CN107817194B - 弱憎水表面静态接触角测量方法及*** - Google Patents

弱憎水表面静态接触角测量方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种弱憎水表面静态接触角测量方法及***，包括：获取液滴静置于待测弱憎水表面的图像；根据液滴静置于待测弱憎水表面的图像，确定所液滴的轮廓线和液滴与待测弱憎水表面的基线；根据基线与轮廓线，确定三相接触点的位置；识别在轮廓线上的多个关键点；根据多项式拟合法，局部拟合多个关键点形成拟合曲线；根据拟合曲线、基线、三相接触点的位置，得到待测弱憎水表面的静态接触角。本发明通过对液滴滴在弱憎水性表面的图像，对滴入的局部轮廓线进行了局部多项式拟合，通过局部拟合得到弱憎水性表面静态接触角的测量值，有效的提高了弱憎水性表面静态接触角的测量值的精度。且本发明构思巧妙，设计新颖，实用性强。

Description

弱憎水表面静态接触角测量方法及***
技术领域
本发明涉及表面及界面测量的方法创新技术领域，特别涉及一种弱憎水表面静态接触角测量方法及***。
背景技术
随着中国电力***的发展，复合绝缘子被广泛的应用于特高压交、直流输电***中。目前运行中的复合绝缘全部为硅橡胶复合绝缘子。硅橡胶材料能够广泛的应用主要是由于其憎水性和憎水性迁移特性。但是，复合绝缘子出现的主要问题，例如：老化，主要表现为外绝缘材质的劣化，一般并不直接导致绝缘子承担电气或机械负荷功能的丧失。对于绝缘子的老化测量和表征的主要方法为测量材料的憎水性参数，静态接触角是一种有效的测量液滴憎水性的方法。
目前主要的静态接触角的测量和拟合方法有，圆拟合法、椭圆拟合法、Laplace-Young方法、正切拟合法等。但是目前这些方法在测量弱憎水性表面静态接触角的过程中，存在拟合精度低或过拟合的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种弱憎水表面静态接触角测量方法。该弱憎水表面静态接触角测量方法通过对液滴滴在弱憎水性表面的图像，对滴入的局部轮廓线进行了局部多项式拟合，通过局部拟合得到弱憎水性表面静态接触角的测量值，有效的提高了弱憎水性表面静态接触角的测量值的精度。且本发明构思巧妙，设计新颖，实用性强。
本发明的另一个目的在于提出一种弱憎水表面静态接触角测量***。
为了实现上述目的，本发明的一方面公开了一种弱憎水表面静态接触角测量方法，包括：获取液滴静置于待测弱憎水表面的图像；根据所述液滴静置于待测弱憎水表面的图像，确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测弱憎水表面的基线；根据基线与所述轮廓线，确定三相接触点的位置；识别在轮廓线上的多个关键点；根据多项式拟合法，局部拟合所述多个关键点形成拟合曲线；根据所述拟合曲线、基线、三相接触点的位置，得到待测弱憎水表面的静态接触角。
根据本发明的弱憎水表面静态接触角测量方法，通过对液滴滴在弱憎水性表面的图像，对滴入的局部轮廓线进行了局部多项式拟合，通过局部拟合得到弱憎水性表面静态接触角的测量值，有效的提高了弱憎水性表面静态接触角的测量值的精度。且本发明构思巧妙，设计新颖，实用性强。
另外，根据本发明上述实施例的弱憎水表面静态接触角测量方法还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述根据拟合曲线、基线、三相接触点的位置，得到待测弱憎水表面的静态接触角的步骤具体包括：根据拟合曲线得到拟合曲线的表达式和多项式系数；根据拟合曲线的表达式和多项式系数，计算三相接触点的位置处的切线；根据切线和基线，计算所述待测弱憎水表面的静态接触角。
进一步地，还包括：根据多项式阵列计算多项式系数，其中，所述多项式阵列的公式为：
Figure BDA0001447917710000021
其中，k是拟合多项式的次数，(xn,yn)是关键点的位置。
进一步地，还包括：对比所述拟合曲线和轮廓线，调整拟合多项式的阶数以优化拟合结果。
