沥青混合料在备料、生产、运输和摊铺环节中容易产生分布不均匀现象，严重影响沥青混合料的寿命。粗集料集中处空隙大，易产生坑槽、松散等常见的病害以及疲劳破坏；细集料集中处缺乏骨架结构，沥青含量偏高，易发生剪切破坏[1-2]。造成沥青混合料集料不均匀的因素较多，难以客观高效进行定量分析，通常只能定性分析。数字图像处理技术为无损检测，具有现场操作简便、快速和经济等特点，适用于沥青路面面层摊铺时集料均匀性的现场控制。李智等[3]采用4种不同成型方式制作沥青混合料试件，以构造深度和砂胶膜厚度为指标，得出轮碾压和旋转压实成型方式最接近实际路面。吴文亮等[4]通过将马歇尔试件沿厚度方向切割为8个横截面，对级配与集料面积比的变异系数进行线性回归分析。沙爱民等[5]将马歇尔试件沿形心竖向切开，分析试件中集料的竖向运动趋势。宋永朝等[6]采用实际路面为研究对象，将每一幅路面图像分为4小块分别求下凹面积率，拟合了下凹面积率与BPN的曲线，根据相关文献推荐了路面纹理均匀性等级评定方式。目前还没有评价沥青路面表面均匀性的公认方法，一般是通过主观性特别强的现场目测来评价，缺乏客观性且工作量巨大。本文借助数字图像处理技术，对沥青混合料表面的集料开展均匀性分析和等级评定。1数字图像的采集与处理数字图像处理技术指通过扫描仪器或数码相机采集图像后，将图像转化为数字信息，再对数字信息进行处理以达到某种目的。数字图像以二维矩阵的形式在计算机中存储，处理图像就是处理矩阵，每个像素在图像中的位置为：Z=F(x,y) （1）（1）图像预处理。对采集的图像进行处理前，为了减少人为拍摄产生的误差、增加图像的对比度和去除噪声，一般采取图像尺寸标定、灰度处理和图像去噪等预处理措施。（2）图像分割。图像分割是将数字图像中感兴趣的部分从图像背景中提取出来，划分为互不重叠的区域。在整个数字图像处理过程中，图像的分割是决定处理结果成败的关键。对于沥青混合料，图像分割的重要步骤就是区分粗集料、细集料、沥青。主要包括灰度平均值法、双峰法、最大类间方差法等。（3）后处理。图像分割后会有较多的噪声出现，主要表现为不均匀分布的小颗粒和部分集料之间相互黏结。噪声一般采用形态学运算，包括二值腐蚀和二值膨胀两个步骤。先腐蚀后膨胀称为开运算，可以分离黏结在一起的粗集料，去除不均匀分布的小颗粒和平滑粗集料周围尖锐部分。先膨胀后腐蚀为闭运算，可填充粗集料中的小孔。无论是形态学开运算还是闭运算，都不会改变二值图像中粗集料的面积。2应用研究实例2.1沥青混合料均匀性指标本文采用粗集料面积百分数的变异系数作为评价均匀性的指标，二值图像中像素值为逻辑1的白色区域的形态特征即为粗集料的形态特征。所以，二值图像中像素值为逻辑1的白色区域面积百分数的变异系数即为评价沥青混合料均匀性指标。2.2图像处理试验时选取最大公称粒径为13 mm的5种级配，按照规程[7]制成300 mm×300 mm×50 mm规格的车辙板。细集料颗粒较小、数量多，对整体集料均匀程度影响在允许的误差范围，粗集料的分布情况决定沥青混合料均匀性程度，结合相关研究[3-4, 8]，把粒径小于4.75 mm的颗粒在二值图像中判断为像素值较小区域，即二值图像中像素值为逻辑0的黑色区域。沥青混合料级配通过率如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.07.039.T001表１沥青混合料级配通过率级配类型筛孔孔径/mm1613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-13Ⅰ100.095.076.553.037.026.519.013.510.06.0AC-13Ⅱ100.095.277.747.532.927.622.516.09.54.9SMA-13100.095.062.527.020.519.016.013.012.010.0OGFC-13Ⅰ100.095.070.019.016.012.09.54.52.52.0OGFC-13Ⅱ100.092.065.018.010.08.07.06.05.04.0%该实例采用像素值为2 976×2 976的普通数码相机采集车辙板试件表面图像。被测试件在不同的区域均匀性差别很大，为了更精确评价集料的均匀性状况，将车辙板试件平均划分为16等份。β=M/N （2）式中：β——图像中的像素当量；M——试件长度；N——试件长度范围内的像素数量。可求得每个像素的实际面积为0.01 mm2，当粒径为4.75 mm时所表示的像素个数约为1 700个。考虑到集料不会在表面显示自身的最大面积，所以本文将二值图像中像素个数低于1 500个的连通区域按噪声处理。