基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法及系统，包括：获取液滴静置于待测超疏水固体表面的图像；根据液滴静置于待测超疏水固体表面的图像，确定液滴的轮廓线和液滴与待测超疏水固体表面的基线；根据基线与轮廓线，确定三相接触点的位置；识别在轮廓线上的多个关键点；拟合多个关键点形成局部拟合圆；根据局部拟合圆、基线、三相接触点的位置，得到待测超疏水固体表面的静态接触角。本发明专利技术基于接触角测量的基本原理，有效的提高了超疏水固体表面的静态测量角的准确性。

Measurement method and system for surface contact angle of superhydrophobic solid surface based on local circle fitting

The present invention discloses a partial circle fitting of superhydrophobic solid surface contact angle measuring method and system, including obtaining the droplet based on static image on the superhydrophobic solid surface to be tested; according to the drop in measured static image of superhydrophobic solid surface and determine the contour of the droplets and the droplets and to be measured superhydrophobic surface of solid baseline; according to baseline and contour line, determine the three-phase contact point position; many key points in recognition of contour line fitting; many key points form local fitting circle; according to local fitting circle, the baseline, the three-phase contact point position, get the static contact test of superhydrophobic solid surface angle. Based on the basic principle of contact angle measurement, the invention effectively improves the accuracy of the static measurement angle on the surface of the superhydrophobic solid.

【技术实现步骤摘要】
基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法及系统
本专利技术涉及表面及界面测量方法
，特别涉及一种基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法及系统。
技术介绍
表面和界面的润湿过程，有着非常重要的应用价值。在1997年，Neihuis和Barthlott首次给出了荷叶表面自清洁的原理。自此以后，以荷叶为代表的植物表面的自清洁特性引起了人们极大的关注，这些表面具有超疏水特性，与水的接触角大于150°，液滴在表面的滚动角小于10°。这类表面具有非常特别的“荷叶特性”，其表面具有非常丰富的微纳米结构，液滴和表面的接触面积非常小。在外界微小的扰动下，液体很容易从表面滚落。在滚落的过程中，亲水性的污秽物质会粘附在液滴表面被一起带走。这种特殊的润湿特性在很多领域有非常广阔的应用空间，从目前的研究和应用来看，超疏水的表面具有良好的防污，自清洁特性。可以广泛的应用于建筑外墙和户外的重要设备表面，大大降低污秽沉积所引起的设备性能的下降。具有特殊结构的表面，可以减少表面的覆冰量和覆冰粘接强度，起到防覆冰的效果，减少大面积覆冰所导致的灾难。金属材料的氧化特性往往和环境的湿度有密切的关系，采用超疏水隔绝液体的涂层可以有效的提升防腐蚀的性能。除此之外，超疏水表面在液-固界面减阻、油水分离、微流体控制等方面也有非常广阔的应用空间。对于超疏水的表面的评价方法，目前主要的测量方法有静态接触角法，接触角滞后法和滚动角法。目前主要的静态接触角的测量的拟合方法有，圆拟合法、椭圆拟合法、Laplace-Young方法、正切拟合法等。但是目前这些方法在测量超疏水表面静态接触角的过程中，存在拟合欠拟合或过拟合的问题。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法。该基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法基于接触角测量的基本原理，有效的提高了超疏水固体表面的静态测量角的准确性。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量系统。为了实现上述目的，本专利技术的一方面公开了一种基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法，包括：获取液滴静置于待测超疏水固体表面的图像；根据所述液滴静置于待测超疏水固体表面的图像，确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测超疏水固体表面的基线；根据基线与所述轮廓线，确定三相接触点的位置；识别在轮廓线上的多个关键点；拟合所述多个关键点形成局部拟合圆；根据所述局部拟合圆、基线、三相接触点的位置，得到待测超疏水固体表面的静态接触角。根据本专利技术的基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法，通过液滴静置于待测超疏水固体表面的图像，得到液滴的轮廓线和液滴与待测超疏水固体表面的基线，再通过基线和轮廓线，确定三相接触点，得到超疏水固体表面、液滴、空气相接触的点，通过轮廓线上的关键点拟合得到局部拟合圆，从而得到待测超疏水固体表面接触角，这样通过三相接触点处的局部拟合圆与液滴轮廓线相匹配，从而有效的提高了超疏水固体表面的静态测量角的准确性。另外，根据本专利技术上述实施例的基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，根据最小二乘圆拟合法，拟合所述多个关键点形成局部拟合圆。进一步地，所述根据局部拟合圆、基线、三相接触点的位置，得到待测超疏水固体表面的静态接触角的步骤具体包括：根据局部拟合圆得到拟合圆的圆心和半径；根据拟合圆的圆心和半径，计算三相接触点的位置处的切线；根据切线和基线，计算所述待测超疏水固体表面的静态接触角。进一步地，所述根据液滴进入待测超疏水固体表面的图像，确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测超疏水固体表面的基线的步骤具体包括：对液滴进入待测超疏水固体表面的图像局部放大，其中，局部放大区域为待测超疏水表面及液滴的接触平面和待测超疏水表面、液滴、空气的接触点区域；根据局部放大的图像，确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测超疏水固体表面的基线；根据局部放大的图像，确定所述液滴轮廓线、基线和交点为三相接触点。本专利技术的另一方面公开了一种基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量系统，包括：获取模块，用于获取液滴静置于待测超疏水固体表面的图像；确定模块，所述确定模块与所述获取模块相连，用于根据所述液滴静置于待测超疏水固体表面的图像，确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测超疏水固体表面的基线，根据基线与所述轮廓线，确定三相接触点的位置；识别模块，所述识别模块与所述确定模块相连，用于识别在轮廓线上的多个关键点；拟合模块，所述拟合模块与所述识别模块相连，用于局部圆拟合所述多个关键点形成拟合圆；处理模块，所述处理模块分别与所述确定模块和拟合模块相连，用于根据所述拟合圆、基线、三相接触点的位置，得到待测超疏水固体表面的静态接触角。根据本专利技术的基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量系统，通过液滴静置于待测超疏水固体表面的图像，得到液滴的轮廓线和液滴与待测超疏水固体表面的基线，再通过基线和轮廓线，确定三相接触点，得到超疏水固体表面、液滴、空气相接触的点，通过轮廓线上的关键点拟合得到局部拟合圆，从而得到待测超疏水固体表面接触角，这样通过三相接触点处的局部拟合圆与液滴轮廓线相匹配，从而有效的提高了超疏水固体表面的静态测量角的准确性。另外，根据本专利技术上述实施例的基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量系统还可以具有如下附加的技术特征：进一步地，所述拟合模块具体用于根据最小二乘圆拟合法，局部圆拟合所述多个关键点形成拟合圆。进一步地，所述处理模块具体用于：根据拟合圆得到拟合圆的圆心和半径，根据拟合圆的圆心和半径，计算三相接触点的位置处的切线，根据切线和基线，计算所述待测超疏水固体表面的静态接触角。进一步地，所述确定模块具体用于对液滴静置于待测超疏水固体表面的图像局部放大，其中，局部放大区域为待测超疏水表面及液滴的接触平面和待测超疏水表面、液滴、空气的接触点区域，根据局部放大的图像，确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测超疏水固体表面的基线；根据局部放大的图像，确定所述液滴轮廓线、基线和交点为三相接触点。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法的流程图；图2是根据本专利技术一个实施例的超疏水表面静态接触角测量图；图3是根据本专利技术一个实施例的基线拟合及轮廓线拟合、关键点识别的结果图；图4是根据本专利技术一个实施例的局部轮廓线圆拟合的结果图；图5是根据本专利技术一个实施例的切线计算及接触角测量结果的结果图；图6(a)是根据椭圆拟合法测量接触角的结果示意图；图6(b)是根据正切拟合法测量接触角的结果示意图；图6(c)是根据Laplace-Young方法测量接触角的结果示意图；图7是根据本专利技术一个实施例的基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量系统的结构图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法，其特征在于，包括：获取液滴静置于待测超疏水固体表面的图像；根据所述液滴静置于待测超疏水固体表面的图像，确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测超疏水固体表面的基线；根据基线与所述轮廓线，确定三相接触点的位置；识别在轮廓线上的多个关键点；拟合所述多个关键点形成局部拟合圆；根据所述局部拟合圆、基线、三相接触点的位置，得到待测超疏水固体表面的静态接触角。

