基点和基线的获取方法及接触角的测量方法和装置与流程

本发明涉及基点和基线的获取方法及接触角的测量方法和装置，属于亲水性测量技术领域。

背景技术：

测定样品的亲水性的一种常用方法就是静态接触角法测量法，如国家标准GB/T24368-2009，采用接触角法测量法测量亲水性时，先要在样品上滴上一水滴，水滴在滴在样品后会形成一个水珠，在水珠边缘线与样品的交点做水珠边缘线的切线，切线与样品表面的夹角即为接触角，接触角越小说明亲水性越好。然而要在水珠上准确测量出静态接触角并不简单。一种方法是通过量角器直接测量水珠的静态接触角，但由于测量静态接触角时水珠较小，而人的肉眼对切线的分辨力有限，致使测量结果精确度有限且受人为因素影响较大。

随着数码相机的普及和分辨率的提高，根据拍得水珠图像而计算静态接触角方法的研究正逐步开展。常用的一种静态接触角法的测量方法，即对水珠图像进行拍摄，然后在得到的水珠的图像上获得水珠边缘后再使用多项式拟合获得气、液、固交界处曲线方程，其中液、固交界处(水珠与样品的交界面)作为基线，气、液交界处(水珠与空气的交界面)拟合形成水珠边缘曲线，根据水珠边缘曲线和基线即可方便得到接触角。但是液、固交界处的识别获得比较困难，导致基线的获取不准确，从而影响接触角的测量精度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为克服现有技术中液滴测量接触角中基线的获取不准确、接触角的测量精度差问题，提供一种基线的获取准确、提高接触角的测量精度的液滴测量接触角中基点和基线的获取方法并同时提高基线的获取准确、提高接触角的测量精度的接触角测量方法、装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种液滴测量接触角中基点和基线的获取方法，包括以下步骤：

分别识别出图像中液滴倒影和液滴本身的边缘并对图像中液滴倒影和液滴本身的边缘分别进行曲线拟合形成拟合线；

液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线的两个交点为基点，连接两个基点得到基线。

优选地，本发明的液滴测量接触角中基点和基线的获取方法，仅能识别出液滴的倒影两端的边缘线时，通过两端的边缘线形成整个液滴倒影的拟合曲线。

优选地，本发明的液滴测量接触角中基点和基线的获取方法，曲线拟合采用霍夫圆/霍夫多项式拟合方法。

优选地，本发明的液滴测量接触角中基点和基线的获取方法，通过图像得到基点和基线后，还包括测量液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离，然后比较两个距离的差值，如果差值比例小于1％，则确定为最终基点和最终基线，如果差值比例大于1％，则重新对液滴倒影边缘和/或液滴本身边缘进行拟合，并重新确定基点和基线，直至液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离之间的差值比例小于1％。

优选地，本发明的液滴测量接触角中基点和基线的获取方法，测量液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离的方法为，做基线的中垂线，中垂线分别与液滴倒影边缘的拟合线和液滴本身边缘的拟合线的交点到基线的长度分别为量液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离。

本发明还提供一种接触角的测量方法，包括以下步骤：

在样品表面滴上液滴；

对液滴进行水平拍摄，获取具有倒影的液滴的图像；

通过图像得到基点和基线；

选取其中一个基点，以该基点做液滴本身边缘的拟合线的切线，该切线与基线的夹角即为接触角；

得到基点和基线的方法为上述的液滴测量接触角中基点和基线的获取方法。

优选地，本发明的接触角的测量方法，若拍摄的液滴的图像中不具有倒影或者无法识别出液滴倒影部分边缘线时，则控制滴管在样品上远离摄像头的位置滴下液滴。

优选地，本发明的接触角的测量方法，所述样品放置在载物台上，在所述样品与摄像头的连线上，所述液滴与载物台边缘的距离≥1.5cm。

优选地，本发明的接触角的测量方法，所述液滴与载物台边缘的距离≥10cm。

本发明还提供一种接触角测量装置，包括用于放置样品的载物台，用于对液滴进行水平拍摄的摄像头，光源，以及用于接收摄像头图像并执行上述的接触角的测量方法的处理单元。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的液滴测量接触角中基点和基线的获取方法，通过在图像上拟合液滴倒影和液滴本身边缘的拟合线，两条拟合线的交点即为基点，连接两个交点即为基线，可以克服现有技术中图像中液、固交界处的识别困难，导致基线的获取不准确的问题，提高基线的获得精度，提高接触角的测量精度。

(2)通过测量液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离，然后比较两个距离的差值，可以验证液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线，液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离的差值过大时，说明拟合线拟合精度差或者图像的质量较差，此时，重新拟合或者重新拍摄图像进行拟合可以进一步提高测量精度。

(3)本发明的接触角的测量方法，采用上述液滴测量接触角中基点和基线的获取方法，基点和基线获取准确，接触角计算精度在±0.5°，实现对材料亲水性的精确检测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例3的接触角测量装置的结构示意图；

图2是能完全识别出整个液滴倒影边缘线的图像；

图3是仅能识别出液滴的倒影两端的边缘线的图像；

图4是接触角A的计算图示。

1-切线；2-液滴本身边缘拟合线；3-液滴倒影边缘拟合线；4-液滴倒影边缘拟合线；5-基线；6-液滴；7-摄像头；8-光源；9-载物台。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

