一种沥青混合料中子图像与X-ray图像的融合处理方法与流程

一种沥青混合料中子图像与x-ray图像的融合处理方法
技术领域
1.本发明涉及一种沥青混合料中子图像与x-ray图像的融合处理方法，属于沥青混合料数字图像处理技术领域。


背景技术：

2.沥青混合料是一种由集料、砂浆和空隙组成的多相颗粒复合材料，其内部细观组成结构对沥青混合料的宏观力学性能具有显著影响，准确确定沥青混合料的细观组成结构对其宏观力学行为及破坏机理的研究具有重要意义。
3.目前，沥青混合料的细观组成结构主要采用x-ray ct和图像处理技术确定。x-ray是利用其穿透材料时辐射强度衰减率与内部各组成密度相关的原理实现对材料内部细观结构信息的获取。空隙密度与集料和砂浆的密度具有差异较大，因此x-ray是检测沥青混合料中空隙的理想方法。由于沥青混合料中集料与砂浆的密度较接近，导致x-ray断层图像中部分集料与砂浆的灰度值十分接近。此现象会使该部分集料被识别为砂浆，进而导致对x-ray断层图像中的集料提取不完整。中子成像是一种利用中子射线束对组成元素的敏感性确定材料组成结构的无损检测技术。由于集料与沥青的氢元素含量差别较大，因此中子是检测混合料中集料的理想方法，这有利于集料与砂浆的区分，但中子区分集料与空隙的效果不如x-ray。
4.基于上述中子成像和x-ray成像各自的技术特点可知，两者之间存在互补性。将这两种成像技术获取的数字图像进行融合处理，将会弥补x-ray图像区分集料与砂浆不理想和中子图像区分集料与空隙不理想的不足，为准确地获取沥青混合料的细观组成结构提供可能性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了发挥中子成像与x-ray成像技术各自的优势，更准确地确定沥青混合料细观结构，而提出一种沥青混合料中子图像与x-ray图像的融合处理方法。
6.本发明提供的一种沥青混合料中子图像与x-ray图像的融合处理方法，包括如下步骤：
7.步骤一：中子断层图像获取
8.采用中子成像系统对沥青混合料试件进行层析成像试验，获取沥青混合料的中子断层图像；
9.步骤二：x-ray断层图像获取
10.采用x-ray ct系统对沥青混合料试件进行层析成像试验，获取沥青混合料的x-ray断层图像；
11.步骤三：中子断层图像增强处理
12.首先采用灰度变换增强算法对步骤一中获取的中子断层图像进行增强处理，然后采用中值滤波降噪算法对中子断层图像进行降噪处理，去除图像中的噪声并保持图像的边
缘清晰；
13.步骤四：中子断层图像的几何变换
14.以步骤二中获取的沥青混合料x-ray断层图像为参照，对经步骤三处理后的中子断层图像进行以下步骤的几何变换处理：
15.1)在二维平面内，对中子断层图像进行垂直镜像变换，若中子断层图像与x-ray断层图像在二维平面内无镜像关系时，此步骤可省略；
16.2)将镜像后的中子断层图像在平面内旋转一定角度，使中子断层图像与x-ray断层图像中沥青混合料试件的各个特征点在图像中的方位一致；
17.3)调整旋转后的中子断层图像尺寸大小并对图像边缘多余的部分进行裁剪，保证中子断层图像与x-ray断层图像中沥青混合料试件边缘距整个图像四周边缘的宽度相等；
18.4)将经过前3步处理的中子断层图像与x-ray断层图像进行图像加法运算，检查两种图像中特征点坐标是否在平面内重合；
19.5)重复步骤2)-4)，直到中子断层图像与x-ray断层图像中沥青混合料试件的各个特征位置坐标能够配准；
20.步骤五：基于中子断层图像的集料提取
21.将中子断层图像与x-ray断层图像配准之后，进行中子断层图像减x-ray断层图像运算处理，使中子断层图像中的集料相与其它相之间的区别更加显著；将处理后的断层图像划分为一系列相邻的同心圆环，中心为圆盘，采用otsu算法对每个分环图像进行阈值分割处理，得到集料的各分环图像；将集料的各分环图像合并为整幅图像，得到基于中子断层图像的集料图像；
22.步骤六：基于x-ray断层图像的空隙提取
23.将步骤二中获取的x-ray断层图像进行乘常数因子运算，实现掩模操作，屏蔽图像中的集料和砂浆；采用otsu算法对经过乘常数因子运算处理后的x-ray断层图像进行阈值分割处理，得到空隙的二值图像，对二值图像进行非运算，然后再转换为灰度图像，得到基于x-ray断层图像的空隙图像；
24.步骤七：集料图像与空隙图像的融合处理
25.将步骤五中提取到的集料图像与步骤六中提取到的空隙图像进行图像加法运算，得到基于中子断层图像与x-ray断层图像的融合图像。
