1. 研究目的与意义
物质表层的分子状态和它内部分子状态不同，表面层分子的能量要比它内部分子的能量高。当固体物质与液体物质接触时，一旦形成界面，就会发生降低表面能的吸附现象，液体物质将在固体物质表面铺展开来。这种液体在固体表面铺开的现象称为润湿，液体在固体表面铺开的能力即称为液体对固体的润湿性。在实践中，通常用接触角来度量固体表面的润湿性强弱（固体表面的亲水或疏水程度）。当气泡在固体表面附着（或水滴附着于固体表面）时，一般认为其接触处是三相接触，并将这条接触线称为“三相润湿周边”。在接触过程中，润湿周边是可以移动的，或者变大，或者缩小。当变化停止时，表明该周边三相界面的自由能（以界面张力表示）已达到平衡，在此条件下，在润湿周边上任意一点处，液-气界面的切线与固—液界面切线之间的夹角称为平衡接触角，简称接触角，见图1，用θ表示。
当固-液-气三相界面张力平衡时，润湿的基本方程如下，亦称润湿方程。
2. 研究内容与预期目标
接触角现有测试方法通常有两种:其一为外形图像分析方法;其二为称重法.后者通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.但目前应用最广泛,测值最直接与准确的还是外形图像分析方法.外形图像分析法的原理为,将液滴滴于固体样品表面,通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像, 再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来.
计算接触角的方法通常基于一特定的数学模型如液滴可被视为球或圆椎的一部分,然后通过测量特定的参数如宽/高或通过直接拟合来计算得出接触角值。Young-Laplace方程描述了一封闭界面的内、外压力差与界面的曲率和界面张力的关系，可用来准确地描述一轴对称的液滴的外形轮廓，从而计算出其接触角。接触角测量方法可以按不同的标准进行分类。按照直接测量物理量的不同,可分为量角法、测力法、长度法和透过法。按照测量时三相接触线的移动速率,可分为静态接触角、动态接触角(又分前进接触角和后退接触角)和低速动态接触角。按照测试原理又可分为静止或固定液滴法 、Wilhemly板法 、捕获气泡法、毛细管上升法和斜板法 。
3. 研究方法与步骤
接触角是表征液体对固体润湿程度的重要参数,采用基于Matlab计算软件的图像分析法测量液滴接触角。首先使用图像增强、去噪、锐化手法对CCD采集到的液滴图像进行预处理;再运用Canny多阶段优化算子提取液滴轮廓线;最后以多项式为拟合框架,获得了接触角稳定状态下液滴轮廓区间和接触角测量结果。
对液滴的灰度图像首先采用图像增强处理,并在一定对比度范围内对图像进行灰度调整;其次采用平滑去噪对增强的图像进行处理，以消除由于图像采集、量化等过程造成的干扰。平滑去噪法主要有掩膜平滑法、领域平均法、中值滤波法等。中值滤波法的消噪效果较好,在一定条件下还能减小线性滤波带来的图像细节模糊,比较适合液滴轮廓的提取。最后采用图像锐化处理技术，进一步增强液滴的边缘和灰度跳变部分，消除图像传输过程中造成的图像模糊。本文采用模板匹配法滤波，并以二值图像输出。
边缘是图像最基本的特征，分为两种:阶跃性边缘和屋顶状边缘。液滴边缘属于阶跃性边缘。本文采用边缘检测算子法，并选用具有滤波、增强和检测的多阶段优化算子——Canny算子'进行边缘检测。
4. 参考文献
[1]熊艳,贾志海,蔡小舒.图像分析法测量液滴接触角[J].计测技术, 2010, 30(2): 9-11.
[2]太原理工大学. 一种水滴在固体表面接触角的计算方法:CN201711266101.3[P].
[3]中航华东光电有限公司. 通过图像处理测量接触角的方法:CN202011107946.X[P].
5. 工作计划
（1）2月19日-3月1日：搜集资料，熟悉大致内容，毕业设方案规划 。
（2）3月2日-3月20日：整理好资料汇总，撰写开题报告。
（3）3月21日-4月30日：完成具体模块，毕设设计初步完成。