本实施例提供一种液滴测量接触角中基点和基线的获取方法，包括以下步骤：

S1：分别识别出图像中液滴倒影和液滴本身的边缘并对图像中液滴倒影和液滴本身的边缘分别进行曲线拟合形成拟合线，对于液滴倒影的边缘分为两种情况，第一种情况是能完全识别出整个边缘线，如图2所示，此时就对整个边缘线进行拟合，第二种情况时仅能识别出液滴的倒影两端的边缘线时(中间段模糊)，则通过两端的边缘线形成整个液滴倒影的拟合曲线，如图3所示，曲线拟合采用霍夫圆/霍夫多项式拟合方法；

S2：图液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线的两个交点为基点，连接两个基点得到基线。

S3：为了进一步验证基点和基线是否准确，通过图像得到基点和基线后，还包括测量液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离，然后比较两个距离的差值，如果差值比例小于1％，则确定为最终基点和最终基线，如果差值比例大于1％，则重新对液滴倒影边缘和/或液滴本身边缘进行拟合，并重新确定基点和基线，直至液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离之间的差值比例小于1％，也调整位置滴下新液滴，重新拍摄图像。

具体地，测量液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离的方法为，做基线的中垂线，中垂线分别与液滴倒影边缘的拟合线和液滴本身边缘的拟合线的交点到基线的长度分别为量液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离。

本实施例的液滴测量接触角中基点和基线的获取方法，通过在图像上拟合液滴倒影和液滴本身边缘的拟合线，两条拟合线的交点即为基点，连接两个交点即为基线，可以克服现有技术中图像中液、固交界处的识别困难，导致基线的获取不准确的问题，提高基线的获得精度，提高接触角的测量精度。

本实施例中，采用S3步骤后，可以验证液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线，液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离的差值过大时，说明拟合线拟合精度差或者图像的质量较差，此时，重新拟合或者重新拍摄图像进行拟合可以进一步提高测量精度。

实施例2

本实施例提供一种接触角的测量方法，包括以下方法：

S11：将样品放置在载物台上，在样品与摄像头的连线上，(测量单晶硅或多晶硅材料时)液滴与载物台边缘的距离d≥1.5cm，优选为d≥10cm(1.5-10cm时得到倒影的中间模糊，只能识别出部分边缘线；d≥10cm时图像中倒影清楚，能够识别出完整的边缘线，采用上述值时，可以方便获取具有倒影的图像)，通过滴管在样品表面滴上液滴；

S12：采用数码相机或CCD传感器结合图像采集卡对材料上的水珠进行水平拍摄，摄像机平面垂直于样品平面，获取具有倒影的液滴的图像，若拍摄的液滴的图像中不具有倒影或者无法识别出液滴倒影部分边缘线时，则控制滴管在样品上远离摄像头的位置滴下液滴，拍摄完之后图像被传输至处理单元(PC机)；

S13：处理单元对图像进行处理，处理方法为实施例1中所述的方法，得到基点和基线；

S14：选取其中一个基点，以该基点做液滴本身边缘的拟合线的切线，该切线与基线的夹角即为接触角A，如图4所示。

本实施的接触角的测量方法，采用实施例1的液滴测量接触角中基点和基线的获取方法，基点和基线获取准确，接触角计算精度在±0.5°，实现对材料亲水性的精确检测。

实施例3

本实施例提供一种接触角测量装置，如图1所示，包括用于放置样品的载物台9，用于向载物台9上的样品滴上水珠的滴管，用于对液滴进行水平拍摄摄像头7，光源8，以及用于接收摄像头图像并执行实施例2中S13和S14步骤的处理单元。

本实施例的接触角测量装置，采用实施例2的接触角的测量方法，具有如实施例2中所述的优点。

实施例4

本实施例提供一种接触角测量装置，包括：

识别模块，能够识别出图像中液滴倒影和液滴本身的边缘；

拟合模块，能够根据识别出图像中液滴倒影和液滴本身的边缘，分别对图像中液滴倒影和液滴本身的边缘分别进行曲线拟合形成拟合线，拟合时若拍摄的液滴的图像中不具有倒影或者无法识别出液滴倒影部分边缘线时，则控制滴管在样品上远离摄像头的位置滴下液滴；

基线获取模块，将液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线的两个交点识别为基点，连接两个基点得到基线；

接触角获取模块，选取其中一个基点，以该基点做液滴本身边缘的拟合线的切线，该切线与基线的夹角即为接触角；

精度控制模块(可选装)，在通过图像得到基点和基线后，测量液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离，然后比较两个距离的差值，如果差值比例小于1％，则确定为最终基点和最终基线，如果差值比例大于1％，则重新对液滴倒影边缘和/或液滴本身边缘进行拟合，并重新确定基点和基线，直至液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离之间的差值比例小于1％，测量液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离的方法为，做基线的中垂线，中垂线分别与液滴倒影边缘的拟合线和液滴本身边缘的拟合线的交点到基线的长度分别为量液滴倒影边缘的拟合线与液滴本身边缘的拟合线到基线的最长距离。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。