[发明专利]一种基于实验图像的液体接触角在线测量方法

权利要求书

1.一种基于实验图像的液体接触角在线测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)从实时的实验录像中选取静态或准静态的固-液-气或固-液-液三相接触区图像，获得实验图像；

2)选择固体基底的位置：若为平基底则选取基底上两个点，若为球形基底，则选取基底上的三个点；

3)确定固体基底位置后，根据实验图像的灰度分布，利用canny算法，计算不同位置的灰度变化梯度，通过双阈值的方法识别界面轮廓；

4)对步骤3)中提取得到的界面轮廓进行多项式拟合，对界面轮廓进行光滑处理；

5)通过观察实验图像，给出明显小于实际接触角的一个值作为预测接触角迭代初始值；

6)将预测接触角作为预测界面轮廓的边界条件，利用Young-Laplace方程的差分格式，求出任意相邻两界面点坐标增量，进而获得预测轮廓上的所有点；

7)将步骤6)求解出的预测轮廓与步骤4)处理后的实验轮廓进行对比，计算范数误差，若范数误差大于目标精度，则将预测接触角增加一个预测步长，重复步骤6)；若范数误差小于目标精度，则以该预测接触角作为接触角测量结果下限，并返回接触角测量结果下限；

8)预测接触角增加一个预测步长；将预测接触角作为预测界面轮廓的边界条件，利用Young-Laplace方程的差分格式，求出任意相邻两界面点坐标增量，进而获得预测轮廓上的所有点；

9)将步骤8)求解出的预测轮廓与步骤4)处理后的实验轮廓进行对比，计算范数误差，若范数误差小于目标精度，重复步骤8)；若范数误差大于目标精度，则以该预测接触角减去一个步长作为接触角测量结果上限，停止步进，并返回接触角测量结果上限；

10)以接触角测量结果下限与接触角测量结果上限之间范数误差最小的预测接触角作为接触角测量结果最佳值。

2.如权利要求1所述的一种基于实验图像的液体接触角在线测量方法，其特征在于，所述的Young-Laplace方程的差分格式包括以下两种情况：

a)二维平面情况：

其中γ为液-气或液-液界面之间的表面张力；为切向角，为切向角微分；ds为界面弧长的微分；x为横坐标；z为纵坐标；dx为横坐标微分；dz为纵坐标微分；Δp为参考位置处的压强差，参考位置需满足条件：Δp＝ρgz₀，其中z₀为参考位置处液相深度；ρ为液-气或液-液两相密度差；g为重力加速度；

b)轴对称情况：

其中γ为液-气或液-液界面之间的表面张力；为切向角，为切向角微分；ds为界面弧长的微分；r为横坐标；z为纵坐标；dr为横坐标微分；dz为纵坐标微分；Δp为参考位置处的压强差，参考位置需满足条件：Δp＝ρgz₀，其中z₀为参考位置处液相深度；ρ为液-气或液-液两相密度差；g为重力加速度。