沥青路面由于其使用年份长，养护费用低，能源消耗少等优势，已取得了迅速发展。矿质混合料是沥青路面修筑的重要材料，随着三维检测技术的发展，矿质混合料的检测对现代沥青路面有了非常重要的意义。集料的形态特征、分布、级配等对沥青路面的耐久性、抗压性、稳定性、抗车辙性等都有决定性的作用。本文对集料粒径的三维检测方法进行了深入的研究。本文分析了集料颗粒的形态特征和评价理论，搭建了集料颗粒三维数据采集平台，利用红外线激光器结合面阵相机的三维数据采集技术，实现了检测颗粒数据信息的快速采集。针对原始三维数据出现噪声的原因，提出了去噪的新算法，并将该新算法的去噪效果与传统去噪方法进行了对比分析。利用数学形态学的方法获得二值图像，针对二值图像的中的信息缺失或空洞，设计了新算法对其进行了修复。在基于区域分割、边界分割、特定理论分割方法的基础上，提出了基于颗粒二值图像区域生长分割算法，实现了较好的颗粒的分离。本文利用数字图像处理技术，创新性的提出了集料颗粒的三视图，分析了三视图粒径，通过建立数学模型，对系数加权得出了合成粒径，对集料颗粒粒径进行了分析和计算。为了验证本文提出的合成粒径的合理性和准确性，采用了三档集料样本数据进行了验证，较为准确的得出了集料粒径。利用本文的结论可以获得更多的集料颗粒特征参数，为之后进一步研究集料级配打下坚实的基础。