沥青—集料黏附性评价系统研究

董文姣 柏正云

(1.天津华兴勘察设计有限公司，天津 300000； 2.天津市市政工程设计研究院，天津 300000)



沥青—集料黏附性评价系统研究

董文姣1柏正云2

(1.天津华兴勘察设计有限公司，天津 300000； 2.天津市市政工程设计研究院，天津 300000)

对沥青—集料黏附性评价系统进行了研究，通过对比分析，系统优选红色发光二极管组作为光源；白色作为系统底部背景，黑色作为内壁背景，并采用数码相机采集图像，利用Image Pro-plus软件进行图像数据化处理，该系统减少了人为观测误差，提高了沥青—集料黏附性测试结果的精确度。

沥青，黏附性，光源，图像

0 引言

当前规范中沥青—集料的黏附性评价主要依靠人工观测。人工观测比较随意，所以很难精确评价集料对黏附性的影响。为减少人为观测的随意性，采用图像数据化处理的方法，将沥青在集料表面的图像转化为数据，再计算残留率。另一方面，沥青表面相对较为光滑，自然光照射，容易产生镜面反射；而集料表面较为粗糙，自然光照射，容易产生漫反射。由于自然光入射角度范围很大，所以反射产生各种角度。因此，在采集的图像中，沥青—集料颜色差异很小，颜色分界不清晰，软件图像数据处理也会出现计算偏差，最终影响测试结果的精确度。为了解决以上问题，故本文设计了沥青—集料黏附性评价系统，来提高黏附性测试的精确度。该系统主要从三个方面来研究提高黏附性评价的精度。

1 照明系统

照明系统目标是将光线投射到被测物体上，目标是在于将沥青与集料区别开来，以便于图像提取时，能分辨彼此之间的差异，使软件数据化处理时更容易、准确。如上文所述，因为自然光的入射角差异太大，故需要选取方向性较强的光源来投射被测物。本节主要对潜在光源进行对比分析，对投射方式进行试验研究。

1.1 光源的选择

本文通过对比研究，选择了半导体二极管作为潜在光源。而半导体二极管有激光二极管和发光二极管之分。

激光二极管发出的光是激辐射光[1]，它的优点是激辐射光是相干光，相干光的单色性和方向性非常好。这有利于避免自然光入射角各异的缺点，并且由于单色性好，对图像提取不产生干扰。但是激光二极管的缺点也很明显，单价较高且非常容易损坏，使用操作不正确或者散热不良时容易烧毁[2]。发光二极管有与激光二极管类似的优点，尤其是单色性和方向性同样的出色[3]。除此之外，发光二极管还有其他的优点：1)可以使用直流电，省电降低成本；2)环境适应能力好，在一般温度以及湿度的条件下都可正常使用；3)最重要的是使用寿命较长，稳定性较好，不容易损坏[4]。

在图1中，图1a)是激光器效果图，图1b)是发光二极管效果图，如上文所述首先在使用性能上，发光二极管不容易损坏，可使用直流电工作，工作环境简单；更突出的是在使用效果上，由图1可以看出，发光二极管效果图中沥青与集料的分界相对明显，激光器效果图中，一方面由于光强较大对分界面产生干扰，另一方面本身沥青与集料的分界就比较弱。因此，本系统选用发光二极管(红光)作为光源。

1.2 照明方式

本系统考虑增加发光二极管的数量增加光强，将多个发光二极管焊接在一块电路板上。同时为了避免自然光源的影响，因此本系统将此电路板内嵌在暗箱的一个内壁上。如此光源亮度得到保证，但是会产生阴影，影响图像处理的结果。下面对光源的布置方式进行研究，如图2所示，采用单面光源时得到图2a)，能将沥青与集料分辨出来，但是会产生非常明显的阴影；采用双面光源时得到图2b)，阴影稍微减轻，但是此种布置阴影明显偏向光较弱的一面；采用四面光源时得到图2c)，集料旁的阴影明显减轻。

由图2可以看出，采用单面光源和双面光源照射时，在集料的一侧会产生阴影，阴影对图像提取会产生干扰，而采用四周光源照射时，集料周围基本没有阴影，并且集料与沥青的分界面更加清晰。因此，采用发光二极管四周照射的方式可以消除阴影的影响，本系统选择此种布置方式。

