Machine learning enabled orthogonal camera goniometry for accurate and robust contact angle measurements

测角仪 接触角 润湿 人工智能 计算机科学 高斯分布 计算机视觉 标准差 光学 曲面(拓扑) 材料科学 基本事实 生物系统 数学 物理 几何学 复合材料 统计 生物 量子力学
作者
Hossein Kabir,Nishant Garg
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1): 1497-1497 被引量:131
标识
DOI:10.1038/s41598-023-28763-1
摘要

Abstract Characterization of surface wettability plays an integral role in physical, chemical, and biological processes. However, the conventional fitting algorithms are not suitable for accurate estimation of wetting properties, especially on hydrophilic surfaces, due to optical distortions triggered by changes in the focal length of the moving drops. Therefore, here we present an original setup coupled with Convolutional Neural Networks (CNN) for estimation of Contact Angle (CA). The developed algorithm is trained on 3375 ground truth images (at different front-lit illuminations), less sensitive to the edges of the drops, and retains its stability for images that are synthetically blurred with higher Gaussian Blurring (GB) values (GB: 0–22) if compared to existing goniometers (GB: 0–12). Besides, the proposed technique can precisely analyze drops of various colors and chemistries on different surfaces. Finally, our automated orthogonal camera goniometer has a significantly lower average standard deviation (6.7° vs. 14.6°) and coefficient of variation (14.9 vs. 29.2%) than the existing techniques and enables wettability assessment of non-spherical drops on heterogeneous surfaces.
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