论文总字数：19725字

摘 要

实际工程中硬件的表面存在一定程度的粗糙或者角度倾斜，所以在液滴与固体接触角度的拍摄中，难免会出现接触角图片质量差的情况，这在液滴接触角的测量中是不可避免地问题，基于此，本论文旨在研究如何处理拍摄到的液滴图像并计算出液滴与平面接触角的角度。本论文主要先采用图像去噪的方法对原图进行预处理，接着再调用并比较不同算子对液滴接触角图片进行边缘提取，最后仍是调用和比较三种拟合框架对接触角图片的中液滴边缘进行轮廓拟合，运用数学手段计算接触角的测量值，期间对图像去噪、算子的选取和轮廓拟合框架的种类进行讨论比较，从而找到接触角计算的最优组合，达到接触角计算误差小的目的。

关键词：图像去噪；接触角；边缘检测；轮廓拟合

Research on Image Processing Algorithm of Contact Angle Image

Abstract

In actual engineering, the surface of the hardware has a certain degree of roughness or angle tilt. Therefore, in the shooting of the contact angle between the droplet and the solid, it is inevitable that the contact angle picture quality will be poor, which is inevitable in the measurement of the droplet contact angle. Ground problem, based on this, this paper aims to study how to process the captured droplet image and calculate the angle of the droplet contact angle with the plane. In this thesis, the original image is preprocessed by image denoising method. Then, the different operators are used to extract the edge of the droplet contact angle image. Finally, the three fitting frames are used to call and compare the contact angle images. The contour of the droplet is fitted to the edge of the droplet, and the measured value of the contact angle is calculated by mathematical means. During the period, the image denoising, the selection of the operator and the type of the contour fitting framework are discussed and compared, so as to find the optimal combination of the contact angle calculation. The purpose of calculating the contact angle is small.

Keywords: Image Denoising, Contact Angle,Edge Detection,Contour Fitting

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 3

1.1论文背景和意义 3

1.2接触角测量方法及发展 4

1.2.1 量角法测量原理及误差分析 4

1.2.2 测力法测量原理及误差分析 5

1.2.3 长度法测量原理及误差分析 5

1.2.4 透过法测量原理 6

1.2.5 接触角测量仪的现况 6

1.3本课题主要研究问题及工作安排 6

第二章 接触角图像的去噪 8

2.1 噪声的产生及分类 8

2.1.1 噪声的产生 8

2.1.2 噪声的分类 8

2.2 图像去噪 8

2.2.1 数字图像去噪典型与步骤 8

2.2.2 实际中去噪的仪器及原理 9

2.3 matlab实验仿真 9

2.3.1 不同模板尺寸的均值滤波对图片影响 9

2.3.2 不同模板尺寸的二维自适应维纳滤波对图片影响 10

2.3.3 同一图像进行均值滤波，中值滤波和维纳滤波的比较 11

2.3.4 不同滤波效果对于接触角图片的影响分析及选取 11

第三章 边缘算子检测 12

3.1 边缘检测 12

3.1.1 边缘检测概念 12

3.1.2 边缘检测的方法 13

3.2 Canny算子所进行的的边缘检测 13

3.2.1 Canny算子的基本概念 13

3.2.2 高斯滤波 13

3.2.3 求梯度幅值和梯度方向 14

3.2.4 非极大值抑制 14

3.2.4 双阈值法闭合边缘 15

3.3 Roberts、Sobel、Prewitt算子 15

3.3.1 Roberts算子 15

3.3.2 Sobel算子 15

3.3.3 Prewitt算子 16

3.4 实验结果 16

3.4.1 实验步骤过程中方法的安排 16

3.4.2 Sobel算子检测结果 16

3.4.3 Roberts算子检测结果 16

3.4.4 Prewitt算子检测结果 17

3.4.5 log算子检测结果 18

3.4.6 canny算子检测结果 18

3.4.7 结论 18

第四章 液滴图像轮廓拟合 19

4.1 三种拟合框架原理及应用 19

4.1.1 曲线多项式拟合 19

4.1.2 曲线椭圆拟合 19

4.1.3 曲线圆拟合 19

4.2 拟合结果 20

4.2.1 圆拟合结果 20

4.2.2 椭圆拟合结果 21

4.2.3 多项式拟合结果 21

4.3 接触角计算 22

第五章 总结 23

致 谢 24

参考文献（References） 25

第一章 绪 论

1.1论文背景和意义

接触角可以用来判断工程材料表面的湿润性，同时接触角也可以用来衡量材料固体的表面能。接触角的测量这一难题贯穿了工业中各种各样的应用，同时在农业、科研等诸多方面也扮演了重要的角色。颗粒型材料广泛应用于诸多领域^[1]。

接触角是重要的物理量，其重要程度主要体现在液体在固体材料表面上的润湿性和自由能。因此，接触角测量在材料研究和应用中都有重要意义。当前接触角的测量仍然局限于平滑均匀的固体材料，然而对于表面粗糙的颗粒状固体，液滴在其表面上的接触角测量要考虑到多方面条件对其的影响，这也为工业中的接触角测量增加了很大难度。固体表面首先要考虑的因素便是润湿性，由于固体表面润湿现象是固体表面结构、微观特征的宏观特性，如固体性质、液体性质及固液界面分子间相互作用，因此，固体表面湿润性的研究能带来许多固体材料的物理信息。然而要研究湿润性并把其投入生产中，重中之重便是考虑固体表面能。固体材料的表面能是分子间相互作用力的间接结果。实际上，固体材料上的所有分子都受到大小各不相同的分子力。因为这些分子力的不平衡，它们相较于固体内部稳定的分子，反而具有更多的能量，从而固体的表面能是计算聚合物表面与液体之间相互作用的重要参数，在固体粘合、粉尘吸附、液体涂层和印刷等方面具有重要的实际应用。综上所述，固体材料表面能的检测能得到一定程度的固体材料的各方面信息。^[7]通过研究发现，在颗粒填充的多孔介质中，对应于液体形态和分布变化的临界水分含量由液体在颗粒表面上的接触角决定。

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