本发明的另一方面公开了一种弱憎水表面静态接触角测量***，包括：获取模块，用于获取液滴静置于待测弱憎水表面的图像；确定参数模块，所述确定参数模块与所述获取模块相连，用于根据所述液滴静置于待测表面的图像，确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测弱憎水表面的基线，进一步根据基线与所述轮廓线，确定三相接触点的位置；识别模块，所述识别模块与所述确定参数模块相连，用于识别在轮廓线上的多个关键点；拟合模块，所述拟合模块与所述识别模块相连，用于根据多项式拟合法，局部拟合所述多个关键点形成拟合曲线；处理模块，所述处理模块分别与所述确定参数模块和拟合模块相连，用于根据所述拟合曲线、基线、三相接触点的位置，得到待测弱憎水表面的静态接触角。
根据本发明的弱憎水表面静态接触角测量***，通过对液滴滴在弱憎水性表面的图像，对滴入的局部轮廓线进行了局部多项式拟合，通过局部拟合得到弱憎水性表面静态接触角的测量值，有效的提高了弱憎水性表面静态接触角的测量值的精度。且本发明构思巧妙，设计新颖，实用性强。
另外，根据本发明上述实施例的弱憎水表面静态接触角测量***还可以具有如下附加的技术特征：
进一步地，所述处理模块具体用于根据拟合曲线得到拟合曲线的表达式和多项式系数，根据拟合曲线的表达式和多项式系数，计算三相接触点的位置处的切线，根据切线和基线，计算所述待测弱憎水表面的静态接触角。
进一步地，所述处理模块还用于根据多项式阵列计算多项式系数，其中，所述多项式阵列的公式为：
Figure BDA0001447917710000031
其中，k是拟合多项式的次数，(xn,yn)是关键点的位置。
进一步地，还包括：优化模块，所述优化模块与所述拟合模块相连，用于对比所述拟合曲线和轮廓线，调整拟合多项式的阶数以优化拟合结果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的弱憎水表面静态接触角测量方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的弱憎水性表面静态接触角测量图；
图3是根据本发明一个实施例的弱憎水性表面基线拟合及轮廓线拟合、关键点识别的结果图；
图4是根据本发明一个实施例的弱憎水性表面的局部轮廓线多项式拟合的结果图；
图5是根据本发明一个实施例的弱憎水性表面的切线计算及接触角测量结果的结果图；
图6是根据本发明一个实施例的弱憎水表面静态接触角测量方法的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
以下结合附图描述根据本发明实施例的弱憎水表面静态接触角测量方法及***。
图1是根据本发明一个实施例的弱憎水表面静态接触角测量方法的流程图。
如图1所示，根据本发明一个实施例的弱憎水表面静态接触角测量方法，包括：
S110：获取液滴静置于待测弱憎水表面的图像。
作为一个示例，结合图2所示，为液滴静置于待测弱憎水表面的示意图。首先，将待测弱憎水表面的物质放置在测量使用的载物台上。然后，利用微量注射器以零动能方式将液滴平稳的定量的滴定在待测弱憎水表面，测量的载物台可以处于任意角度。利用微距镜头和相机从液滴的侧面捕捉液滴的轮廓，通过背光光源和柔光的***使得获得的图像能够清晰的看到液滴的边缘轮廓。通过调整焦距，使得相机的焦点位于液滴的最大轮廓处。将得到的液滴图片进行二值化处理，得到如图2所示的图像。
S120：根据液滴静置于待测弱憎水表面的图像，确定液滴的轮廓线和液滴与待测弱憎水表面的基线。
结合图3所示，将液滴的局部放大，在图像中识别液滴和待测弱憎水表面的接触线，利用液滴在表面的投影作为辅助信息，确定液滴和表面的接触线的位置，将该位置定位基线C1。
S130：根据基线与轮廓线，确定三相接触点的位置。
三相接触点为待测弱憎水表面、液滴和空气的三相接触的点，或者，三相接触点也可以说成为基线和轮廓线相交的点。结合图3所示，三相接触点为K1的位置。
