静态接触角模型及算法

本书系统阐述了作者在静态接触角模型及算法方面多年的研究成果。全书共分12章，内容包括概述、座滴边缘模型、切线法、高宽法、多项式拟合算法、圆拟合算法、椭圆拟合算法、O’Brien模型算法、基于Laplace方程的拟合算法、插值算法、圆Hough变换算法和各种算法的适应性和组合算法。 

本书可作为作为高等学校物理化学专业的参考学习用书，也可供从事接触角测量的科研工作者和工程技术人员阅读、参考。

2002年毕业于华北电力大学高电压与结缘技术专业，获得工学学士学位，同年推免至华北电力大学高电压与绝缘技术专业攻读硕士学位，2005年毕业于华北电力大学高电压与绝缘技术专业，获得工学硕士学位。2011年毕业于华北电力大学高电压与绝缘技术专业，获得工学博士学位。2005-2007年为华北电力大学电力工程系助教，2005-2012年为华北电力大学电力工程系讲师，2013年至今为华北电力大学电力工程系副教授。

浸润性是很多材料表面的关键性能，静态接触角可以表征材料的浸润性。由于科学实验、工农业生产和日常生活中的很多领域对材料的浸润性有一定的要求，使得接触角测量成为许多领域中不可缺少的检测手段。在各种接触角测量方法中，基于座滴法的静态接触角测量方法应用为广泛。如何在获得准确性高、适应范围广、抗干扰能力强的静态接触角算法的同时保证一定的速度是其关键问题。近年来笔者投入了一些时间到接触角算法及应用工作中，对现有算法存在的问题进行了系统地分析，在此基础上针对性地提出了改进的算法，同时也提出了一些新的静态接触角算法。为了使研究结果能被更多的科研工作者所认识并得到更广泛的应用，以期提高静态接触角测量的准确性，同时考虑到目前国内外并没有书籍专门针对静态接触角典型算法进行过系统、翔实的介绍和分析，笔者总结在静态接触角测量方面的研究成果形成本书。本书共分 12 章。第 1 章介绍憎水性检测和接触角测量的原理和应用等背景知识。第 2 章介绍平面上液滴边缘所满足的精确模型和近似模型，比较了典型模型表征的准确性，为后续算法的介绍和分析奠定了基础。第 3 章介绍了不基于模型的静态接触角典型算法之一的切线法的原理、误差及影响因素， 指出了切线法的特点和应用范围。第 4 章介绍了基于圆模型的一种算法即高宽法的原理、误差及影响因素，给出了算法具体的应用范围。第 5 章介绍了不基于模型的静态接触角典型算法之一的多项式法的原理、误差及影响因素， 系统比较了笛卡尔坐标系下的算法与极坐标系下的算法。第 6 章介绍了基于圆模型的另外一种算法即圆拟合算法的原理、误差及影响因素，给出了算法具体的应用范围。第 7 章介绍了基于椭圆模型的两种算法即基于代数方程和几何方程的椭圆拟合算法的原理、误差及影响因素，给出了两种算法具体的

应用范围。第 8 章介绍了 O′Brien 模型算法的原理、改进方法及误差分析。第 9 章对基于 Laplace 方程的拟合算法进行了系统的研究，在综述了算法研究现状的基础上，分析了相关因素对 ADSA ? P 算法准确性的影响，提出了一种快速算法，并分析了超疏水情况下由于高度识别误差导致 ADSA ? P 算法的误差并给出了临界图像分辨率以提高超疏水下静态接触角测量的准确性。第 10 章针对圆拟合算法在大水珠体积和接触角下误差偏大，提出了插值去修改其误差的方法，采用数值产生水珠边缘和真实水珠图像验证了算法的有效性。第 11 章针对模糊液滴图像进行了分析。通过比较确立了圆 Hough 变换算法针对模糊液滴图像静态接触角计算的有效性，然后与圆拟合算法进行了系统比较。在此基础上通过给出临界水珠体积和临界接触角保障了算法的准确性， 同时对算法应用时图像分辨率的选择进行了研究。第 12 章系统分析现有主流接触角算法在不同情况下的准确性、抗干扰能力和计算时间的差异，综合分析后对每种算法的选择给出建议。在此基础上针对圆、椭圆拟合算法和ADSA ? P 算法适应范围差异和存在的互补性提出一种在全憎水性范围内的组合算法并验证其可靠性。　　　本书的撰写工作主要是笔者在瑞典查尔姆斯理工大学（ Chalmers University of Technology）访问期间完成，感谢张翼、张一杰、戚岭娜、侯智剑等帮忙校对。非常感谢国家留学基金委的财政资助！感谢新能源电力系统国家重点实验室开放基金和中央高校基本科研业务费项目的资助！　　　限于编写时间且成书仓促，书中难免存在疏漏和不当之处，敬请读者批评指正。
笔 者2017 年 6 月