基于图像处理方法的接触角测量研究开题报告

1. 研究目的与意义

接触角（contact angle）是指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，是检测材料表面湿润性能的重要参数之一，对理解材料保护、船舶防污、药物开发、矿物浮选和石油开采等都具有非常重要的意义。接触角分为静态接触角、动态接触角和低速动态接触角，国内在动态接触角方面的研究较少，但对静态接触角的研究前人已经给出很多具体的方法。目前我国在接触角方面的研究主要采用实验的方法。接触角测量技术今后将朝着高精度、多功能化和在线分析的方向发展。

接触角现有测试方法有很多种，而且还在不断地发展完善，这些方法各有其使用范围和优缺点，没有一种技术能够测量所有固体表面的接触角。但目前应用最广泛，测值最直接与准确的还是图像处理方法，图像处理方法的原理为，将液滴滴于固体样品表面，通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像,，再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来。图像处理方法以其重现性更好、灵活性更大、精度更高、装置更简易,成为接触角测量技术中一次质的飞跃。本次课题就是要在前人研究的基础上对如何运用基于Matlab计算软件的图像处理的方法测量接触角进行具体的研究和学习。

2. 课题关键问题和重难点

本课题主要采用图像处理的方法，对拍摄得到的物体表面液滴的图像进行处理，通过计算获得液滴与物体表面构成的角度大小，即接触角的角度值。

本课题的关键问题在于图像处理的过程，用显微镜或者摄像机获得的液滴铺展在固体表面的彩色图像之后，首先需要将采集到的液滴图像进行灰度转换，然后利用中值滤波算法去除噪声，即图像预处理。再经过边缘检测、边缘提取和曲线拟合的方法，最后得到接触角。

本次课题研究最重要的是如何计算接触角，由于接触角的提取出的液滴轮廓线的像素点并不均匀，而是呈竖阶梯状分布，尤其越靠近三相接触点的地方，像素点分布越不均匀，如何精确地对三相点附近的液滴轮廓进行曲线拟合是计算接触角的关键，也是本次研究的难点所在。

3. 国内外研究现状（文献综述）

1. 接触角测量的发展过程

在电子器件的研究和生产中，经常需要对期间、部件的表面的洁净度进行评价。目前表面洁净度的测量方法主要有：重量法、吸光光度法、残留离子浓度法、接触角法、水膜法等，接触角法是其中比较常用的一种方法。

关于接触角的测量，国内外的研究方法都有很多，而且还在不断地发展完善。按照不同的标准可以进行不同的分类。按照直接测量的物理量的不同可以分为量角法、长度法和透过法。按照测量是三角相接触线的运动速率可以分为静态接触角、动态接触角以及低速动态接触角。按照测试原理又可以分为静止或固体液滴法、wilhemly板法、捕获气泡法、毛细血管上升法和斜板法等。这些方法各有其使用范围和优缺点，没有一种技术能够测量所有固体表面的接触角。但目前应用最广泛，测值最直接与准确的还是图像处理方法，图像处理方法的原理为，将液滴滴于固体样品表面，通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像,，再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来。

4. 研究方案

本次课题需要先用显微镜或者摄像机获得的液滴铺展在固体表面的图像，掌握图像处理的具体方法，包括如何通过灰度转换的方式将彩色图像转换为256色灰度图像，然后掌握中值滤波算法、掩膜平滑法或者领域平均法对图像进行图像预处理。

再熟练运用边缘检测、边缘提取和曲线拟合的方法进行计算，最后得到具体的接触角。

5. 工作计划

第一周对课题进行调研，查找有关资料，仔细阅读文献。

第二周按要求完成外文文献翻译和开题报告，经指导教师确认后上传至毕设系统。

第三周复习并熟练matlab软件的具体操作技能，以及对灰度处理、中值滤波算法等方法进行实践操作以能够熟练运用为目标。另外需要学习边缘检测、边缘提取和曲线拟合等处理和计算的方法并加以实践。