S140：识别在轮廓线上的多个关键点。
结合图3所示，对液滴的轮廓进行图像识别，确定5-6个关键点的位置，关键点为：K1、K2、K3、K4、K5。其中，三相接触点的位置也可以当做关键点。
S150：根据多项式拟合法，局部拟合多个关键点形成拟合曲线。
具体来说，结合图3-5所示，可知，在采集到的图像中，轮廓线为曲线，为多项式函数，所以采用多项式拟合法，拟合多个关键点形成拟合曲线，其中拟合的取向如图4所示的C2。
S160：根据拟合曲线、基线、三相接触点的位置，得到待测弱憎水表面的静态接触角。
步骤S160具体包括：根据拟合曲线得到拟合曲线的表达式和多项式系数；根据拟合曲线的表达式和多项式系数，计算三相接触点的位置处的切线；根据切线和基线，计算所述待测弱憎水表面的静态接触角。
进一步地，还包括：根据多项式阵列计算多项式系数，其中，多项式阵列的公式为：
Figure BDA0001447917710000051
其中，k是拟合多项式的次数，(xn,yn)是关键点的位置。
作为一个示例，利用多项式拟合法对液滴的轮廓线进行拟合，多项式拟合的形式适用弱憎水性表面的轮廓线形状，认为其轮廓坐标满足式(1),
y-a0+a1x+...+akxk＝0 (1)
将测量图像中的局部关键点(xi,yi)即：K1、K2、K3、K4、K5关键点的坐标带入式(2)得到拟合的残差平方和，k为拟合多形式的次数，一般地，取值为5和6
Figure BDA0001447917710000052
其中ε为测试点的残差，而Q为残差平方和，利用残差平方和对待测参数求导，得到式(3)，
Figure BDA0001447917710000053
整理式(3)中的结果，可以得到计算多项式参数矩阵的方法，
Figure BDA0001447917710000054
通过以上计算，弱憎水性表面静态接触角测量的局部轮廓线多项式拟合结果如图4所示。通过拟合多项式的参数，计算拟合曲线在三相接触点位置的切线，计算该切线和基线所呈的夹角，得到待测弱憎水性表面静态接触角测量的切线C3计算及接触角测量结果。
在一些实施例中，还包括：对比拟合曲线和轮廓线，调整拟合多项式的阶数以优化拟合结果。这样能够更加准确的得到拟合结果。
综上所示，本发明用于各种类型的接触角测量装置，可用于老化硅橡胶表面的静态接触角测量，也可用于不同类型的弱憎水性表面的静态接触角测量。
根据本发明的弱憎水表面静态接触角测量方法，通过对液滴滴在弱憎水性表面的图像，对滴入的局部轮廓线进行了局部多项式拟合，通过局部拟合得到弱憎水性表面静态接触角的测量值，有效的提高了弱憎水性表面静态接触角的测量值的精度。且本发明构思巧妙，设计新颖，实用性强。
图6是根据本发明一个实施例的弱憎水表面静态接触角测量***的结构图。
如图6所示，本发明一个实施例的弱憎水表面静态接触角测量***200，包括：获取模块210、确定参数模块220、识别模块230、拟合模块240和处理模块250。
其中，获取模块210用于获取液滴静置于待测弱憎水表面的图像。确定参数模块220与获取模块210相连，用于根据液滴静置于待测表面的图像，确定液滴的轮廓线和液滴与待测弱憎水表面的基线，进一步根据基线与所述轮廓线，确定三相接触点的位置。识别模块230与确定参数模块220相连，用于识别在轮廓线上的多个关键点。拟合模块240与识别模块230相连，用于根据多项式拟合法，局部拟合多个关键点形成拟合曲线。处理模块250分别与确定参数模块220和拟合模块240相连，用于根据拟合曲线、基线、三相接触点的位置，得到待测弱憎水表面的静态接触角。
根据本发明的弱憎水表面静态接触角测量***，通过对液滴滴在弱憎水性表面的图像，对滴入的局部轮廓线进行了局部多项式拟合，通过局部拟合得到弱憎水性表面静态接触角的测量值，有效的提高了弱憎水性表面静态接触角的测量值的精度。且本发明构思巧妙，设计新颖，实用性强。
在一些实施例中，处理模块250具体用于根据拟合曲线得到拟合曲线的表达式和多项式系数，根据拟合曲线的表达式和多项式系数，计算三相接触点的位置处的切线，根据切线和基线，计算待测弱憎水表面的静态接触角。
