Meini prawf Johnson ar gyfer canfod a chydnabod delweddu thermol

Cefndir hanesyddol: Ar ddiwedd y 1950au, cynhaliodd John W. Johnson o Fyddin yr Unol Daleithiau arbrofion arloesol gyda'r nos - Dwysau delwedd gweledigaeth i feintioli faint o fanylion delwedd sydd eu hangen ar gyfer amryw o dasgau gweledol (Meini Prawf Johnson - Wikipedia). Yn ei bapur 1958 “Dadansoddiad o systemau ffurfio delwedd”, Adroddodd Johnson drothwyon empirig (mewn parau llinell ar darged) sy'n ofynnol ar gyfer gwahanol dasgau (Meini Prawf Johnson - Wikipedia) (Meini Prawf Johnson - Wikipedia). Daeth hyn yn adnabyddus fel Meini Prawf Johnson. Chwyldroodd ddyluniad synhwyrydd trwy ganiatáu i beirianwyr ragweld pa mor bell i ffwrdd y gellid gweld, cydnabod neu nodi targed o dan amodau penodol (Meini Prawf Johnson - Wikipedia) (Meini Prawf Johnson - Wikipedia). Gan ddefnyddio'r meini prawf hyn, datblygwyd llawer o fodelau rhagfynegol yn ddiweddarach i raddio perfformiad synhwyrydd o dan wahanol amodau gweithredol (Meini Prawf Johnson - Wikipedia) (Meini Prawf Johnson - Wikipedia).

Tasgau Canfod, Cydnabod ac Adnabod (DRI)

Mae meini prawf Johnson yn diffinio tri chynradd tasgau gweledol:

• Canfod: Mae'r arsylwr yn syml yn sylwi bod gwrthrych yn bresennol. (Ar y lefel hon, efallai y bydd rhywun yn gweld “blob” yn unig neu newid yn yr olygfa.) Canfu Johnson fod angen canfod am 1.0 ± 0.25 par llinell ar draws targed (Meini Prawf Johnson - Wikipedia).

• Cydnabyddiaeth: Gall yr arsylwr ddweud wrth y math cyffredinol o wrthrych (er enghraifft, gwahaniaethu person oddi wrth gerbyd). Mae hyn yn gofyn am fwy o fanylion - yn wreiddiol Par llinell 4.0 ± 0.8 (Meini Prawf Johnson - Wikipedia).

• Adnabod: Gall yr arsylwr nodi'r gwrthrych penodol (e.e. model cerbyd penodol neu berson penodol). Dyma'r dasg anoddaf, sy'n gofyn am 6.4 ± 1.5 par llinell (Meini Prawf Johnson - Wikipedia).

(Nododd Johnson hefyd gam “cyfeiriadedd” canolradd ar ~ 1.4 par llinell (Meini Prawf Johnson - Wikipedia), ond mae trafodaethau modern yn aml yn canolbwyntio ar y tasgau DRI.) Yn nhermau peirianneg ymarferol, mae un par llinell yn cyfateb i oddeutu dau bicsel delwedd ar draws y targed (Meini Prawf Johnson - Wikipedia). Mewn manylebau delweddu thermol modern, mae'r trothwyon hyn yn aml yn cael eu talgrynnu i 1, 3, a 6 chylch Am 50% tebygolrwydd o gyflawni'r dasg (Beth yw DRI, a beth mae'n seiliedig arno ar gyfer cyfrifo?).

(Celf fector silwét dyn am ddim - Dadlwythwch 17,246+ Iconau a Graffeg Silwét Dyn - Pixabay) Ffigur: Targed siap dynol - o dan arsylwi. At ystod bell, dim ond silwét tywyll y mae'r targed yn ei gynhyrchu (digon i'w ganfod); Wrth i ddatrysiad (neu agosrwydd) gynyddu, mae'r nodweddion wyneb a dillad yn dod i'r amlwg, gan alluogi cydnabyddiaeth ac adnabod llawn yn y pen draw. Mae meini prawf Johnson yn meintioli faint o barau llinell o fanylion sydd eu hangen ar bob cam (Meini Prawf Johnson - Wikipedia) (Beth yw DRI, a beth mae'n seiliedig arno ar gyfer cyfrifo?).

Meini Prawf Johnson (Trothwyon Datrys)

Mae meini prawf gwreiddiol Johnson yn aml yn cael eu crynhoi fel a ganlyn ar gyfer cyfradd llwyddiant o 50% o bob tasg (Meini Prawf Johnson - Wikipedia):

• Canfod (presenoldeb gwrthrych): ~ Par llinell 1.0 ar y targed (50% tebygolrwydd) (Meini Prawf Johnson - Wikipedia).

• Cydnabod (dosbarth o wrthrych): ~ 4.0 Par llinell ar y targed (Meini Prawf Johnson - Wikipedia).

• Adnabod (gwrthrych penodol): ~ 6.4 par llinell ar y targed (Meini Prawf Johnson - Wikipedia).