26.有益效果
27.本发明从中子成像与x-ray成像技术各自的特点出发，提出了基于沥青混合料中子图像与x-ray图像的融合处理方法，该方法发挥了中子成像检测集料的优势和x-ray成像检测空隙的优势，使融合图像具有与中子图像检测集料和x-ray图像检测空隙相同的理想效果，该方法能够为更准确地获取沥青混合料的细观组成结构提供有效途径。
附图说明
28.图1为沥青混合料的中子断层图像
29.图2为沥青混合料的x-ray断层图像
30.图3为增强处理后的中子断层图像
31.图4为垂直镜像处理后的中子断层图像
32.图5为旋转处理后的中子断层图像
33.图6为裁剪处理后的中子断层图像
34.图7为中子断层图像减x-ray断层图像后的图像
35.图8为集料的分环图像
36.图9为基于中子断层图像的集料图像
37.图10为基于x-ray断层图像的空隙图像
38.图11为基于中子断层图像与x-ray断层图像的融合图像
具体实施方式
39.以下结合附图和图像融合处理实例对本发明的具体实施方式进行详细说明：
40.如图1-11所示，本发明提供了一种沥青混合料中子图像与x-ray图像的融合处理方法，包括如下步骤：
41.步骤一：中子断层图像获取
42.采用中子成像系统对沥青混合料试件进行层析成像试验，获取沥青混合料的中子断层图像，如图1所示。扫描时采用冷中子成像系统进行扫描，扫描角度间隔为0.2
°
；
43.步骤二：x-ray断层图像获取
44.采用x-ray ct系统对沥青混合料试件进行层析成像试验，获取沥青混合料的x-ray断层图像，如图2所示。扫描测试时的电压为190kv，电流为110μa；
45.步骤三：中子断层图像增强处理
46.首先采用灰度变换增强算法对步骤一中获取的中子断层图像进行增强处理，然后采用中值滤波降噪算法对中子断层图像进行降噪处理，去除图像中的噪声并保持图像的边缘清晰，处理后的中子断层图像如图3所示；
47.步骤四：中子断层图像的几何变换
48.以步骤二中获取的沥青混合料x-ray断层图像为参照，对经步骤三处理后的中子断层图像进行以下步骤的几何变换处理：
49.1)在二维平面内，对中子断层图像进行垂直镜像变换，镜像变换后的图像如图4所示。若中子断层图像与x-ray断层图像在二维平面内无镜像关系时，此步骤可省略；
50.2)将镜像后的中子断层图像在平面内旋转一定角度，使中子断层图像与x-ray断层图像中沥青混合料试件的各个特征点在图像中的方位一致，本方法旋转的角度为 2
°
，旋转后的图像如图5所示；
51.3)调整旋转后的中子断层图像尺寸大小并对图像边缘多余的部分进行裁剪，保证中子断层图像与x-ray断层图像中沥青混合料试件边缘距整个图像四周边缘的宽度相等，裁剪后的图像如图6所示；
52.4)将经过前3步处理的中子断层图像与x-ray断层图像进行图像加法运算，检查两种图像中特征点坐标是否在平面内重合；
53.5)重复步骤2)-4)，直到中子断层图像与x-ray断层图像中沥青混合料试件的各个特征位置坐标能够配准；
54.步骤五：基于中子断层图像的集料提取
55.将中子断层图像与x-ray断层图像配准之后，进行中子断层图像减x-ray断层图像
运算处理，使中子断层图像中的集料相与其它相之间的区别更加显著，如图7所示；将处理后的断层图像划分为一系列相邻的同心圆环，中心为圆盘，本方法将图像分为四个相邻的同心圆环和一个圆盘，采用otsu算法对每个分环图像进行阈值分割处理，得到集料的各分环图像，如图8所示；将集料的各分环图像合并为整幅图像，得到基于中子断层图像的集料图像，如图9所示；
56.步骤六：基于x-ray断层图像的空隙提取
57.将步骤二中获取的x-ray断层图像进行乘常数因子运算，实现掩模操作，屏蔽图像中的集料和砂浆，本方法中的常数因子为1.77；采用otsu算法对经过乘常数因子运算处理后的x-ray断层图像进行阈值分割处理，得到空隙的二值图像，对二值图像进行非运算，然后再转换为灰度图像，得到基于x-ray断层图像的空隙图像，如图10所示；
58.步骤七：集料图像与空隙图像的融合处理
59.将步骤五中提取到的集料图像与步骤六中提取到的空隙图像进行图像加法运算，得到基于中子断层图像与x-ray断层图像的融合图像，如图11所示。
60.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，采用等同替换或等效变换形成的技术方案，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。