液滴形貌提取與接觸角計(jì)算軟件的研發(fā)

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摘要
疏水性復(fù)合薄膜是一種極具應(yīng)用潛力的新型功能材料，可以應(yīng)用于各類光學(xué)、醫(yī)療設(shè)備，玻璃器材、容器的防水、防腐蝕等[1]。在研究疏水薄膜表面疏水性能時(shí)，往往要涉及接觸角這個(gè)概念，因?yàn)榻佑|角大小是判斷防水性能優(yōu)劣的主要衡量指標(biāo)，而且疏水性薄膜對(duì)液體的接觸角反映了薄膜疏水性能的優(yōu)劣。
接觸角是指在固體水平平面上滴一液滴（水），固體表面上的固-液-氣三相交界點(diǎn)處，其氣—液界面和固-液界面兩切線把液相夾在其中時(shí)所形成的角。因此，能否較為準(zhǔn)確地測(cè)量接觸角，成為確定表面張力大小的關(guān)鍵所在[2]。
目前世界各國(guó)均致力于開發(fā)新型的接觸角測(cè)量?jī)x，力求達(dá)到測(cè)量精確、操作方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于攜帶安裝的要求。如德國(guó)DATAPHYSICS儀器有限公司的OCA系列、DCAT系列、SVT系列和PCA系列接觸角測(cè)量?jī)x/表面張力儀，芬蘭KSV公司Sigma 700型高級(jí)表面張力擴(kuò)展系統(tǒng)模塊式的表面張力/接觸角儀，以及英國(guó)Binder儀器有限公司出產(chǎn)的SEO-Alpha 100 輕便型接觸角測(cè)量分析儀等[3]。
國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的測(cè)量接觸角的儀器主要有JC2000A靜滴接觸角/界面張力測(cè)量?jī)x和JY-82型接觸角測(cè)量?jī)x兩種。JC2000A靜滴接觸角/界面張力測(cè)量?jī)x是在JC98A型的基礎(chǔ)上改進(jìn)的接觸角測(cè)量?jī)x，主要用于測(cè)量液體對(duì)固體的浸潤(rùn)性，也可測(cè)量外相為液體的接觸角。該儀器對(duì)石油、印染、醫(yī)藥、噴涂、選礦等行業(yè)的科研生產(chǎn)有非常重要的應(yīng)用。JC2000A測(cè)量接觸角的方法主要有量角法和量高法，采用的是人工鼠標(biāo)點(diǎn)取的方法確定特殊點(diǎn)。JY-82可以測(cè)定各種液體對(duì)板材及絲的接觸角，粉狀物體在壓固后也可以測(cè)量，并能方便的進(jìn)行直讀與照明。測(cè)試方法有：液滴法、傾斜板法，插入法，懸滴法，轉(zhuǎn)落法[2] [4]。
與國(guó)外的同領(lǐng)域產(chǎn)品相比，國(guó)內(nèi)接觸角測(cè)量?jī)x的最大缺陷就是人工誤差大，測(cè)量接觸角不準(zhǔn)確。造成這一后果的原因有兩個(gè)，一是缺乏高精度的圖像處理軟件支持；另外一個(gè)是無法實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算，都必須人工操作。
目前，國(guó)內(nèi)的很多院校和科研院所都在研究憎水性納米復(fù)合涂層，并取得了很多成果，但對(duì)于研制的薄膜產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)往往無法精確測(cè)量其憎水性，大部分都是使用國(guó)外測(cè)量設(shè)備。本次設(shè)計(jì)主要是在JC2000A靜滴接觸角/界面張力測(cè)量?jī)x的硬件基礎(chǔ)上，為接觸角測(cè)量?jī)x開發(fā)圖像處理軟件，使之能夠處理拍攝圖像，對(duì)圖像進(jìn)行形貌提取，并能夠通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)所需點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行接觸角計(jì)算，避免人工誤差。本軟件的研制與開發(fā)可彌補(bǔ)國(guó)內(nèi)同類設(shè)備技術(shù)處理上的空缺，并提高設(shè)備測(cè)量精度，降低儀器整體成本，因此具有很廣闊的應(yīng)用前景和市場(chǎng)前景。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是編寫液滴形貌提取及自動(dòng)計(jì)算接觸角的應(yīng)用程序軟件，使之能夠提取出液滴形貌，并能夠自動(dòng)的精確的計(jì)算接觸角。



目錄
1緒論 2
1.1引言 2
1.2 測(cè)量原理概述 3
1.2.1 接觸角的定義 3
1.2.2潤(rùn) 濕 4
1.2.3 接觸角物理測(cè)量方法的分類 6
1.3數(shù)字圖像簡(jiǎn)介 7
1.3.1 數(shù)字圖像的基本原理 7
1.3.2 像素 8
1.3.3 分辨率 8
1.3.4 位圖 8
1.3.5 灰度圖像處理 8
1.3.6 灰度圖像的直方圖 9
1.4 研發(fā)內(nèi)容 9
1.4.1 圖像分割 9
1.4.2邊界提取 10
1.4.3 接觸角的測(cè)量 10
1.5 程序語言選擇 10
2 軟件的開發(fā)環(huán)境 12
3 軟件開發(fā)過程 13
3.1 圖像分割 13
3.1.1切片法（門限值法） 14
3.1.2 閾值法 14
3.1.3 等灰度片二值化 16
3.2.4 線形二值化 17
3.2邊界提取 17
3.2.1 四鄰域法 18
2.3.3 全局檢驗(yàn)法 20
3.3接觸角計(jì)算 20
3.3.1 量高法 20
3.3.2 模擬圓法 21
3.3.3采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)出兩種方法中所需的三點(diǎn) 22
3.4 應(yīng)用程序界面設(shè)計(jì) 22
3.5 用SETUP工程發(fā)布應(yīng)用程序 23
4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 25
4.1 兩種圖像處理方法比較： 25
4.1.1 圖像處理步驟比較 25
4.1.2形貌提取效果比較 26
4.2 三種測(cè)量方法比較： 27
4.3 精度分析 28
4.4 其他影響因素 31
5 結(jié)論 33
致謝 34
參 考 文 獻(xiàn) 35
附錄1 2001級(jí)本科畢業(yè)論文開題報(bào)告 37
附錄2 2001級(jí)本科畢業(yè)論文中期檢查報(bào)告 41
附錄3 源程序代碼 43
附錄4 外文翻譯 66

參 考 文 獻(xiàn)
【1】 許崗,溶膠凝膠法制備SiO2憎水性薄膜，研究生畢業(yè)論文
【2】 JC2000A說明書,上海中晨技術(shù)有限公司
【3】 JY-82說明書，
【4】 臧瑾光 物理化學(xué)試驗(yàn) 北京理工大學(xué)出版社