特征測(cè)量和誤差分析

1、可編輯ppt,第10章 特征測(cè)量和誤差分析,10.1 直接測(cè)度和間接測(cè)度 10.2 準(zhǔn)確性和精確性 10.3 4-連通和8-連通 10.4 影響測(cè)量誤差的因素 10.5 誤差分析,可編輯ppt,10.1 直接測(cè)度和間接測(cè)度,直接測(cè)度（direct measurements） 指直接對(duì)特征進(jìn)行測(cè)量 (1) 場(chǎng)測(cè)度（field measurements） 場(chǎng)數(shù)目，場(chǎng)面積，目標(biāo)數(shù)量 (2) 特定目標(biāo)的測(cè)度（feature-specific measurements） 目標(biāo)的面積，直徑（包括最大，最小直徑） 孔數(shù)量，內(nèi)切位置，切線(xiàn)數(shù)量,可編輯ppt,10.1 直接測(cè)度和間接測(cè)度,推導(dǎo)出的測(cè)度（deri

2、ved measurements） 借助其它已測(cè)出的測(cè)度而獲得的新測(cè)度 可以有無(wú)窮個(gè)（數(shù)量可以沒(méi)有限制 ）,可編輯ppt,10.1 直接測(cè)度和間接測(cè)度,測(cè)度組合 測(cè)度的和： 測(cè)度乘實(shí)數(shù)： 測(cè)度的倒數(shù)： 通式,可編輯ppt,含義/定義 準(zhǔn)確性或準(zhǔn)確度（accuracy） 實(shí)際測(cè)量值和作為（參考）真值的客觀(guān)標(biāo)準(zhǔn)值的接近程度，無(wú)偏估計(jì) 精確性或精確度（precision） 根據(jù)重復(fù)性來(lái)定義，這里重復(fù)性指測(cè)量過(guò)程能重復(fù)進(jìn)行并得到相同測(cè)量結(jié)果的能力 一致估計(jì) （基于N個(gè)樣本,10.2 準(zhǔn)確性和精確性,可編輯ppt,10.2 準(zhǔn)確性和精確性,關(guān)系和示例 估計(jì)中間圖里十字的位置 左：估計(jì)不一致（分布無(wú)規(guī)律/

3、不精確）但無(wú)偏 右：估計(jì)相當(dāng)一致但不準(zhǔn)確，有偏,可編輯ppt,10.2 準(zhǔn)確性和精確性,系統(tǒng)誤差和統(tǒng)計(jì)誤差 系統(tǒng)誤差反映（參考）真值和測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值之間的差別 統(tǒng)計(jì)誤差描述重復(fù)測(cè)量所得到的測(cè)量數(shù)據(jù)（相對(duì)于重心值）的散射程度 統(tǒng)計(jì)誤差大但系統(tǒng)誤差小時(shí)，每個(gè)測(cè)量值都與真值差別大但它們的均值可能接近真值 統(tǒng)計(jì)誤差小但系統(tǒng)誤差大時(shí)就會(huì)得到高精確性低準(zhǔn)確性的結(jié)果,可編輯ppt,10.2 準(zhǔn)確性和精確性,系統(tǒng)誤差小,系統(tǒng)誤差大,統(tǒng)計(jì)誤差小,統(tǒng)計(jì)誤差大,可編輯ppt,10.3 4-連通和8-連通,1.邊界點(diǎn)和內(nèi)部點(diǎn) (a) 中的淺陰影象素點(diǎn)組成1個(gè)目標(biāo)區(qū)域 (b) 8-連通內(nèi)部點(diǎn)，4-連通邊界點(diǎn) (c)

4、4-連通內(nèi)部點(diǎn)，8-連通邊界點(diǎn) (d) 4-連通內(nèi)部點(diǎn)和邊界點(diǎn) / 8-連通內(nèi)部點(diǎn)和邊界點(diǎn),可編輯ppt,10.3 4-連通和8-連通,2.目標(biāo)點(diǎn)和背景點(diǎn) (a) 有一個(gè)帶孔的黑色目標(biāo)處在白色背景中 (b) 使用4-連通性來(lái)確定目標(biāo)和背景 (c) 使用8-連通性來(lái)確定目標(biāo)和背景 (d) 使用4-連通性來(lái)確定孔，8-連通性來(lái)確定目標(biāo),可編輯ppt,10.3 4-連通和8-連通,3.連通組元的分離 一個(gè)4-連通的輪廓能分開(kāi)三個(gè)4-連通的組元 一個(gè)8-連通的輪廓分不開(kāi)兩個(gè)8-連通的組元 解決方法：使用對(duì)偶的連通性,可編輯ppt,10.3 4-連通和8-連通,4.開(kāi)集和閉集目標(biāo) 區(qū)域閉集（包括邊界點(diǎn)）

