I criterii di Johnson per a rilevazione è a ricunniscenza termica

Sfondata storicu: à a fine di l'anni 1950, John W. Johnson di l'esmercitu di i Stati Uniti hà datu e esperimenti piomarosenti cù a notte - Vision imaginante intensifica à quanticaCriteri di Johnson - Wikipedia). In a so carta 1958 "L'analisi di i Sistemi di Imagini" ", Johnson hà riportatu empirichi empirichi (in coppia di linea nantu à un scopu) Obligatoriu per e diverse funzioni (Criteri di Johnson - Wikipedia) (Criteri di Johnson - Wikipedia). Questu hè diventatu cunnisciutu I criterii di Johnson. U disignu di sensori rivolutizatu permettendu ingegneri per predichendu un scopu puderia esse vistu, ricunnisciutu, o identificatu in cundizioni datu (Criteri di Johnson - Wikipedia) (Criteri di Johnson - Wikipedia). Aduprendu questi criteri, parechji mudelli previstivi sò stati dopu sviluppati per rated per u rendimentu di u sensore in diverse cundizioni operativi (Criteri di Johnson - Wikipedia) (Criteri di Johnson - Wikipedia).

Rilevazione, ricunniscenza, è identificazione (dri) compiti

I criterii di Johnson definiscenu trè primari attività visuale:

• Detection: L'observatore significa solu chì un oggettu hè presente. (à questu livellu, unu puderia vede solu un "bloub" o cambiamentu in a scena.) Johnson hà truvatu chì a rilevazione necessaria 1.0 ± 0,25 pariglii di linea à traversu un scopu (Criteri di Johnson - Wikipedia).

• Ricunniscenza: L'observatore pò dì à u tipu generale di ughjettu (per esempiu, distinguendu una persona da un veiculu). Questu hè necessariu più dettaglio - urigginariamente circa 4.0 ± 0,8 paia linee (Criteri di Johnson - Wikipedia).

• Identificazione: L'observatore pò identificà l'ughjettu specificu (e.g. un mudellu di veiculu particulare o una persona specifica). Questu hè u compitu più duru, chì esige 6.4 ± 1,5 pariglii di linea (Criteri di Johnson - Wikipedia).

(Johnson hà ancu nutatu un passu "Orientazione" Intermediata "à ~ 1,4 pari (Criteri di Johnson - Wikipedia), ma e discussioni muderni spessu si cuncentranu nantu à i tappi di dri.) In i termini di ingegneria pratica, una sola coppia currisponde à circa duie pixel di l'imàgine (Criteri di Johnson - Wikipedia). In specifiche di l'imagine termale moderna, sti sogni sò spessu arrotondati à 1, 3, è 6 ciculi Per u 50% probabilità di fà u compitu (Ciò chì hè dri, è ciò chì hè basatu nantu à u calculu?).

(Open On Man Silhouette Vettor de Vettore - Scaricate i ilcchi 17.246+ Man siluette oscone è Grafica - Pixabay) Figura: Un umanu - destinazione in forma sottu l'osservazione. à luntanu prestu, u scopu solu pruduce una siluetta scura (abbastanza per a rilevazione); Cumu a risoluzione (o a prossimità, equipaggiu facciali è e ropa emergenu, abilitante ricunniscenza è l'identificazione finale. I criterii di Johnson quantifica quante coppie di linea di dettagliu sò necessarii à ogni tappa (Criteri di Johnson - Wikipedia) (Ciò chì hè dri, è ciò chì hè basatu nantu à u calculu?).

I criteri di Johnson (Soldi di Risoluzione)

I criteriali originali di Johnson sò spessu riassunti cum'è seguitu per una tarifa di successu di 50% di ogni compitu (Criteri di Johnson - Wikipedia):

• Rilevazione (Presenza Object): ~ 1.0 coppia linea nantu à destinazione (50% probabilità) (Criteri di Johnson - Wikipedia).

• Ricunniscenza (Classe d'ughjettu): ~ 4.0 paia linee nantu à u mira (Criteri di Johnson - Wikipedia).

• Identificazione (ughjettu specificu): ~ 6,4 paia linee nantu à u mira (Criteri di Johnson - Wikipedia).