对OGFC-13Ⅱ原始采集图像进行处理，处理前的原始图像和处理后的二值图像如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.07.039.F001图1OGFC-13II 原始图像与二值图像2.3数据分析本文把车辙板试件划分为数个小区域，以小区域之间的面积百分数的变异系数Cv作为评价指标，变异系数Cv越大说明越不均匀，变异系数Cv越小说明越均匀。（1）按照4×4划分（法1）。按照自上到下、自左到右的顺序依次将各个小区域命名为S1~S16，求OGFC-13Ⅱ车辙板试件S1~S16区域集料面积百分数e、e¯、标准差S和变异系数Cv。ei=SiSi1/16 （3）式中：ei——各区域集料面积百分数；Si——第i个1/16区域的集料面积；Si1/16——第i个1/16区域的面积。Cv=Se¯×100 （4）式中：Cv——区域集料面积百分数的变异系数；S——集料面积百分数的标准差；e¯——集料面积百分数的平均数。（2）按照距离质心远近划分（法2）。将靠近和远离质心的区域划分为4个部分，靠近质心记为N1、N2、N3、N4，远离质心记为F1、F2、F3、F4。法1和法2各区域集料面积百分数及其统计学参数如表2、表3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.07.039.T002表2法1各区域集料面积百分数区域面积率区域面积率S120.8S922.9S228.1S1035.2S331.3S1140.4S429.5S1241.7S530.9S1321.2S634.2S1426.9S743.8S1535.4S836.1S1642.0%10.19301/j.cnki.zncs.2023.07.039.T003表3法2各区域集料面积百分数区域面积率区域面积率N134.2F126.6N243.8F232.3N335.2F323.7N440.4F439.7%法1中变异系数Cv为0.226 9，法2中N区域变异系数Cv为0.117 5，F区域变异系数Cv为0.230 5，可以得出N区域（靠近质心区域）的不均匀程度要好于F区域（远离质心区域）。2.4沥青混合料集料分布均匀性评价方法单独按照法1或法2划分评价，均会导致集料的均匀性与客观事实不符，影响评价准确性。本文结合相关研究[9-11]提出的评价方法以及相关规范[12-13]，提出新方法评价沥青混合料表面集料的均匀性。Cv0=αCv1+βCv2N+γCv2F （5）式中：Cv0——变异系数；Cv1——法1划分所得变异系数；Cv2N——法2划分靠近质心区域的变异系数；Cv2F——法2划分远离质心区域的变异系数；α、β、γ——法1、法2靠近质心区域、法2远离质心区域的权重，通常α=0.5、β=0.4、γ=0.1。2.5评价5种级配车辙板试件的均匀性车辙板试件表面集料的均匀性结果如表4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.07.039.T004表4车辙板试件表面集料均匀性结果级配类型AC-13ⅠAC-13ⅡSMA-13OGFC-13ⅠOGFC-13ⅡCv10.426 90.757 10.255 80.173 10.226 9Cv2N0.139 90.279 50.157 60.099 60.117 5Cv2F0.289 40.733 00.145 70.035 40.230 5Cv00.298 40.563 70.205 50.129 90.183 5均匀状况等级轻度不均匀重度不均匀轻度均匀均匀均匀按照均匀性由好至差顺序依次为OGFC-13Ⅰ、OGFC-13Ⅱ、SMA-13、AC-13Ⅰ和AC-13Ⅱ，分别评为均匀、均匀、均匀、轻度不均匀和重度不均匀。OGFC-13、SMA-13和AC-13三种级配的均匀性整体上为OGFC-13SMA-13AC-13，由于这3种级配中大于4.75 mm颗粒样本数也为OGFC-13SMA-13AC-13，样本数越多离散性越小，变异系数越小，也符合统计学规律。3结语数字图像处理技术对沥青混合料表面集料均匀性进行评价，具有高效、客观、适用面广、操作简单和成本低廉等特点，便于沥青路面均匀性检测的常态化和连续化。本研究综合两种划分区域方法与其他文献，推荐了一种新的评价沥青混合料表面集料均匀性的方法。运用新的评价方法对5种级配制成的车辙板试件进行均匀性评定，从整体上看，OGFC-13类的均匀性最好，SMA-13类次之，AC-13类最差，符合统计学规律。