在一些实施例中，处理模块250还用于根据多项式阵列计算多项式系数，其中，多项式阵列的公式为：
Figure BDA0001447917710000061
其中，k是拟合多项式的次数，(xn,yn)是关键点的位置。
在一些实施例中，还包括：优化模块，优化模块与拟合模块240相连，用于对比所述拟合曲线和轮廓线，调整拟合多项式的阶数以优化拟合结果。
需要说明的是，本发明实施例的弱憎水表面静态接触角测量***的具体实现方式与本发明实施例的弱憎水表面静态接触角测量方法的具体实现方式类似，具体请参见弱憎水表面静态接触角测量方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种弱憎水表面静态接触角测量方法，其特征在于，包括：
获取液滴静置于待测弱憎水表面的图像；
将所述液滴静置于待测弱憎水表面的图像进行局部放大，以确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测弱憎水表面的基线；
根据基线与所述轮廓线，确定三相接触点的位置；
识别在轮廓线上的处于三相接触点附近的多个关键点；
根据多项式拟合法，局部拟合所述多个关键点形成拟合曲线；
根据所述拟合曲线、基线、三相接触点的位置，得到待测弱憎水表面的静态接触角。
2.根据权利要求1所述的弱憎水表面静态接触角测量方法，其特征在于，所述根据拟合曲线、基线、三相接触点的位置，得到待测弱憎水表面的静态接触角的步骤具体包括：
根据拟合曲线得到拟合曲线的表达式和多项式系数；
根据拟合曲线的表达式和多项式系数，计算三相接触点的位置处的切线；
根据切线和基线，计算所述待测弱憎水表面的静态接触角。
3.根据权利要求2所述的弱憎水表面静态接触角测量方法，其特征在于，还包括：
根据多项式阵列计算多项式系数，其中，所述多项式阵列的公式为：
Figure FDA0002679678620000011
其中，k是拟合多项式的次数，(xn,yn)是关键点的位置。
4.根据权利要求1所述的弱憎水表面静态接触角测量方法，其特征在于，还包括：
对比所述拟合曲线和轮廓线，调整拟合多项式的阶数以优化拟合结果。
5.一种弱憎水表面静态接触角测量***，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取液滴静置于待测弱憎水表面的图像；
确定参数模块，所述确定参数模块与所述获取模块相连，用于将所述液滴静置于待测表面的图像进行局部放大，以确定所述液滴的轮廓线和所述液滴与待测弱憎水表面的基线，进一步根据基线与所述轮廓线，确定三相接触点的位置；
识别模块，所述识别模块与所述确定参数模块相连，用于识别在轮廓线上的处于三相接触点附近的多个关键点；
拟合模块，所述拟合模块与所述识别模块相连，用于根据多项式拟合法，局部拟合所述多个关键点形成拟合曲线；
处理模块，所述处理模块分别与所述确定参数模块和拟合模块相连，用于根据所述拟合曲线、基线、三相接触点的位置，得到待测弱憎水表面的静态接触角。
6.根据权利要求5所述的弱憎水表面静态接触角测量***，其特征在于，所述处理模块具体用于根据拟合曲线得到拟合曲线的表达式和多项式系数，根据拟合曲线的表达式和多项式系数，计算三相接触点的位置处的切线，根据切线和基线，计算所述待测弱憎水表面的静态接触角。
7.根据权利要求6所述的弱憎水表面静态接触角测量***，其特征在于，所述处理模块还用于根据多项式阵列计算多项式系数，其中，所述多项式阵列的公式为：
Figure FDA0002679678620000021
其中，k是拟合多项式的次数，(xn,yn)是关键点的位置。
8.根据权利要求5所述的弱憎水表面静态接触角测量***，其特征在于，还包括：
优化模块，所述优化模块与所述拟合模块相连，用于对比所述拟合曲线和轮廓线，调整拟合多项式的阶数以优化拟合结果。
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