Questi valori assume u destinazione alta - cuntrastu di fondo è un osservatore ideale. (Ogni paru di linea uguali dui pixels di sensori, cusì e.g. 1.0 Linea Pair ≈ 2 pixel in tutta a larghezza di destinazione (Criteri di Johnson - Wikipedia).) Numeri numerosi di i sistemi simplificati "- 3 - 6 cicli (coppie di linea) per a rilevazione - ricunniscenza - identificazione, rispettivamente (Ciò chì hè dri, è ciò chì hè basatu nantu à u calculu?). Per esempiu, un nato hè alzatu apprussimativamente 1 ciculu per a deteczione, 3 per a ricunniscenza, è 6 per identificazione (Ciò chì hè dri, è ciò chì hè basatu nantu à u calculu?). (L'aghjurnamentu di l'armata di l'armata Acquistà criterii ci anu usate 0,75, 1.5, 3, è 6 ghjiculi per detectrassà, classificate, ricunnosce, identificà, riflettendu e funzioni raffinati (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson).)

I criterii di Johnson hè spessu spressu probabilisticamente: datu N Cicli nantu à u mira, ci hè una probabilità currispondente di eseguisce ogni compitu (di solitu sigmoid - cum'è, cù u 50% à i limiti di tabulatu). Tuttavia, hè più cumunamente adupratu cum'è "Regola di Thumb" in relazione à a risoluzione necessaria à u compitu.

Basa matematica (risoluzione è range)

U Numaru di cicli risolvi à traversu un scopu dipende da a dimensione di u destinazione, intervaghju, sensor ottici, è taglia pixel. Per un mudellu simplice di pinhole o lente magre (chjucu - apprussimazione di l'angle), unu trova (Analisi di u sistema fundamentale per i veiculi autònomi):

Induva n hè u numeru di ciculi in u scopu, h_o hè a dimensione caratteristica di u destinazione (m), f hè a lente focale di lente (listesse unità cum'è Pixel Pitch), p hè u pixel pitch (distanza trà centri di pixel), è R hè u intervallu à u scopu. Questa formula catturà l'effetti intuitivi: una lunghezza più grande (o più lunghezza focale) aumenta n, mentre un pixel più grande o più largu diminuisce n (Analisi di u sistema fundamentale per i veiculi autònomi). Si N i ciculi sò dumandati (da a tavola di Johnson) per un certu compitu, u rilassamentu pò esse risoltu cum'è

Per esempiu, radduppia a dimensione di destinazione o a lunghezza focale doppia a rilevazione di rilevazione per un fissu N (Analisi di u sistema fundamentale per i veiculi autònomi). Inoltre, a mità di u pitch pixel (i.e. Risoluzione di u sensore più altu). Queste formule sò spessu usati da e spec a camera termica - fogli per stimà d / r / i cene in cundizioni ideali.

Fattori chì afectanu a gamma di rilevazione

A Formula Semplice Range sopra assume cuntrastate perfetti è e cundizioni chjaru. In pratica, parechji fattori influenti di rilevazione è ricunniscenza:

• Dimensione è cuntrastu di destinazione: I scopi più grande (più altu o più largu) sò visibili à distanze più grande; In modu simili, un scopu cù un cuntrased infrared più altu (e.g. Hotter vs Cooler chì u fondo) hè più faciule da rilevà. Per e camera, una cunservanza commia hè un ~2 ° di sfarenza di temperatura da sfondo per rilevazione affidabile. I più chjucu o bassu - i destinazioni cuntrastate necessitanu più ciculi (dunque intervalli più vicini).

• RIOLURAZIONE SENTORIA E OTTICA: Cum'è indicatu, i pixel più finali (più chjucu p) è più longu a lunghezza focale f aumentà a gamma. Inoltre, a funzione di trasferimentu di a modellazione di u sensore (MTF) è a qualità ottica afectanu quantu dettaglio hè trasferitu. In e parolle di Johnson, megliu Ottica (Mtf più altu) Reduce effittivamenti i cicli necessarii per un compitu datu (Analisi di u sistema fundamentale per i veiculi autònomi).

• Cundizioni atmosferiche: ATmosfé real Atmosphers attenuate i segnali infrati. Effetti di a pioggia, a nebbia, o a polvere pò riduce pocu riduzzione. I mudelli simplici utilizanu a legge di a birra (f_t = exp (- r / l_r)) Per computa a trasmissione à l'onda d'onda (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson). Studi empirali mostranu Fog è Meteo pesante ponu a probabilità di rilevazione più bassa, ancu in IR (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson). Ir termali soffre menu di vapore di l'acqua cà a luce visibile, ma avversu u clima agente range ricordi significativamente (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson) (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson).