1.3 背景颜色的选择

为了进一步增加沥青与集料分界面的清晰度，因此，应该考虑内壁及底部的背景颜色对提取图像的影响。故本文采用白色、土黄色、黑色和绿色作为内壁颜色(如图3所示)，采用白色、黑色、黄色作为底部的颜色(如图4所示)，最后通过试验效果来分析沥青与集料的对比度。

根据试验效果发现，白色和土黄色作为背景时效果最差，集料与沥青在发光二极管照射下全部显红色，无法清晰的分辨集料与沥青的分界面，软件也只能采集到集料的轮廓；采用黑色或绿色作为背景时，沥青与集料的界面区别明显，沥青呈黑色，而集料呈红色。软件可以精确的识别沥青与集料的分界面。因此本系统选用黑色作为四周内壁的背景颜色。

对比图4可知，底部背景颜色为黑色时，集料的表面不均匀的发亮，并且部分集料表面颜色与背景颜色十分相像，很难区分，软件无法进行提取颜色进行分析；当黄色作为底部颜色时，肉眼虽能大致的区分出沥青和集料，但是软件无法识别；而背景颜色选为白色时，沥青、集料和底部背景三者之间呈现不同的颜色，对比度较高，边界清晰。因此，本系统选取白色作为底部背景颜色。

2 图像提取系统

在沥青—集料黏附性评价系统中，图像提取系统实现了图像的获取，因而图像提取部分的要求就是尽可能获取高质量、高对比度以及高清晰的图像。本系统考虑采用aigo T1428型号的数码相机进行图像提取。光学镜头、CCD摄像机、图像提取卡三大主要部分构成了图像提取系统，被测物在镜头与CCD摄像机结合的作用下成像在摄像机的CCD光敏面上，采集的数据以图像形式存储在图像提取卡上，并读入到计算机中，以备计算机进行后续处理。如图5所示，载物台上放着集料，集料上的沥青已经剥落，系统四周有发光二极管组光源——照明部分，此系统的正上方有数码相机，此为图像提取部分。

3 图像处理系统

图像处理系统主要由Image Pro-plus软件进行图像数字处理。Image Pro-plus软件具有强大的图像处理、增强和分析功能。我们提取到的图片呈现出不同的颜色，沥青是黑色、集料是红色、背景是橙色，使用Image Pro-plus软件可以分析计算出每种颜色区域的总面积。

以图6为例，使用Image Pro-plus软件可以将拥有相同的色彩值的像素点一起选中并标记，黑色部分一起选中并用蓝色的线圈出，这样软件就可以直接计算出圈出的沥青部分占整张图片的像素点数量的比值，沥青占整张图片的比例为0.09。

同样的原理，使用Image Pro-plus软件的自动选择的功能可以将所有色彩值在0～128之间的所有像素点选中，即可将整个集料部分的像素点一起选中。同样的，软件可以直接计算出整个集料部分占整张图片的像素点数量的比值，整体集料面积占整张图片的比例为0.32。将得到的两个比值相除即可得到沥青占整个集料的面积比，计算结果为0.28，即集料表面的沥青残留量约为28%。

4 结语

从以上所述的试验研究中，可以得到如下结论：

1)黏附性评价系统有三个组成部分，分别为照明系统、图像提取系统、数据处理系统。暗箱四周的光源为红色发光二极管组，黑色作为内壁颜色，白色作为底部颜色；采用数码相机进行图像提取；利用Image Pro-plus软件进行图像分析处理。2)发光二极管组光源将使集料与沥青之间的界面更加清晰分明，消除了阴影对图像处理的影响；黑色内壁以及白色的底色使采集的集料图像轮廓更清晰。Image Pro-plus软件将图像数据化处理，提高了测试结果的精确性。

[1] 吴淑梅，霍彦明.LED光源的应用及前景[J].灯与照明，2008，32(3):24-26.

[2] 姜立中.发光二极管和激光二极管[J].物理教师，1999,20(1):36-37.

[3] 蒋 芸，鲍丽莎，曹正东.发光二极管的特性研究[J].实验室研究与探索，2007，26(6):30-33.

[4] 李秋红.LED光源在道路照明中应用的功效分析[J].中国市政工程，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，助理工程师； 柏正云(1988- )，男，助理工程师

TU535

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