测量软件:没测到的地方,为什么也有了高度?

周四·测量软件·出差补作业

表面高度图里，有一块空白。执行“填充未测点”，那里有了高度，三维网格也连上了。

工件没有重测，仪器没有重新采集。新出现的数值，是从哪里来的？

这不是一个抠字眼的问题。补完以后，这些高度可能继续参加找平、滤波和粗糙度计算。我更在意的是：算到最后，软件还认不认得原来那块空白？

软件先向邻居借了一个高度

“未测到”不等于“高度为零”。零是一个确定的数值；未测到，是这个位置没有可用的高度结果。在数据文件里，后者常用NaN这样的特殊标记表示。

补点就是拿周围已有的数值，估计空白处的高度。最近邻法最直白：找距离最近的已知点，把它的高度拿过来。线性插值则利用周围点，在局部作线性估计。两种方法都没有增加一次测量。SciPy插值文档把这些规则写得很清楚。

这不是纸上讨论。开源表面分析库Surfalize的0.19.2版就有fill_nonmeasured接口，默认使用最近邻法，也提供线性和三次插值。存在未测点时，默认调用会返回处理后的新对象，不直接修改原对象。对应版本源码

问题出在下一步：**一个空白被填成了有限数值，只看这张新高度表，就不能再靠“是不是NaN”认出它的来历。**原始数据和缺测位置，要由调用它的程序继续保存。

把一块凹坑遮住，结果会怎样

我用一组演示数据做了留出测试：先造好完整数据，再遮掉一部分，看补点能恢复多少。它不是仪器实测，也不是对某款软件的性能测试。

阵列有9行、9列，共81个等间距点。外围72个点的高度都是0，中央3×3的9个点都是−10微米，表示一块凹下去的区域。

把中央9个点全部遮去，剩下的已知高度就只有0。用最近邻补点，这9个位置也全部变成0。原来深10微米的区域，在补完的图上平了。

再做一个最简单的计算：每个点减去全体平均高度，取绝对值，再求平均。完整81点的结果约为1.98微米；补点后变成0。这里没有做标准规定的完整表面处理，不能把这个数冒充正式的Sa测量结果。

算法照规则做完了，信息却没有回来。中央本来是平面，还是藏着凹坑，外围这72个零都能与之相容。仅凭这些点，恢复不了被遮掉的深度。

那就不补，只算剩下的72个点？结果仍是0。但它回答的是“留下来的这些点有多起伏”，不是“原来整片区域有多起伏”。

补点和跳过未测点，都不能替缺失的那一片作证。

补进去的数，还可能改变别处的结果

实际处理比上面的算例更长。

找平会先拟合一个参考平面，再把它从高度图里减掉。若补点也参与拟合，它们就有机会改变参考平面的位置或倾斜程度。原先测到的点没有改，减去的参考面却可能改了。

邻域滤波又会把周围数值组合起来。补进去的高度参与运算后，影响可以传到缺口外的点。因此，到最后计算参数时才把原缺口扣掉，不一定能消除前面处理留下的影响。

这也是为什么“图看着差不多”不能当验收办法。2023年一项针对电子束增材制造表面、采用相干扫描干涉测量的研究，比较了两种误差处理方法：处理后的表面图视觉上相近，计算出的部分表面参数却有明显差别。这是特定表面和处理方法的比较，不是所有插值的统一结论。原始论文

要复核，得把补点、找平、滤波、选区和参数计算放在同一条处理记录里看。只记最后那个粗糙度数值，找不到变化发生在哪一步。

程序里，至少留下原始空白

应用层把原始高度保留下来，另存一张同尺寸的位置表：哪些点原来有效，哪些点是插值补的。处理后的高度再放一份，不能覆盖原始记录。

这张位置表记录原始有效性和数据来源，通常也叫来源掩码。它能让后续计算知道用了哪些数据，但不等于宣布所有补值都可用于评价。人工排除的区域还应单独标记，不能与仪器未测到的位置混成一类。

显示时可以让网格连续；拿它作尺寸或粗糙度评价时，要明确估计点是否参加、为什么允许参加。裁剪或转换坐标后，标记也得跟着走，否则标记留下了，却已经不对应原来的位置。

落实到上面的演示，报告不能只剩一个“0”。至少应能查到：81个位置中，72个保留原值，9个由最近邻法补入；中央区域没有留下原始高度证据。补点方法、程序版本和处理顺序也应能追溯。

什么时候才有理由采用补点结果

软件测试要故意遮掉一部分已知数据，再比较补值与原值，也比较整条处理流程最后的参数变化。

但只随机挖几个小点不够。还要遮连续区域，遮台阶附近，遮边缘；分开看哪些位置恢复得好，哪些位置差得远。小缺口的测试通过，不能替大缺口担保。

用于真实工件时，还要结合可复测区域或独立测量，检验同类表面、同样大小缺口下的误差是否满足任务要求。具体门槛来自检测任务和验证结果，没有一个通用的“补点比例够小就放心”。

缺口正好落在待判断的凹坑或台阶上，就需要重新获取那里的有效数据，或者明确缩小结论范围。换一种算法把图画顺，不能解决证据缺席。

所以，这篇最后的判断很具体：补点可以帮助计算继续，却不能让报告忘掉哪些位置没有测到。那块空白可以从显示画面上消失，不能从测量记录里消失。

PROCESS LAB 现场有神，过程有迹