• Clutter di fondo: Un fondo altu - Stimone di Clutter face u più duru. L'esperimenti mostranu chì in "Skernes Joight" Scene di Johnson Jokson "per i cicli per a rilevazione, ma in" High Clutter "Scene di 2% (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson). In pratica, un sfondate camuflatu o visuale cumplessu spessu richiede u cuntrastu di destinazione o a risoluzione è u minimu di Johnson.

• Signale - à - Noise Ratio (SNR) è sensormu rumore: I detectori termanni anu rumore (Netd) è una gamma dinamica limitata. Una signatura termale debule o un sensore altu sensore effittivamenti i ciculi necessarii. Studii di enfatizà chì u bassu snr agisce cum'è Blur: Dettene a qualità di l'imagine è riduce l'intervallu efficace (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson).

Inseme, sti fattori significanu chì i criteri di Johnson si dà intervalli idealizati. Ogni calculu pratica duverà include trasmissione atmosferica, cuntrastu di destinazione, u rumu di sensore assume "U bonu cuntrastu" è un ligame. In generale, una equazione realisticava multiplica a formula simplice da una visibilità o un termu di trasmissione per cuntà l'atmosfera.

Calculi o esempi

Aduprendu e formule sopra, unu pò stima d / r / i gamma per una camera dita è destinazione. Per esempiu:

• Esempiu: Una persona alta 2m (h_o = 2 m) imaginatu da una camera termica cun f = 50mm è pixel pitch p = 20μm (= 0,02mm). Utilizendu u 1 di u limitu di Johnson - Limcinu per a rilevazione,

  $$R _ {r det d} = \ Frac {2 \ testu {m \ test} {text 0.02} \ testo notto} \ test} \ \ text {m}.$$

  Per u ricunniscenza (≈3 Cicli) è identificazione (icomi Cicles), i ggielli diventanu ≈833M è ≈47m rispettu (postu di $ r \ proprice / n $).

• Esempiu di Produttore: Una Nota di l'applicazione di Leonardo DRS dà un scopu umanu (dimensione critica ~ 0,95m) è una camera cù 17μm pixel è 16.75mm focale. Per u 3 - u compitu di ricunniscenza di ciclu, mi compute una gamma di rilevazione di 50% di circa 157 m. (Cù i stessi numeri, a nostra formula rende $ r \ circa (0,95 \ Times 16.75) / (2 \ i tempi0.017 \ TimoT17 $ m, currisponde à u so esempiu.)

• Valuri tipichi: In e cundizioni ideali (un bonu cuntrastu, a regula di Johnson - di u pollice predica a rilevazione di un umanu à l'ordine di un pocu chilometri. Per esempiu, una file di reta ~ 2000m Rilevazione, ~ 667m) è ~ 333m d'identificazione per una persona 1.8 m (Ciò chì hè dri, è ciò chì hè basatu nantu à u calculu?).

Questi esempi mostranu cumu i criterii di Johnson ponu esse appiicati direttamente cù aritmetica simplice. E intervole attuali in pratica sò spessu più bassu dovutu à i fattori citati sopra.

APPLICAZIONI

I criterii di Johnson hè largamente usatu in cuncepimentu è valutà Sistemi di Imaging Thermale à mezu à parechji campi:

• Militare è difesa: Spedizioni nantuficazioni di sensori per a notte - scuperte di visione, serpente termali, è di sottilandaccia cuntrariu d / r / i criterii di Johnson (Criteri di Johnson - Wikipedia). Acquisizione di destinazione è ricunniscenza (amicu vs foe) di notte affidatu nantu à queste stimi. Parechji documenti di campu è documenti di procurazione di 1 - 3 - 6 - 6 - di u pollice per l'arma -

• Ricerche è salvezza / sicurezza: Manuale di e cameri termali o muntate per truvà e persone perdevanu e persone, o u monitoru, utilizanu ancu metriche dri. Per esempiu, e squadre di salvezza pò avè bisognu di una camera chì pò detectar un umanu à 1 km è ricunnosce à 400m. I criteri di Johnson furnisce una basa per tali specificazioni.

• Ordine di a Legge è di a Legge: Patrol di fruntiere, monitoriu di semanda, è intrusioni systedici di rilevazione usanu questi criteri per predicà quantu luntanu un sensor pò cullà una persona o veiculu à a notte. (Alcune normi formalizanu i travaglii Johnson; e.g. udo usa d, r, i classificazioni in esigenze di l'imaginazione.)

