第10章 特征测量和误差分析 10.1 直接测度和间接测度 10.2 准确性和精确性 连通和8-连通

Presentation on theme: "第10章 特征测量和误差分析 10.1 直接测度和间接测度 10.2 准确性和精确性 连通和8-连通"— Presentation transcript:

1

2 第10章 特征测量和误差分析 10.1 直接测度和间接测度 10.2 准确性和精确性 10.3 4-连通和8-连通
第10章 特征测量和误差分析 10.1 直接测度和间接测度 10.2 准确性和精确性 连通和8-连通 10.4 影响测量误差的因素 10.5 误差分析 章毓晋 (TH-EE-IE)

3 10.1 直接测度和间接测度 直接测度（direct measurements） 指直接对特征进行测量
10.1 直接测度和间接测度 直接测度（direct measurements） 指直接对特征进行测量 (1) 场测度（field measurements） 场数目，场面积，目标数量 (2) 特定目标的测度（feature-specific measurements） 目标的面积，直径（包括最大，最小直径） 孔数量，内切位置，切线数量 章毓晋 (TH-EE-IE)

4 10.1 直接测度和间接测度 推导出的测度（derived measurements） 借助其它已测出的测度而获得的新测度
10.1 直接测度和间接测度 推导出的测度（derived measurements） 借助其它已测出的测度而获得的新测度 可以有无穷个（数量可以没有限制 ）！ 特征测度 英文（缩写） 定义 最长尺度 Longest dimension (L) 长轴长度 宽度 Breadth (B) 短轴长度 平均直径 Average diameter (D) 轴平均长度 面积等价直径 Area equivalent diameter (AD) (4A/p)1/2（对圆就是直径） 章毓晋 (TH-EE-IE)

5 10.1 直接测度和间接测度 测度组合 测度的和： 测度乘实数： 测度的倒数： 通式： 章毓晋 (TH-EE-IE)

6 10.2 准确性和精确性 含义/定义 准确性或准确度（accuracy） 实际测量值和作为（参考）真值的客观标准值的接近程度，无偏估计
10.2 准确性和精确性 含义/定义 准确性或准确度（accuracy） 实际测量值和作为（参考）真值的客观标准值的接近程度，无偏估计 精确性或精确度（precision） 根据重复性来定义，这里重复性指测量过程能重复进行并得到相同测量结果的能力 一致估计 （基于N个样本） 章毓晋 (TH-EE-IE)

7 10.2 准确性和精确性 关系和示例 估计中间图里十字的位置 左：估计不一致（分布无规律/不精确）但无偏 右：估计相当一致但不准确，有偏
10.2 准确性和精确性 关系和示例 估计中间图里十字的位置 左：估计不一致（分布无规律/不精确）但无偏 右：估计相当一致但不准确，有偏 章毓晋 (TH-EE-IE)

8 10.2 准确性和精确性 系统误差和统计误差 系统误差反映（参考）真值和测量数据的平均值之间的差别
10.2 准确性和精确性 系统误差和统计误差 系统误差反映（参考）真值和测量数据的平均值之间的差别 统计误差描述重复测量所得到的测量数据（相对于重心值）的散射程度 统计误差大但系统误差小时，每个测量值都与真值差别大但它们的均值可能接近真值 统计误差小但系统误差大时就会得到高精确性低准确性的结果 章毓晋 (TH-EE-IE)

9 10.2 准确性和精确性 统计误差小 统计误差大 系统误差小 系统误差大 章毓晋 (TH-EE-IE)

10 10.3 4-连通和8-连通 1. 边界点和内部点 (a) 中的浅阴影象素点组成1个目标区域 (b) 8-连通内部点，4-连通边界点
连通和8-连通 1. 边界点和内部点 (a) 中的浅阴影象素点组成1个目标区域 (b) 8-连通内部点，4-连通边界点 (c) 4-连通内部点，8-连通边界点 (d) 4-连通内部点和边界点 / 8-连通内部点和边界点 章毓晋 (TH-EE-IE)

11 10.3 4-连通和8-连通 2. 目标点和背景点 (a) 有一个带孔的黑色目标处在白色背景中 (b) 使用4-连通性来确定目标和背景
连通和8-连通 2. 目标点和背景点 (a) 有一个带孔的黑色目标处在白色背景中 (b) 使用4-连通性来确定目标和背景 (c) 使用8-连通性来确定目标和背景 (d) 使用4-连通性来确定孔，8-连通性来确定目标 章毓晋 (TH-EE-IE)

12 10.3 4-连通和8-连通 3. 连通组元的分离 一个4-连通的轮廓能分开三个4-连通的组元 一个8-连通的轮廓分不开两个8-连通的组元
连通和8-连通 3. 连通组元的分离 一个4-连通的轮廓能分开三个4-连通的组元 一个8-连通的轮廓分不开两个8-连通的组元 解决方法：使用对偶的连通性 章毓晋 (TH-EE-IE)