【技术特征摘要】
1.一种基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法，其特征在于，包括：获取液滴静置于待测超疏水固体表面的图像；根据所述液滴静置于待测超疏水固体表面的图像，确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测超疏水固体表面的基线；根据基线与所述轮廓线，确定三相接触点的位置；识别在轮廓线上的多个关键点；拟合所述多个关键点形成局部拟合圆；根据所述局部拟合圆、基线、三相接触点的位置，得到待测超疏水固体表面的静态接触角。2.根据权利要求1所述的基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法，其特征在于，根据最小二乘圆拟合法，拟合所述多个关键点形成局部拟合圆。3.根据权利要求1所述的基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法，其特征在于，所述根据局部拟合圆、基线、三相接触点的位置，得到待测超疏水固体表面的静态接触角的步骤具体包括：根据局部拟合圆得到拟合圆的圆心和半径；根据拟合圆的圆心和半径，计算三相接触点的位置处的切线；根据切线和基线，计算所述待测超疏水固体表面的静态接触角。4.根据权利要求1所述的基于局部圆拟合的超疏水固体表面接触角测量方法，其特征在于，所述根据液滴静置于待测超疏水固体表面的图像，确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测超疏水固体表面的基线的步骤具体包括：对液滴进入待测超疏水固体表面的图像局部放大，其中，局部放大区域为待测超疏水表面及液滴的接触平面和待测超疏水表面、液滴、空气的接触点区域；根据局部放大的图像，确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测超疏水固体表面的基线；根据局部放大的图像，确定所述液滴轮廓线、基线和交点为三相接触点。5.一种基于局部圆拟合的超疏水...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎志鹏，梁曦东，仵超，罗兵，何子兰，张福增，
申请(专利权)人：清华大学，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11