论文总字数：13366字

摘 要

本文介绍了接触角测量的基本原理，以及对采集到的图像进行图像处理过程中的一些具体的操作方法和要点。当液滴滴在一个固体表面时，固体、液滴和空气或者其他气体会产生一个交界点，在这个交点处作一个在液滴和气体空间的切线与液体和固体的交界线产生一个夹角θ，此时我们把这个夹角就定义为接触角。接触角是用来评测物质表面湿润性能的一个非常重要的指标。目前，测试接触角的方法有很多种，本文主要介绍的是目前应用最为广泛，测量最直接方便且所测量的值最为准确的一种方法。这种方法就是采用基于Matlab计算软件的图像处理的方法。这种方法的测量过程是，首先显微镜镜头或者相机镜头获取待测液滴滴在固体表面上的图像，然后运用数字图像处理技术包括灰度处理，去除噪声，边缘检测和曲线拟合分析等角度计算方法获得了接触角稳定状态下液滴轮廓区间并将图像中的待测液滴的接触角的具体的值计算出来。采用图像处理方法的优点包括灵活性更大、重现性更好、精度更高，使在接触角测量技术获得了一次质的飞跃。可见这项研究为接触角测量技术提供了一种非常实用和有效的方法。

关键字：接触角；图像处理；曲线拟合；MATLAB

Research on Contact Angle Measurement Based on Image Processing Method

Abstract

This paper introduces the principle of measuring the contact angle, and specific to the image processing and image manipulation methods and key points. We usually put in solid, liquid, gas made by the intersection of three marks for the liquid-gas interface through which the liquid and solid-liquid contact angle θ is defined as the angle between the junction. The contact angle is used to detect and measure the surface wetting properties of a very important parameter. At present, the test contact angle in a lot of ways, described in this paper is the most widely used, measured by the most direct and convenient and value is one of the most accurate methods of measuring. This approach is using image processing method based on Matlab software. This method of principle is, will liquid drops drops in solid samples of surface, again through microscope lens or camera lens gets stay measuring liquid drops of shape image, then using digital image processing technology including gray processing, removal noise, edge detection and curve intends collection analysis, angle calculation method get has contact angle stable state Xia liquid drops profile interval and will image in the of stay measuring of liquid drops of contact angle calculation out. Image processing method of advantages including flexibility, greater, better and more accurate reproducibility, in contact angle measurement technology for a qualitative leap. This study for contact angle measurement technology offers a very practical and effective ways.

Keywords: contact angle, image processing, curve fitting, MATLAB

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1研究背景 1

1.2研究意义 1

1.3国内外的发展现状 1

1.4相关理论与方法 2

1.5关键问题及难点 2

第二章 基于MATLAB的实现图像处理的过程 3

2.1数字图像处理 3

2.1.1图像的灰度处理 3

2.1.2去噪处理 4

2.1.3边缘检测和提取 5

第三章 接触角的计算 6

3.1接触角和测量方法 6

3.2曲线拟合 6

3.2.1 多项式拟合 6

3.2.2 基于圆的拟合方法 7

3.3 数据处理分析 8

3.3.1多项式拟合 8

3.3.2基于圆的拟合 9

第四章 结束语 10

致 谢 11

参考文献（References） 12

第一章 引 言

1.1研究背景

当液滴滴在一个固体表面时，固体、液滴和空气或者其他气体会产生一个交界点，在这个交点处作一个在液滴和气体空间的切线与液体和固体的交界线产生一个夹角θ，此时我们把这个夹角就定义为接触角。（contact angle）^[1]。接触角的大小是用来评价固体物质表面湿润性能的一个非常重要的参数，对药物开发、理解材料保护、矿物浮选、船舶防污和石油开采等行业都有着非常重要的意义。而有关接触角测量的方法一直在不断地发展和完善，到目前为止已经有很多种测量方法。每一种测量方法的使用范围都是不同的，目前还没有发现一种能够测量所有固体表面的接触角的技术。本文主要介绍的就是目前应用最为广泛的这一种图像处理的方法，这种方法测量起来即方便简单，又直接有效。它的优点包括测量灵活、测量结果精度高，这也是为什么它能成为接触角测量技术中的一次质的飞跃的原因。本次课题也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，验证图像处理方法的实用性和方便性。

1.2研究意义

很多电子器件在研究和生产的过程当中，都会需要评价器件或者部件表面的洁净度。而目前研究出的测量器件的表面洁净度的方法中最主要的一个方法就是接触角测量法。因为接触角的值是一个可以用来检测材料表面湿润性能的非常重要的参考依据，而湿润性能对药物开发、理解材料保护、矿物浮选、船舶防污和石油开采等行业又有着相当重要的意义。

通常情况下我们作如下的定义，当测得的接触角θ的值小于90°时，则表示被测固体的表面呈亲水性，液体会相对会比较容易浸湿该物质表面，且接触角的值越小时，则表示该物质的润湿性越好；而当接触角θ大于90°时，则表示该物质的表面呈疏水性，液体比较不容易润湿该固体表面，反而容易在该物质的表面上移动。因为湿润度涉及到军事、材料、船舶、药物、矿物浮选等方方面面，所以接触角测量的准确性和方便性就显得尤为重要。

1.3国内外的发展现状

关于测量接触角的各种方法，国内外都有很多不同的研究，并且还在不断地发展和完善的过程当中。按照不同的划分标准可以把测量方法进行不同的分类。按照直接测量的物理量的不同可以将其分为长度法、量角法和透过法三种。按照测量对象三角相接触线的运动速率可以将其分为静态接触角、动态接触角以及低速动态接触角。按照测试原理又可以将其分为静止或着固体液滴法、捕获气泡法、Wilhemly板法、斜板法和毛细血管上升法等。这些方法各自都有其特定的使用范围和优缺点，没有哪一种测量技术是能够直接测量所有固体表面的接触角的。这种方法的测量过程是，首先将待测的液滴滴在选用的固体样品的表面，再通过显微镜镜头或者相机镜头获取待测液滴的外形图像，然后运用数字图像处理技术包括灰度处理，去除噪声，边缘检测和曲线拟合分析等角度计算方法，最终获得待测液滴的接触角的值。

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