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基于图像分析技术的接触角测量方法研究

作　者: 张佩
导　师: 万永菁
学　校: 华东理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 接触角测量液滴图像图像分析图像滤波边界提取
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 41次
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内容摘要

接触角是可用来表示材料表面的润湿性能的重要参数之一,通过接触角可以获得材料固体的表面能。接触角的测量问题涉及范围很广,在工业、农业、科研、国防等许多方面都有很重要的应用。目前,常用的接触角测量方法是通过摄像头采集液滴成形过程的图像,利用图像分析技术求取接触角信息。由于液滴的形成是一个动态的过程,且固体表面可能存在水平度偏差及材质粗糙等现象,在图像获取的过程中,经常会采集到劣质的液滴图像,这给接触角的自动测量带来了难题。不少接触角仪对于劣质液滴图像只能采取纯手工的方式进行测量,检测效率很低。本文研究基于图像分析技术的接触角测量方法,实现液滴图像接触角的自动检测。为了区分合格液滴与不合格液滴,提高系统总体检测效率,提出了一种基于液滴图像粗略边界的斜率与曲率特征的液滴分类与识别算法。针对液滴图像存在噪声的现象,提出了一种基于FCM聚类分析的液滴图像滤波算法,该算法能有效滤除液滴图像中的块状颗粒噪声及虚假水平面噪声。为了能正确计算液滴接触角信息,必须获取清晰准确的液滴边界,本文提出了一种基于子图像邻域梯度信息度量的液滴边界提取算法,实验证明,该算法能有效提取液滴边界,即便对于劣质液滴图像,也能获得清晰准确的液滴边界信息。此外,本文研究了接触角的计算方法,编程实现了乡/2法和切线法的液滴图像接触角自动测量。实验表明,经本文算法所获得的接触角自动测量结果与手动测量结果基本一致。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 论文背景和意义  9-10
  1.2 图像技术概述  10-13
    1.2.1 图像分割方法及其应用  10-11
    1.2.2 图像的边缘检测方法及应用  11-12
    1.2.3 图像目标的跟踪及其应用  12-13
  1.3 接触角测量仪的发展现状  13-14
  1.4 本文的主要工作及结构安排  14-15
第2章接触角图像的获取  15-19
  2.1 接触角图像采集平台的构建  15
  2.2 MV-USB Ⅱ系列摄像机简介  15-17
  2.3 图像采集对计算液滴接触角的影响  17-18
  2.4 本章小结  18-19
第3章液滴图像的自动分类与识别  19-33
  3.1 液滴图像的分类  19-22
  3.2 理想液滴边界特征  22-24
    3.2.1 理想液滴边界曲线函数  22
    3.2.2 理想液滴边界函数的斜率及曲率特征  22-24
  3.3 实际液滴边界特征的提取  24-31
    3.3.1 理想液滴边界与实际液滴边界的比较  24-25
    3.3.2 实际液滴图像粗略边界提取  25-26
    3.3.3 实际液滴图像边界斜率与曲率信息提取  26-28
    3.3.4 不同类液滴图像的边界斜率与曲率特征比较  28-31
  3.4 液滴图像自动分类与识别算法思想与实现步骤  31-32
  3.5 本章小结  32-33
第4章液滴图像的边界提取算法研究  33-53
  4.1 常用液滴边界提取方法  33-40
    4.1.1 基于边缘检测算子的液滴边界提取方法  33-34
    4.1.2 基于图像分割的液滴边界提取方法  34-40
  4.2 基于FCM聚类分析的液滴图像滤波算法  40-45
    4.2.1 标准FCM算法思想  40-41
    4.2.2 基于FCM聚类分析的液滴图像滤波算法思想  41-43
    4.2.3 基于FCM聚类分析的液滴图像滤波算法实验结果  43-45
  4.3 基于子图像邻域梯度信息度量的液滴边界提取算法  45-52
    4.3.1 基于子图像邻域梯度信息度量的液滴边界提取算法思想  45-49
    4.3.2 基于子图像邻域梯度信息度量的液滴边界提取算法实现步骤  49-51
    4.3.3 图像处理效果分析  51-52
  4.4 本章小结  52-53
第5章接触角的计算方法  53-68
  5.1 接触角计算方法概述  53-54
    5.1.1 θ/2法  53-54
    5.1.2 切线法  54
  5.2 接触角手动计算方法的实现  54-56
    5.2.1 θ/2法的手动计算方法的实现  54-55
    5.2.2 切线法的手动计算方法的实现  55-56
  5.3 接触角自动计算方法的实现  56-64
    5.3.1 液滴顶点及端点坐标的获取方法  58-60
    5.3.2 θ/2法的液滴接触角自动计算方法的实现  60-61
    5.3.3 切线法的液滴接触角自动计算方法的实现  61-64
  5.4 接触角计算结果分析  64-67
  5.5 本章小结  67-68
第6章结束语  68-70
  6.1 研究回顾与总结  68-69
  6.2 进一步工作及展望  69-70
参考文献  70-75
致谢  75-76
攻读硕士期间发表的学术论文  76

基于图像分析技术的接触角测量方法研究

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