5、，區(qū)域開(kāi)集（不包括邊界點(diǎn)） (a) 黑點(diǎn)代表8-連通的目標(biāo)點(diǎn)，白點(diǎn)代表4-連通的背景點(diǎn) (b) 將目標(biāo)考慮成閉集，p在B中有三個(gè)8-鄰域點(diǎn) (c) 將目標(biāo)考慮成開(kāi)集，q在B中有三個(gè)4-鄰域點(diǎn),可編輯ppt,10.4 影響測(cè)量誤差的因素,10.4.1誤差來(lái)源 10.4.2光學(xué)鏡頭分辨率 10.4.3采樣密度 10.4.4分割算法 10.4.5特征量計(jì)算公式 10.4.6綜合影響,可編輯ppt,10.4.1 誤差來(lái)源,數(shù)字）測(cè)量 從數(shù)字化的數(shù)據(jù)出發(fā)，精確地估計(jì)產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的原始模擬量的性質(zhì) 導(dǎo)致測(cè)量產(chǎn)生誤差的因素 (1) 客觀(guān)物體本身參數(shù)或特征的自然變化 不同物體（可能隨時(shí)間進(jìn)程）有不同的顏色、尺

6、寸、形狀、表面特性、. (2) 圖象采集過(guò)程 光學(xué)鏡頭分辨率 從連續(xù)到離散：空間采樣和灰度量化,可編輯ppt,10.4.1 誤差來(lái)源,3) 不同的圖象處理和分析手段 例如編碼，分割等，丟失信息，改變形態(tài)等 (4) 不同的測(cè)量方法和計(jì)算公式 (5) 圖象加工過(guò)程中噪聲等干擾的影響 設(shè)備、傳輸、算法,可編輯ppt,10.4.2 光學(xué)鏡頭分辨率,一個(gè)有限散射的光學(xué)鏡頭，其點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)在成像平面的第1個(gè)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)半徑為 l 是光的波長(zhǎng)（對(duì)自然光常取l = 0.55 mm） di 是鏡頭到成像平面距離，D 是鏡頭直徑 瑞利分辨率準(zhǔn)則： 可以區(qū)分開(kāi)兩個(gè)距離為 r 的點(diǎn)源圖象,可編輯ppt,10.4.2 光學(xué)鏡

7、頭分辨率,1)普通照相機(jī) 一般拍照時(shí)有 do di f 設(shè)鏡頭的 f-因數(shù)為 nf = f / D (2)望遠(yuǎn)鏡 望遠(yuǎn)鏡點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的尺寸決定了分辨率,可編輯ppt,10.4.2 光學(xué)鏡頭分辨率,3)顯微鏡 放大倍數(shù)大于10倍時(shí)，有di do = f 數(shù)值孔徑 與光的波長(zhǎng)成正比，與鏡頭的光圈數(shù)成反比 現(xiàn)代顯微鏡視場(chǎng)的直徑是22 mm (0.9 in.) 先前的顯微鏡視場(chǎng)的直徑是20 mm (0.8 in.,可編輯ppt,10.4.2 光學(xué)鏡頭分辨率,13 mm (0.5 in.)CCD，圖象640 480象素 每個(gè)象素的尺度為15.875 mm，1024 1024攝象機(jī),可編輯ppt,10.4.

8、3 采樣密度,不能只從采樣定理出發(fā)來(lái)選取采樣率 1.采樣定理的適用性 如果信號(hào)f (x)中的最高頻率分量為wo，要從采樣完全恢復(fù)信號(hào)，則采樣頻率必須滿(mǎn)足ws 2wo 采樣過(guò)程,ws = 2/xs,可編輯ppt,10.4.3 采樣密度,1.采樣定理的適用性 采樣集合： fn= f (nxs)|n= , , 1, 0, 1, , + 為完全表示帶限信號(hào)f (x)，需要無(wú)窮個(gè)采樣 如果把信號(hào)限制在有限的區(qū)間，信號(hào)不是帶限的 對(duì)任一個(gè)信號(hào)f (x)和與其對(duì)應(yīng)的頻譜F(w)，或者是 f (x)在空域有限，或者是F(w)在頻域有限，但不能同時(shí)有限（采樣定理不能用,可編輯ppt,10.4.3 采樣密度,圖象

