第03章：信息获取与提取.ppt

第1页，共28页，编辑于2022年，星期五 第3章：信息获取与提取 3.1信息感知 信息感知指人或人造的系统所具有的对环境与目标信息的获取、探测、提取、识别、测量等技术的总称。 多数情况下侧重利用信息产生的目标对象的物理特性、光学特性、电声特性、化学特性等，如压力、温度、湿度、位移等等，采用无线电、电容、静电、光、声、冲击、震动等方式实现。 在实现的过程中，通过特征提取、数据融合、智能信号处理等方法来提高信息感知效果。 感知的结果经过认知、预测、决策、响应及可视化技术等构成一个完整的应用系统。 第2页，共28页，编辑于2022年，星期五 3.1信息感知 测量是按照某种规律，用数据来描述观察到的现象，即对事物作出量化描述。测量是对非量化实物的量化过程。 测量学的定义：研究三维空间中各种物体的形状、大小、位置、方向和其分布的学科。 测量是利用合适的工具，确定某个给定对象（object）在某个给定属性（Attribute)上的量的程序或过程。作为测量结果的量通常用数值表示。该数值是在一个给定的量纲或尺度系统下，由属性的量和测量单位的比值决定的。 第3页，共28页，编辑于2022年，星期五 3.1信息感知 测量学的内容包括测定和测设两个部分。（1）测定是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据，或把测量数据绘成形图。 （2）测设是指把规划设计好的目标在指定尺度下和位置下标定出来，作为下一步工做的依据。 第4页，共28页，编辑于2022年，星期五 3.1信息感知 测量具有四个要素 （1）测量客体，即测量对象。它是客观世界中所存在的事物或者现象，是人们要用数字或符号来进行表达、解释和说明的对象。 （2）测量内容，即测量客体的某种属性或特征。实际上，在任何一种测量中，人们所测量的对象虽然是某一客体，但所测量的内容却并不是客体本身，而是这一客体的特征或属性。 （3）测量法则，即用数字和符号表达事物各种属性或特征的操作规则。也可以说，它是某种具体的操作程序和区分不同特征或属性的标准。 （4）数字和符号，即用来表示测量结果的符号集。 第5页，共28页，编辑于2022年，星期五 3.1信息感知 传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理（变换）和识别的一门多学科交叉科学，它涉及传感器（又称换能器）、信息处理和识别等技术领域。 传感技术同计算机技术与通信技术一起被称为信息技术的三大支柱 。 传感器的智能化主要侧重传感信号的处理、识别技术与方法和装置的自校准、自诊断、自学习、自决策、自适应和自组织等能力。智能传感器与人工智能技术结合，可以进一步发展智能制造、智能机器和智能制造系统。 第6页，共28页，编辑于2022年，星期五 3.1信息感知 获取信息靠各类传感器，它们有各种物理量、化学量或生物量的传感类型。传感器的功能与品质决定了传感系统获取自然信息的信息量和信息质量，高品质传感技术是系统构造的关键，它决定通过传感器获取的信息描述信号的质量，即信息获取的质量。 信息处理包括信号的预处理、信号分析、特征提取、后处理等。 识别的主要任务是对经过处理的信息进行辨识与分类。它利用被识别（或诊断）对象与特征信息间的关联关系模型对输入的特征信息进行辨识、比较、分类和判断。因此，传感技术是遵循信息论和系统论的。 第7页，共28页，编辑于2022年，星期五 3.1信息感知 德国物理学家W.K.海森堡于1927年提出不确定性原理又名“海森堡测不准原理”（Heishenberg Uncertainty Principle）。 海森堡测不准原理：测量行为与被测量物之间往往会产生相互作用和相互干扰，因此某些物理量很难通过仪器测量的方法得到准确的测量。 所有传感与测量技术都受制于不确定性原理。测不准原理告诉人们真值找不到，人们只能尽一切努力，找到真值的近似值。这也是感知与测量技术科学发展的动力。 第8页，共28页，编辑于2022年，星期五 3.2信息的表示与识别 信息感知或测量获得的数据可以用信号的形式展现。这些信号可以是电量波形，也可以是其它的表现形式。多数情况下以波形来描述。 根据奈奎斯特取样定理，任何连续信号均可以表示成离散样值符号序列的形式，存储于现代的数字系统中。 奈奎斯特取样定理：模拟信号离散化取样频率在大于信号最高频率的二倍时，可以无失真地恢复原模拟信号。 第9页，共28页，编辑于2022年，星期五 3.2信息的表示与识别 信号是反映（或载有）信息的各种物理量，一维信号以波形的形式表示，二维信号体现为一帧图像。 对信号进行分析，找到信号波形或图像的结构特征或统计特征，就完成了信号的分析工作。信号是信息系统直接进行加工、变换以及实现通信(信息交互)的对象。 按照奈奎斯特取样定理把反映物理量变化的连续模拟信号转换成一系列数值表示就完