In ogni casu, i criteri di Johnson Alia Traduce sensor parametri (risoluzione, ottiche, taglia incuciale) in una methel firicli (intervole)

Limitazioni è Adattazioni muderni

Malgradu a so utilità, i criteri di Johnson hà impurtante Limitazioni. Hè un mudellu empiricu, idealizatu chì omite assai reale - effetti mundiali:

• Cundizioni simplificate: Assuma un sfondate uniforme, cuntrastu di destinazione ample, è un pozzu - osservatore calibratu. ùn cunta micca per u clutter o camuffamentu. In pratica, un scopu contr'à un sfondate cumplessu pò avè bisognu di più risoluzione da i valori nominali di Johnson (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson).

• Ignora l'effetti ambientali: I criteriali originali ùn includenu micca u clima o l'attenzione atmosferica. Studii enfatizà quessa Nisun mudellu simplice Cacciate cumplettamente nebbia, pioggia, è effetti di fumo (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson) (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson). I sistemi muderni spessu multiplicanu per un termini di trasmissione atmosfericu o utilizate mudelli di visibilità empiriche.

• Fattori umani: U travagliu di Johnson hà utilizatu uni pochi d'osservatori furmati sottu cundizioni cuntrullati; Ignora e variazioni in a furmazione d'osservatori, l'attinzioni, a fatica, ecc, ci pò esse differenzi significative trà l'individui in probabilità di rilevazione attuale (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson).

• Signale è trasfurmazione: U mudellu tratta l'imaghjini cum'è s'ellu hè limitatu solu da a geometria (i pixel è l'ottica). ùn incorpora micca u sensu di u sensoru (Netd), gamma dinamica, o malidenza di trasfurmazioni di l'immagine. Qualchese algoritmi di borri o video di borse pò migliurà a risoluzione efficace, chì e camere reale spessu superavanu i limiti di Johnson Bare.

• Focus di probabilità: I criteri sò definiti per ~ 50% probabilità. ùn discrive micca u rendimentu mellora cù più risoluzione oltre u limitu, nè catturà FALSE - Alarme TATE o curbe di roc.

A causa di sti lacune, mudelli di rendimentu mudernu chì si allarganu l'approcciu di Johnson. Per esempiu, l'Armata di i Stati Uniti Acquistà Metodologia ajusta i requisiti di ciclu (0,75 cicli per a rilevazione, etc.) Basatu nantu à a prova più estensiva (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson). Parechje arnesi analisi integrate Mtf, i mudelli di SNR è atmosferichi esplicitamente. Alcune include l'attenuazione di a birra-lambert (cum'è in J - film/T - scontra mudelli (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson)) o metriche di disgrazia. Altri rimpiazzanu i sogni duru cù a teoria di a rilevazione statistica (e.g. aduprendu Receiver chì funziona e curve caratteristiche). Tuttavia, i criterii di Johnson si ferma un cuncettu fundatu è un rapidu prima - Guida di Ordine per l'Impiegazione Termica.

In riassuntu, I criteri di Johnson liganu a risoluzione spaziale di un sensore infrared à i travaglii pratichi di vede un scopu. Spressione di rilevazione, ricunniscenza è identificazione in termini di u mira ", furnisce ingegnere una manera sileglia pò realizà ogni compitu in cundizioni ideali (Criteri di Johnson - Wikipedia) (Analisi di u sistema fundamentale per i veiculi autònomi). Mentre unu deve cuntà per reale - fattori mundiali in ogni disignu dettagliatu, i criteri di Johnson sò sempre sottolineati a maiò parte di e cumpagnie di a maiò parte di a càmera di a càmera è l'estimazioni di rendiment oghje (Criteri di Johnson - Wikipedia) (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson).

FONTI: E definizioni chjave è i valori sò di u travagliu originale di Johnson (Criteri di Johnson - Wikipedia) è sintesi in a literatura (Criteri di Johnson - Wikipedia) (Ciò chì hè dri, è ciò chì hè basatu nantu à u calculu?). Calcisarii di RAGLisione seguite e magre - Formate di lenti di lenti in analisi di l'imaginazione (Analisi di u sistema fundamentale per i veiculi autònomi). Effetti ambientali è clutter sò documentati in seguitu i studii (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson) (Storia è l'evoluzione di i criteri di Johnson). Esempi pratichi è l'assunzioni venenu da i fabricatori è rapporti tecnichi (Ciò chì hè dri, è ciò chì hè basatu nantu à u calculu?).