张鹏 刘春波 李宾军

摘 要：本文通过MATLAB程序来处理电场驱动液晶微流动实验视频，得到微流动的位移和速度。图像处理过程是选取两帧图像，确定其中一帧图像中点的像素灰度值，在另一帧图像找到偏移的像素值，通过其差值即可知某时位移。

关键词：电场驱动;液晶微流动;图像处理

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）17-0023-03

Abstract： In this paper， the MATLAB programmed method was used to process the liquid crystalline micro-fluid moving video to get its displacement and speed. The processing process is to select two frames of images， determine the gray value of the pixels in one frame， and find the offset pixel value in the other frame， through which the displacement at a certain time can be known.

Keywords： electric field driving;liquid crystalline micro-flow;graphics processing

1 研究背景

液晶態是介于液态和晶体态的一种物质的过渡态，既具有液体的流动性，又具有晶体的各向异性[1，2]。在微机械电子系统中，液晶材料因其特有的性质常作为一种微流体的驱动源。当施加电场时，液晶分子指向矢会从某一排列方向旋转至与电场平行方向;而当电场撤去后，分子又恢复原来某种排列或随机排列。施加确定参数的方波电压并固定液晶盒下基片，液晶就会驱动液晶盒上基片沿某一方向运动，这样电能就转化为动能[3]。

本文处理的视频来源于电压驱动液晶微流体实验，实验原理如图1所示。对液晶盒的上下玻璃基片施加电压[4]，上基片的运动过程被摄像显微镜录制下来，并保存在计算机文件中[5]。但是，运用视频录制软件自带的测量工具很难得到满意的结果，瞬时位移速度的信息量也很难控制。目前常用的视频位移测量方法是手测，即选择一个明显点，观察其在显示屏上运动的时间，记录该点的位移。但这种方法也只能得到运动速度的平均值，难以得到实时速度信息，人为误差也比较大。由此，本文利用MATLAB进行计算和图像处理。

2 视频图像处理过程与方法

程序算法流程如图2所示[6，7]。

从图2可以看出大致流程为：在一段视频文件中，选定两帧图像，图像经过一系列处理，然后用滤波核处理寻找两帧偏移图像的最大相似点，便可获取到位移速度图像信息[8，9]。对流程的具体分析如下。

2.1 图像获取

选取一段名为video.wmv格式的液晶微流体运动视频，选定起止时间[t1]、[t2]得到两帧图片，如图3所示，只要计算出两图片中对应点（圆圈表示）的位移，即可获取想要的运动速度和位移。本程序就是基于此思想在附加迭代循环的过程中完成的。

2.2 视频处理过程

对图像进行灰度处理后如图4所示，不同像素点用不同灰度值表示。

对4（a）做裁剪处理，选取因子是0.5;对图4（b）进行滤波核处理，选取因子是0.4，运行结果如图5所示。这样处理的目的是在选定两图像偏移范围内便于寻找偏移的像素点。

2.3 线性滤波核处理

图像进行线性滤波核处理，并寻找图中最大值对应的相似点后[5]，用对应坐标做差得出的距离和已经知道的时间段，即可求出x，y方向的位移偏移量和速度四个量。在计算过程中，对x，y方向分量进行合成，其结果为某方向的合成值，方向也确定了。

3 结果处理

3.1 选取频率参数1Hz对液晶微运动的影响

驱动电场如图6所示。选取了视频中某一区间，利用MATLAB程序运行得到其位移和速度，如图7（a）和（b）所示。从图中可以得到加电压后液晶驱动液晶盒上基片速度是16.020 8[μm/s]，这一时间段的运动位移是224.691 1[μm/s]。

3.2 选取频率参数5Hz对液晶微运动的影响

驱动电场如图8所示。选取了视频中某一区间，利用MATLAB程序运行得到其位移和速度如图9（a）和（b）所示。从图中可以得到加电压后液晶驱动液晶盒上基片速度是7.7[μm/s]，这一时间段的运动位移是114.142 9[μm/s]。

4 结论

通过对MATLAB程序的运行结果进行分析可以得出如下结论：①位移、速度的图像变化规律与视频运动细节一致，呈间歇运动状态，两组不同频率实验对比，也清楚显示出各自运动状态;②本MATLAB程序可以测出实时位移值，测量结果也较为准确。

参考文献：

[1]常亮亮.聚合离子液体—液晶混合物作为气相色谱固定相的制备及性能研究[D].齐齐哈尔：齐齐哈尔大学，2014.

[2]王真.以溶致液晶为模板制备导电聚合物[D].济南：济南大学，2013.

[3]余洪斌.MEMS-DMs理论设计及工艺研究[D].武汉：华中科技大学，2005.

[4]王安标.基于液晶引流效应的微流体驱动器研究[D].郑州：河南工业大学，2015.

[5]张丁.视频实时处理算法研究[D].杭州：浙江大学，2007.

[6]谭艳春，樊海红.MATLAB和二维码可视化技术在电路分析教学中的应用[J].中国教育技术装备，2018（2）：44-46.

[7]吕军，何宁业，孙剑，等.MATLAB在《数字图像处理》课程教学中的探索与实践[J].福建电脑，2018（1）：180-181.

[8]李永珺.基于核相关滤波的目标跟踪算法研究[D].青岛：青岛理工大学，2018.

[9]张俊勇.数字滤波在图像处理中的应用[J].科技风，2015（11）：15.