把亚像素边缘的重复性与偏差分开测试

本测试要回答的问题

显示出很多位小数，描述的是输出分辨率，而不是精度。要把固定工件重复性、重新放置带来的变化，以及相对独立参考的误差分开评估。

这是一份与厂商无关的现场调试方法。更改任何设置之前，请先查阅所用具体型号的相机、镜头、传感器或控制器手册。文中的数值示例表为假设数据，既不是 Deyi Vision 的测量结果，也不是产品规格。

前置条件

使用稳定的边缘、经过验证的像素比例，以及不确定度已知的参考尺寸。保持相同的边缘极性和 ROI；避免饱和的过渡区和不受控的锐化。

在采集重复性数据之前，先写明被测尺寸、边缘极性、区域和允许的工件摆放方式。亚像素坐标是插值得到的估计值，并不能证明具有同等的物理精度。固定工件重复性要与重新装载带来的变化、以及相对独立参考的偏差分开。在最初的固定工件测试中，不应带入不稳定的参考治具或变化的对焦；但在之后的应用验证中，则要纳入允许范围内的装载和高度变化。

测试台与记录

准备原始图像存储、固定治具和一个参考标准件。记录光圈、对焦、照明、边缘滤波、插值方法和算法版本。

准备一个已表征的参考件（其数值和不确定度有文档记录）、稳定的治具和原始图像留存。记录像素比例、标定编号、边缘提取设置、照明、对焦以及所报告的具体尺寸。除显示的输出之外，还要保存未经修约的结果。说明边缘点是如何汇总成该尺寸的；即使相机图像没有变化，更改滤波、拟合长度或离群点处理，也可能改变结果。

执行测试

1. 在不移动标准件的前提下采集 100 帧静止图像，并导出未经修约的测量值。
2. 把标准件重新放置 30 次，每次放置都独立记录。
3. 将平均长度与参考值比较；固定测试与重新放置测试的分布要分开。
4. 在视野角落和允许的高度极值处重复，且不重新调整边缘算法。

不触碰工件，采集静止序列，同时检查结果分布和有代表性的边缘剖面。然后取下并重新装载工件，按预定的操作人员或工件取放流程，单独完成放置序列。在关键的视野位置和允许的高度上重复。保留每次的工件位姿和文件标识，以便把测得尺寸的偏移追溯到装载、局部比例或边缘行为，而不是仅仅归结为噪声。

假设示例表

假设固定工件的离散程度为 0.06 px，比例为 0.025 mm/px，得到标准差 0.0015 mm。均值 10.010 mm 相对参考值 10.000 mm，偏差为 +0.010 mm：良好的重复性可以与不可接受的偏差并存。

s_mm = s_pixels * object_scale
0.06 px * 0.025 mm/px = 0.0015 mm
bias = mean - reference = 10.010 - 10.000 = +0.010 mm
repeatability != accuracy

由像素换算得到的假设标准差，描述的是固定的测量序列；而与参考值之差，是该条件下偏差的估计值。标准差小，并不能抵消偏差判据不合格这一结果。在判断偏差是否显著之前，要把参考不确定度和任何修正与偏差进行比较。计算波动之前，不要对单个测量值做修约；也不要在未说明合并后总体的前提下，合并固定工件与重新装载的结果。

测试流程

解读证据

用对比图，把重复性和与参考的一致程度并排呈现出来。检查最不稳定的几次采集附近的边缘剖面，看是否存在对比度变化、反光或阈值交叉位置的变化。如果拟合的边缘跨越了弯曲的几何形状，要核实拟合模型所代表的是预期的基准。对错误几何特征所做的可重复估计，在统计上可能看起来很出色，却不适用于所报告的尺寸。

故障排查

• 重复性好但存在偏差的结果，提示比例、参考件、阈值或光学几何方面存在误差。
• 只在重新放置后才出现的波动，提示对治具/高度敏感；不要把它归为传感器噪声。

周期性的波动可能跟随照明或设备振动；在修改边缘算法之前，先把原始剖面与采集顺序对照起来看。随装载而变的偏差，提示对位姿、高度或基准敏感。随角落而变的偏差，提示存在局部比例或标定方面的影响。如果结果只在修约或导出之后才发生跳变，应检查数据路径。增加显示的小数位数，无法纠正上述任何一种机理，也不应拿它作为验收的理由。

验收与交接

分别设定重复性、重新放置和偏差的限值，其中要计入参考不确定度。如果示例中的偏差限值为 0.005 mm，那么即使重复性可能通过，这个结果也不合格。保留所有未经修约的观测值。

将原始文件、设置、样品标识和判定限值一并归档。请参照下方相关的产品指南与准备指南，与 Deyi Vision 讨论已有文档记录的需求。

用新的参考件和新的放置序列，在声明的工作范围内验证未改动的测量配方。分别对照各自事先声明的限值，评估固定工件重复性、重新装载带来的变化和参考误差。在计量评审中，要纳入参考不确定度和相关的应用影响。只有同时具备原始结果、几何定义和修正策略，才可放行该测量；光学、标定、边缘配方或治具发生变化后，要重复验证。