃色作為背景時效果最差，集料與瀝青在發(fā)光二極管照射下全部顯紅色，無法清晰的分辨集料與瀝青的分界面，軟件也只能采集到集料的輪廓；采用黑色或綠色作為背景時，瀝青與集料的界面區(qū)別明顯，瀝青呈黑色，而集料呈紅色。軟件可以精確的識別瀝青與集料的分界面。因此本系統(tǒng)選用黑色作為四周內壁的背景顏色。

對比圖4可知，底部背景顏色為黑色時，集料的表面不均勻的發(fā)亮，并且部分集料表面顏色與背景顏色十分相像，很難區(qū)分，軟件無法進行提取顏色進行分析；當黃色作為底部顏色時，肉眼雖能大致的區(qū)分出瀝青和集料，但是軟件無法識別；而背景顏色選為白色時，瀝青、集料和底部背景三者之間呈現(xiàn)不同的顏色，對比度較高，邊界清晰。因此，本系統(tǒng)選取白色作為底部背景顏色。

2 圖像提取系統(tǒng)

在瀝青—集料黏附性評價系統(tǒng)中，圖像提取系統(tǒng)實現(xiàn)了圖像的獲取，因而圖像提取部分的要求就是盡可能獲取高質量、高對比度以及高清晰的圖像。本系統(tǒng)考慮采用aigo T1428型號的數(shù)碼相機進行圖像提取。光學鏡頭、CCD攝像機、圖像提取卡三大主要部分構成了圖像提取系統(tǒng)，被測物在鏡頭與CCD攝像機結合的作用下成像在攝像機的CCD光敏面上，采集的數(shù)據(jù)以圖像形式存儲在圖像提取卡上，并讀入到計算機中，以備計算機進行后續(xù)處理。如圖5所示，載物臺上放著集料，集料上的瀝青已經剝落，系統(tǒng)四周有發(fā)光二極管組光源——照明部分，此系統(tǒng)的正上方有數(shù)碼相機，此為圖像提取部分。

3 圖像處理系統(tǒng)

圖像處理系統(tǒng)主要由Image Pro-plus軟件進行圖像數(shù)字處理。Image Pro-plus軟件具有強大的圖像處理、增強和分析功能。我們提取到的圖片呈現(xiàn)出不同的顏色，瀝青是黑色、集料是紅色、背景是橙色，使用Image Pro-plus軟件可以分析計算出每種顏色區(qū)域的總面積。

以圖6為例，使用Image Pro-plus軟件可以將擁有相同的色彩值的像素點一起選中并標記，黑色部分一起選中并用藍色的線圈出，這樣軟件就可以直接計算出圈出的瀝青部分占整張圖片的像素點數(shù)量的比值，瀝青占整張圖片的比例為0.09。

同樣的原理，使用Image Pro-plus軟件的自動選擇的功能可以將所有色彩值在0～128之間的所有像素點選中，即可將整個集料部分的像素點一起選中。同樣的，軟件可以直接計算出整個集料部分占整張圖片的像素點數(shù)量的比值，整體集料面積占整張圖片的比例為0.32。將得到的兩個比值相除即可得到瀝青占整個集料的面積比，計算結果為0.28，即集料表面的瀝青殘留量約為28%。

4 結語

從以上所述的試驗研究中，可以得到如下結論：

1)黏附性評價系統(tǒng)有三個組成部分，分別為照明系統(tǒng)、圖像提取系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。暗箱四周的光源為紅色發(fā)光二極管組，黑色作為內壁顏色，白色作為底部顏色；采用數(shù)碼相機進行圖像提?。焕肐mage Pro-plus軟件進行圖像分析處理。2)發(fā)光二極管組光源將使集料與瀝青之間的界面更加清晰分明，消除了陰影對圖像處理的影響；黑色內壁以及白色的底色使采集的集料圖像輪廓更清晰。Image Pro-plus軟件將圖像數(shù)據(jù)化處理，提高了測試結果的精確性。

[1] 吳淑梅，霍彥明.LED光源的應用及前景[J].燈與照明，2008，32(3):24-26.

[2] 姜立中.發(fā)光二極管和激光二極管[J].物理教師，1999,20(1):36-37.

[3] 蔣 蕓，鮑麗莎，曹正東.發(fā)光二極管的特性研究[J].實驗室研究與探索，2007，26(6):30-33.

[4] 李秋紅.LED光源在道路照明中應用的功效分析[J].中國市政工程，2009(139):52-53.

Research on evaluation system of asphalt-aggregate adhesion

Dong Wenjiao1Bai Zhengyun2

(1.TianjinHuaxingSurveyandDesignCo.,Ltd,Tianjin300000,China; 2.TianjinMunicipalEngineeringDesignandResearchInstitute,Tianjin300000,China)

The evaluation system of asphalt-aggregate adhesion is designed in this paper. Through comparative study, LED modules are used as the directional light source, white is chosen as color of the test platform, black is used as color of the inner surface of the black box in the system. The digital camera is used to collect the image. Then digital images are analyzed and processed by Image Pro-plus software. This system reduces the subjective influence and improves precision of the adhesion test method.

asphalt, adhesion, light source, image

1009-6825(2016)11-0122-02

2016-01-24

董文姣(1988- )，女，助理工程師； 柏正云(1988- )，男，助理工程師

TU535

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