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探讨计算机断层扫描的准确度与不确定度

2021年2月15日 | Dirk Steiner

评估3D扫描系统时,需要理解一系列关于CT系统精度和不确定度的术语。本篇博客文章阐述了诸如精密度与准确度、公差、测量不确定度等专业术语。

视觉准确率与精确率

图1:精度与准确度

精确度与准确度:

为了理解“准确度”和“精确度”之间的区别,不妨以图1所示的飞镖靶上的靶心为例。

在左上角,弹着点分布非常分散,与右下角相比,其精度和准确度都较低。右上角展示了有时被称为“良好弹着群”的情况:所有弹着点彼此非常接近,但距离作为瞄准点的中心较远,这表明准确度较低但精度较高。在左下角,所有弹着点都围绕中心分布,其中一些仅散落在第二环内。这种情况通常被视为准确度较高但精度较低。

容忍:

“公差”一词指的是尺寸的上限(最大值)与下限(最小值)之间的差值。换言之,公差即尺寸允许的最大变化范围。

测量的不确定度:

在大多数情况下,当人们询问准确度时,他们真正指的其实是测量不确定度。尽管“测量不确定度”这一术语略显拗口,但这是许多适用于CT扫描的标准中采用的表述方式。

博客——宽容

图2:不确定度与公差

请看图2,测量结果显示为V1。测量不确定度是指在一定置信水平下,真实值可能落在多大范围内的量。

决议:

在评估CT数据集时,需要了解的一个重要参数是其中最基本的单元:体素大小。它的定义很简单,即视野的长度(或直径)除以某个方向上生成的体素数量。

博客-FOV

图3:CT系统组件和视野

体素大小并不能说明可见的最小细节。如果存在一个大小为一个体素的孔隙,仅凭这些信息还不足以可靠地检测到它。 经验法则是:至少需要 2 × 2 × 2 个体素才能观察到单个特征。就计量学而言,这还不足以“覆盖”物体周围以构建精确的表面。术语“分辨率”的定义取决于具体应用场景。

错误:

误差描述了CT系统的性能,是指在特定条件下相对于已知测量值的偏差。 系统通常规定其最大允许误差(MPE);同一系统可能存在多种不同的规格要求。误差与测量不确定度不同。它代表一个可通过验收程序进行核查,或用于监测系统运行状况的数值。误差是在制造商定义的理想条件下测得的,通常表示为MPEXE = V μm * (L / D mm)

适用性:

该方法是否适用于某项具体的测量任务?答案非黑即白:是或否。

博客-宽容-2

适用性通常也涵盖上述情况中的问题。即使考虑了最坏情况下的不确定度 U,测量值 V1 仍完全在公差范围内。而即使假设最佳情况下的不确定度,V2 仍超出公差范围。但如果 V2 的数值在公差范围内,而其不确定度却可能导致零件不合格,该怎么办?一种方法是收紧公差,但这可能会导致许多合格零件被判定为不合格。 现行标准通常通过开展适用性研究来处理此类问题。可采用多种方法,例如量具重复性和再现性(Gauge R&R)、测量系统分析(MSA)、VDA5、VDI/VDE 2630等。该研究通常涵盖整个过程,包括操作人员和被测对象。

完整白皮书可免费下载:

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准确性-缩略图

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