基于数字图像处理的集料几何特征研究

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1、分类号:U49510710-2015224033专业硕士学位论文基于数字图像处理的集料几何特征研究吴晓明导师姓名职称丁爱玲教授专业学位类别申请学位类别工程硕士交通运输工程及领域名称论文提交日期2018年4月2日论文答辩日期2018年5月20日学位授予单位长安大学TheResearchonGeometricFeaturesofAggregatesBasedonDigitalImageProcessingADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WuXiaomingSupervisor：Prof.DingAilingChang’an

2、University,Xi’an,China摘要作为混合料的基本单元之一，集料对其所修筑的路面结构的工程性能具有重要的影响。计算机技术的应用，导致人们解决问题的思路发生了巨大地转变，传统的规准仪法和卡尺法已经无法满足人们生产的需求。借助计算机技术研究集料颗粒的几何特征，把主观经验的间接测量方法发展为客观定量的直接测量方法已经成为一种研究趋势。本文借助图像技术系统地分析了集料颗粒从宏观到微观的几何特征，将集料的几何特征划分为形状特性、棱角性和纹理性三个层次。本文通过分析CCD相机、工业CT和扫描仪的工作原理及优缺点，使用改进的扫描装置作为集料颗粒图像的采集方式。在集料图像处理中，对比3种图像

3、去噪方式，分析集料图像噪声产生的原因与图像去噪的效果，选择中值滤波方法对集料图像进行去噪处理。在集料提取时，对比3种图像分割方法的分割效果和运行时间，选取了最大类间方差法对集料进行了初步的提取。在对集料形态学处理时，对比数学形态学算法，设计实现了基于交叉视觉皮质模型（ICM）的改进形态学算法，该算法在处理效果上与数学形态学等价，处理速度比传统的快3-4倍。为了解决由于集料表面不均匀所引起的内部“孔洞”和分割不彻底等问题，采用基于交叉视觉皮质模型ICM的形态学算法进行了集料修复。为获得集料颗粒自身的尺寸参数，对集料的连通区域进行了标记处理，并实现了特征提取。在获取集料面积、周长、等效椭圆长轴

4、、短轴与焦距等基本数据之后，本文系统地提出了集料几何特征参数，包括形状系数SI（1ShapeIndex1）、形状系数SI（2ShapeIndex2）、形状因子FF（FormFactor）、棱角性指数AI1（AngularityIndex1）、棱角性指数AI2（AngularityIndex2）和纹理性指数TF（TextureFactor），并基于MATLAB2014a开发了集料几何特征评估系统AggregateGeometricCharacteristicEvaluationSystem。为研究集料几何特征指标的合理性，本文使用了规则的几何体代替集料对评估系统进行了检测，从而验证了所开发软

5、件的合理性。最后对不同类型、不同粒径的石灰岩、石灰岩（磨）、玄武岩、片麻岩和辉绿岩采用开发的软件进行定量分析，并与试验室研究结果进行比对，研究表明集料几何特征指标与集料的实验室结果存在着相关性，是客观研究集料几何特征的一种重要方式。该系统的建立为道路设计、施工和养护中集料质I量的评估提供了有效的证据。关键词：图像采集，图像分割，集料，几何特征IIAbstractAsoneofthebasicunitsofmixture,theaggregatehasanimportantinfluenceontheengineeringperformanceofthepavementstructure.T

6、heapplicationofcomputertechnologyhasledtoatremendousshiftinthewaythatpeoplethinkaboutsolvingproblems.Thetraditionalmethodsofgaugeandcalipercannolongermeetpeople'sproductionneeds.Ithasbecomeanewresearchtrendtostudythegeometriccharacteristicsofaggregateparticleswiththeaidofcomputertechnologysoastore

7、placethesubjectivemeasurementbyusingthequantitativemeasurement.Thispaperdividesthegeometriccharacteristicsofaggregateintothreelevels,thatis,shapecharacteristics,angularityandtexture,andsystematicallyanalyzesthech