[发明专利]基于光学轮廓曲线提取的液滴体积实时跟踪测量方法

说明书

本发明公开基于液滴光学轮廓曲线的体积实时跟踪测量方法,液滴体积实时跟踪测量方法包括：液滴X、Y方向两侧轮廓线实时提取步骤；等高横截面图形分割步骤；液滴体积积分计算步骤。其中X、Y方向两侧轮廓线实时提取步骤采用两垂直方向的高速相机采集液滴光学图形，并发送到图像处理终端提取轮廓线。等高横截面图形分割步骤是将轮廓线分成若干等高面，根据两侧的轮廓线确定任一等高面圆周上两组对称点，按照两组对称点将此截面分割成两个半椭圆，并计算出此截面面积。液滴体积积分步骤是将所有截面面积累加计算得到液滴体积。通过调整两垂直相机的位置，可以实时计算静止的、水平移动的和斜面上移动的液滴体积的实时变化。

技术领域

本发明涉及测量领域，特别是涉及基于光学轮廓曲线提取的液滴体积实时跟踪测量方法。

背景技术

随着微流控技术在生物、制药、医疗等方面的发展，对微小静止或移动液滴体积变化的实时追踪提出了新的要求，然而目前测量液滴的方法主要有两种。其中一种是基于液滴体积的接触角拟合算法，即将液滴轮廓等效成一个规则的球缺数学模型，并根据球缺公式计算液滴体积。由于液滴自身重力的影响，随着液滴体积的增大，其轮廓线逐渐偏离规则的圆，所以这种方法计算液滴体积误差较大。本领域中另外一种常见的测量方法是据液滴单侧的光学轮廓边缘计算出液滴的体积，并设定等高轮廓线上两点作为等高面圆直径，累积所有等高面就得到液滴体积，此种方法是一种比较接近液滴实际轮廓的测量方法，但对各项异性固液接触面或移动的液滴体积测量误差较大。

综上所述，针对现有技术的缺陷，特别需要基于光学轮廓曲线提取的液滴体积实时跟踪测量方法，以解决现有技术的不足。

发明内容

针对上述存在的测量技术缺陷，本发明的目的是：提出了基于光学轮廓曲线提取的液滴体积实时跟踪测量方法，可以实时计算静止的、水平移动的和斜面上移动的液滴体积的实时变化。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

基于光学轮廓曲线提取的液滴体积实时跟踪测量方法，该方法包括：实时记录液滴X、Y方向两侧轮廓线的两台CCD高速相机；图像高斯平滑处理获得两垂直方向轮廓线f₁(x,z)和f₂(y,z)；根据外围轮廓线函数，得到单位像素高度Z上横截面上四个点(x₁，z)、(x₂，z)、(y₁，z)、(y₂，z)；

根据四个点将横截面简化为两个半椭圆，通过以下方式得到液滴的体积：

其中，A_i1和A_i2是横截面两半椭圆面积；ΔZ是两个连续液滴横截面之间高度差,N为每一帧液滴轮廓线的Z方向的像素点数。

优选地，两横截面椭圆中心位置是线段y₁y₂的中点O；点O横坐标对应于轮廓线最高点横坐标，则椭圆的半轴分别是x，y和z，y，则两半椭圆面积公式可表述为：

y＝1/2(y₂-y₁)

z＝1/2(x₂-x₁)-x

A_i1＝0.5πxy

A_i2＝0.5πzy。

优选地，图像高斯平滑处理获得两垂直方向轮廓线的具体步骤如下：图像高斯平滑处理获得两垂直方向轮廓线的具体步骤如下：

A.对图像进行高斯平滑处理，减少图像噪声，获取平滑图像；

B.双阈值处理获取最佳阈值，利用最佳阈值处理图像，将液滴目标从图像中与背景图像分离；