9、采集中信號(hào)帶寬的變化 (1)進(jìn)入光學(xué)鏡頭的連續(xù)信號(hào)是沒(méi)有帶限的 (2)由光學(xué)鏡頭出來(lái)的信號(hào)是有帶限的，光學(xué)傳輸函數(shù)限制了輸出圖象的頻譜 (3)圖象采集時(shí)將帶限信號(hào)在有限面積上成象，由攝象機(jī)出來(lái)的信號(hào)不再是帶限的了 (4)采樣并把結(jié)果存入儲(chǔ)存器。因?yàn)橹挥昧擞邢迋€(gè)數(shù)字來(lái)表示圖象，即使光電感受面面積無(wú)窮，用來(lái)表示圖象的數(shù)據(jù)量仍是有限的（混迭效應(yīng)不可避免,可編輯ppt,10.4.3 采樣密度,2.采樣對(duì)目標(biāo)特征測(cè)量的影響 對(duì)給定尺寸的目標(biāo)，采樣密度增加，屬于目標(biāo)的象素增加。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)目標(biāo)中的象素越多，測(cè)量目標(biāo)特征時(shí)應(yīng)該越準(zhǔn)確 采樣密度不夠,可編輯ppt,10.4.3 采樣密度,2.采樣對(duì)目標(biāo)特征測(cè)

10、量的影響 利用采樣定理來(lái)指導(dǎo)對(duì)采樣率的選擇并不可靠 不可能寫(xiě)出在有限步驟（或有限時(shí)間）內(nèi)能從采樣數(shù)據(jù)中獲得準(zhǔn)確測(cè)量值的算法 準(zhǔn)確測(cè)量的公式：需要用到無(wú)窮個(gè)采樣 需要計(jì)算無(wú)窮個(gè)sinc函數(shù),可編輯ppt,10.4.3 采樣密度,3. 采樣密度的選擇 圖象分辨率與采樣密度的關(guān)系（實(shí)驗(yàn)） (1) 4 6 pixel/m 確定目標(biāo)位置 (2) 15 30 pixel/m 觀(guān)察結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié) (3) 30 40 pixel/m 內(nèi)容基本不變,可編輯ppt,10.4.3 采樣密度,3. 采樣密度的選擇 采樣密度與要測(cè)量目標(biāo)尺寸的關(guān)系 對(duì)圓形物體求面積,進(jìn)行高準(zhǔn)確度的測(cè)量常需要相當(dāng)大的過(guò)采樣,可編輯ppt,10.

11、4.4 分割算法,圖象分割對(duì)測(cè)量精度的影響（圖象信噪比,面積測(cè)量的誤差曲線(xiàn)隨信噪比SNR的減少而左移，所以有可能從不同信噪比的圖象得到相近的面積測(cè)量精度,可編輯ppt,10.4.4 分割算法,圖象分割對(duì)測(cè)量精度的影響（目標(biāo)的尺寸,彎曲能測(cè)量的誤差隨目標(biāo)尺寸d的增加而增加。所以對(duì)大目標(biāo)的彎曲能測(cè)量結(jié)果不如對(duì)小目標(biāo)的可靠,可編輯ppt,10.4.4 分割算法,圖象分割對(duì)測(cè)量精度的影響（目標(biāo)的形狀,歸一化絕對(duì)平均曲率測(cè)量的精度受目標(biāo)形狀E的影響不太明顯，但測(cè)量誤差總處于較高水平。換句話(huà)說(shuō)，對(duì)不同形狀的目標(biāo)這個(gè)特征的測(cè)量都不易準(zhǔn)確,可編輯ppt,1.基于鏈碼的距離測(cè)量 鏈碼長(zhǎng)度的計(jì)算通式 Ne：偶數(shù)鏈

12、碼的個(gè)數(shù) No：奇數(shù)鏈碼的個(gè)數(shù) Nc：角點(diǎn)（即鏈碼方向 發(fā)生變化的點(diǎn)）個(gè)數(shù),10.4.5 特征量計(jì)算公式,可編輯ppt,1.基于鏈碼的距離測(cè)量 鏈碼長(zhǎng)度的不同計(jì)算公式,10.4.5 特征量計(jì)算公式,可編輯ppt,1.基于鏈碼的距離測(cè)量 不同長(zhǎng)度計(jì)算公式的比較,10.4.5 特征量計(jì)算公式,可編輯ppt,2.基于局部模板的距離測(cè)量 一條長(zhǎng)直線(xiàn)的長(zhǎng)度可以逐步（局部地）計(jì)算 局部距離圖 a：沿水平或垂直方向的局部距離 b：沿對(duì)角方向的局部距離 通路長(zhǎng)度：D = ama + bmb 最優(yōu)值：a = 0.95509，b = 1.36930 最大誤差： 0.04491 M，M = max|x1 x2|, |y1 y2,10.4.5 特征量計(jì)算公式,可編輯ppt,2.基于局部模板的距離測(cè)量 3-D圖象，計(jì)算局部距離的模板,