13 区域闭集（包括边界点），区域开集（不包括边界点）
连通和8-连通 4. 开集和闭集目标 区域闭集（包括边界点），区域开集（不包括边界点） (a) 黑点代表8-连通的目标点，白点代表4-连通的背景点 (b) 将目标考虑成闭集，p在B中有三个8-邻域点 (c) 将目标考虑成开集，q在B中有三个4-邻域点 章毓晋 (TH-EE-IE)

14 10.4 影响测量误差的因素 10.4.1 误差来源 10.4.2 光学镜头分辨率 10.4.3 采样密度 10.4.4 分割算法
影响测量误差的因素 误差来源 光学镜头分辨率 采样密度 分割算法 特征量计算公式 综合影响 章毓晋 (TH-EE-IE)

15 10.4.1 误差来源 （数字）测量 从数字化的数据出发，精确地估计产生这些数据的原始模拟量的性质 导致测量产生误差的因素
误差来源 （数字）测量 从数字化的数据出发，精确地估计产生这些数据的原始模拟量的性质 导致测量产生误差的因素 (1) 客观物体本身参数或特征的自然变化 不同物体（可能随时间进程）有不同的 颜色、尺寸、形状、表面特性、…... (2) 图象采集过程 光学镜头分辨率 从连续到离散：空间采样和灰度量化 章毓晋 (TH-EE-IE)

16 10.4.1 误差来源 (3) 不同的图象处理和分析手段 (4) 不同的测量方法和计算公式 (5) 图象加工过程中噪声等干扰的影响
误差来源 (3) 不同的图象处理和分析手段 例如编码，分割等，丢失信息，改变形态等 (4) 不同的测量方法和计算公式 (5) 图象加工过程中噪声等干扰的影响 设备、传输、算法 章毓晋 (TH-EE-IE)

17 10.4.2 光学镜头分辨率 一个有限散射的光学镜头，其点扩散函数在成像平面的第1个零点对应半径为 瑞利分辨率准则：
光学镜头分辨率 一个有限散射的光学镜头，其点扩散函数在成像平面的第1个零点对应半径为 l 是光的波长（对自然光常取l = 0.55 mm） di 是镜头到成像平面距离，D 是镜头直径 瑞利分辨率准则： 可以区分开两个距离为 r 的点源图象 景深 模糊圆盘 图象 目标 章毓晋 (TH-EE-IE)

18 10.4.2 光学镜头分辨率 (1) 普通照相机 (2) 望远镜 一般拍照时有 do » di ≈ f
光学镜头分辨率 (1) 普通照相机 一般拍照时有 do » di ≈ f 设镜头的 f-因数为 nf = f / D (2) 望远镜 望远镜点扩散函数的尺寸决定了分辨率 章毓晋 (TH-EE-IE)

19 10.4.2 光学镜头分辨率 (3) 显微镜 放大倍数大于10倍时，有di » do = f 数值孔径
光学镜头分辨率 (3) 显微镜 放大倍数大于10倍时，有di » do = f 数值孔径 与光的波长成正比，与镜头的光圈数成反比 现代显微镜视场的直径是22 mm (0.9 in.) 先前的显微镜视场的直径是20 mm (0.8 in.) 章毓晋 (TH-EE-IE)

20 10.4.2 光学镜头分辨率 13 mm (0.5 in.)CCD，图象640 × 480象素
光学镜头分辨率 13 mm (0.5 in.)CCD，图象640 × 480象素 每个象素的尺度为 mm，1024 × 1024摄象机 目镜放大倍数 光圈数 目镜分辨率（mm） 理论单元尺寸（mm） 22 mm中单元数 4× 0.10 3.36 13.4 1642 10× 0.25 1.34 20× 0.40 0.84 16.8 1310 40× 0.65 0.52 20.6 1068 60× 0.95 0.35 21.2 1038 60×（油） 1.40 0.24 14.4 1528 100×（油） 24.0 917 章毓晋 (TH-EE-IE)

21 10.4.3 采样密度 1. 采样定理的适用性 采样过程 不能只从采样定理出发来选取采样率
采样密度 不能只从采样定理出发来选取采样率 1. 采样定理的适用性 如果信号f (x)中的最高频率分量为wo，要从采样完全恢复信号，则采样频率必须满足ws > 2wo 采样过程 ws = 2/xs 章毓晋 (TH-EE-IE)

22 采样密度 1. 采样定理的适用性 采样集合： { fn}={ f (nxs)|n= – , …, –1, 0, 1, …, + } 为完全表示带限信号f (x)，需要无穷个采样 如果把信号限制在有限的区间，信号不是带限的 对任一个信号f (x)和与其对应的频谱F(w)，或者是 f (x)在空域有限，或者是F(w)在频域有限，但不能同时有限（采样定理不能用） 章毓晋 (TH-EE-IE)

23 10.4.3 采样密度 图象采集中信号带宽的变化 (1) 进入光学镜头的连续信号是没有带限的
采样密度 图象采集中信号带宽的变化 (1) 进入光学镜头的连续信号是没有带限的 (2) 由光学镜头出来的信号是有带限的，光学传输函数限制了输出图象的频谱 (3) 图象采集时将带限信号在有限面积上成象，由摄象机出来的信号不再是带限的了 (4) 采样并把结果存入储存器。因为只用了有限个数字来表示图象，即使光电感受面面积无穷，用来表示图象的数据量仍是有限的（混迭效应不可避免） 章毓晋 (TH-EE-IE)

24 采样密度 2. 采样对目标特征测量的影响 对给定尺寸的目标，采样密度增加，属于目标的象素增加。一般来说，一个目标中的象素越多，测量目标特征时应该越准确 采样密度不够 章毓晋 (TH-EE-IE)

25 10.4.3 采样密度 2. 采样对目标特征测量的影响 利用采样定理来指导对采样率的选择并不可靠
采样密度 2. 采样对目标特征测量的影响 利用采样定理来指导对采样率的选择并不可靠 不可能写出在有限步骤（或有限时间）内能从 采样数据中获得准确测量值的算法 准确测量的公式：需要用到无穷个采样 需要计算无穷个sinc函数 章毓晋 (TH-EE-IE)

26 10.4.3 采样密度 3. 采样密度的选择 图象分辨率与采样密度的关系（实验） (1) 4 ~ 6 pixel/m 确定目标位置
采样密度 3. 采样密度的选择 图象分辨率与采样密度的关系（实验） (1) 4 ~ 6 pixel/m 确定目标位置 (2) 15 ~ 30 pixel/m 观察结构细节 (3) 30 ~ 40 pixel/m 内容基本不变 章毓晋 (TH-EE-IE)

27 10.4.3 采样密度 3. 采样密度的选择 采样密度与要测量目标尺寸的关系 对圆形物体求面积 进行高准确度的测量常需要相当大的过采样
采样密度 3. 采样密度的选择 采样密度与要测量目标尺寸的关系 对圆形物体求面积 进行高准确度的测量常需要相当大的过采样 章毓晋 (TH-EE-IE)

28 10.4.4 分割算法 图象分割对测量精度的影响（图象信噪比）
分割算法 图象分割对测量精度的影响（图象信噪比） 面积测量的误差曲线随信噪比SNR的减少而左移，所以有可能从不同信噪比的图象得到相近的面积测量精度 章毓晋 (TH-EE-IE)

29 10.4.4 分割算法 图象分割对测量精度的影响（目标的尺寸）
分割算法 图象分割对测量精度的影响（目标的尺寸） 弯曲能测量的误差随目标尺寸d的增加而增加。所以对大目标的弯曲能测量结果不如对小目标的可靠 章毓晋 (TH-EE-IE)

30 10.4.4 分割算法 图象分割对测量精度的影响（目标的形状）
分割算法 图象分割对测量精度的影响（目标的形状） 归一化绝对平均曲率测量的精度受目标形状E的影响不太明显，但测量误差总处于较高水平。换句话说，对不同形状的目标这个特征的测量都不易准确 章毓晋 (TH-EE-IE)

31 10.4.5 特征量计算公式 1. 基于链码的距离测量 链码长度的计算通式 Ne：偶数链码的个数 No：奇数链码的个数
特征量计算公式 1. 基于链码的距离测量 链码长度的计算通式 Ne：偶数链码的个数 No：奇数链码的个数 Nc：角点（即链码方向 发生变化的点）个数 章毓晋 (TH-EE-IE)

32 特征量计算公式 1. 基于链码的距离测量 链码长度的不同计算公式 章毓晋 (TH-EE-IE)

33 特征量计算公式 1. 基于链码的距离测量 不同长度计算公式的比较 章毓晋 (TH-EE-IE)

34 10.4.5 特征量计算公式 2. 基于局部模板的距离测量 一条长直线的长度可以逐步（局部地）计算 局部距离图
特征量计算公式 2. 基于局部模板的距离测量 一条长直线的长度可以逐步（局部地）计算 局部距离图 a：沿水平或垂直方向的局部距离 b：沿对角方向的局部距离 通路长度：D = ama + bmb 最优值：a = ，b = 最大误差：< M，M = max{|x1 – x2|, |y1 – y2|} 章毓晋 (TH-EE-IE)

35 10.4.5 特征量计算公式 2. 基于局部模板的距离测量 3-D图象，计算局部距离的模板 a b c 1.0 1.314 1.628
特征量计算公式 2. 基于局部模板的距离测量 3-D图象，计算局部距离的模板 a b c 1.0 1.314 1.628 0.8875 0.9016 1.289 1.65 0.9398 1.3291 1.6278 章毓晋 (TH-EE-IE)

36 综合影响 不同长度计算公式的误差随采样密度变化 这些公式的误差都有不随采样率改变的下限 章毓晋 (TH-EE-IE)

37 联 系 信 息 通信地址：北京清华大学电子工程系 邮政编码：100084 办公地址：清华大学东主楼，9区307室
联 系 信 息 通信地址：北京清华大学电子工程系 邮政编码：100084 办公地址：清华大学东主楼，9区307室 办公电话：(010) 传真号码：(010) 个人主页： 实验室网：image.ee.tsinghua.edu.cn 章毓晋 (TH-EE-IE)