Mae'r gwerthoedd hyn yn rhagdybio targed uchel - cyferbyniad cefndir ac arsylwr delfrydol. (Mae pob par llinell yn hafal i ddau bicsel synhwyrydd, felly e.e. par llinell 1.0 ≈ 2 bicsel ar draws y lled targed (Meini Prawf Johnson - Wikipedia).) Mae llawer o systemau yn dyfynnu rhifau “dri” symlach o 1 - 3 - 6 cylch (parau llinell) i'w canfod - cydnabod - adnabod, yn y drefn honno (Beth yw DRI, a beth mae'n seiliedig arno ar gyfer cyfrifo?). Er enghraifft, mae canllaw NATO yn defnyddio tua 1 cylch i'w ganfod, 3 i'w gydnabod, a 6 i'w adnabod (Beth yw DRI, a beth mae'n seiliedig arno ar gyfer cyfrifo?). (Diweddarwyd Byddin yr Unol Daleithiau Fagwch Mae meini prawf hyd yn oed yn defnyddio 0.75, 1.5, 3, a 6 chylch ar gyfer canfod, dosbarthu, cydnabod, nodi, adlewyrchu tasgau mireinio (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson).)

Mynegir meini prawf Johnson yn aml yn debygol: a roddir N Cylchoedd ar y targed, mae tebygolrwydd cyfatebol o gyflawni pob tasg yn gywir (fel arfer sigmoid - fel, gyda 50% yn y trothwyon wedi'u tablu). Fodd bynnag, fe'i defnyddir amlaf fel “rheol bawd” sy'n ymwneud a datrys y dasg.

Sail fathemategol (datrysiad ac ystod)

Y Nifer y cylchoedd y gellir eu datrys Mae ar draws targed yn dibynnu ar faint, ystod, opteg synhwyrydd a maint picsel y targed. Ar gyfer twll pin syml neu fodel lens denau (brasamcan bach - ongl), mae un yn darganfod (Dadansoddiad System Delweddu Sylfaenol ar gyfer Cerbydau Ymreolaethol):

ble n yw nifer y cylchoedd ar y targed, h_o yw maint nodweddiadol y targed (m), f yw'r hyd ffocal lens (yr un unedau a thraw picsel), p yw'r traw picsel (pellter rhwng canolfannau picsel), a R yw'r ystod i'r targed. Mae'r fformiwla hon yn cyfleu effeithiau greddfol: mae targed mwy (neu hyd ffocal hirach) yn cynyddu n, tra bod picsel mwy neu ystod hirach yn lleihau n (Dadansoddiad System Delweddu Sylfaenol ar gyfer Cerbydau Ymreolaethol). Os N Mae angen cylchoedd (o fwrdd Johnson) ar gyfer tasg benodol, y Ystod Canfod gellir ei ddatrys fel

Er enghraifft, mae dyblu'r maint targed neu'r hyd ffocal yn dyblu'r ystod canfod ar gyfer sefydlog N (Dadansoddiad System Delweddu Sylfaenol ar gyfer Cerbydau Ymreolaethol). Yn yr un modd, mae haneru'r cae picsel (h.y. datrysiad synhwyrydd uwch) yn dyblu'r ystod. Defnyddir y fformwlau hyn yn aml gan fanyleb camera thermol - taflenni i amcangyfrif ystodau d/r/i o dan amodau delfrydol.

Ffactorau sy'n effeithio ar yr ystod canfod

Mae'r fformiwla amrediad syml uchod yn rhagdybio cyferbyniad perffaith ac amodau clir. Yn ymarferol, mae llawer o ffactorau yn dylanwadu ar ystod canfod a chydnabod:

• Maint targed a chyferbyniad: Mae targedau mwy (talach neu ehangach) i'w gweld ar bellteroedd uwch; Yn yr un modd, mae'n haws canfod targed a chyferbyniad is -goch uwch (e.e. poethach yn erbyn oerach na'r cefndir). Ar gyfer camerau thermol, rhagdybiaeth gyffredin yw gwahaniaeth tymheredd ～2 ° C o'r cefndir ar gyfer canfod dibynadwy. Mae angen mwy o gylchoedd ar dargedau llai neu isel - cyferbyniad (felly ystodau agosach).

• Datrys ac Opteg Synhwyrydd: Fel y nodwyd, picseli mwy manwl (llai p) a hyd ffocal hirach f cynyddu ystod. Hefyd, mae swyddogaeth trosglwyddo modiwleiddio'r synhwyrydd (MTF) a'r ansawdd optegol yn effeithio ar ba mor dda y trosglwyddir manylion. Yng ngeiriau Johnson, mae gwell opteg (MTF uwch) i bob pwrpas yn lleihau'r cylchoedd gofynnol ar gyfer tasg benodol (Dadansoddiad System Delweddu Sylfaenol ar gyfer Cerbydau Ymreolaethol).

• Amodau atmosfferig: Mae atmosfferau go iawn yn gwanhau signalau is -goch. Gall effeithiau glaw, niwl neu lwch leihau amrediad yn sydyn. Mae modelau syml yn defnyddio cyfraith cwrw (f_t = exp (- r/l_r)) i gyfrifo trosglwyddiad ar donfedd (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson). Mae astudiaethau empeiraidd yn dangos y gall niwl a thywydd trwm ostwng tebygolrwydd canfod yn sylweddol, hyd yn oed yn IR (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson). Mae IR thermol yn dioddef llai o anwedd d?r na golau gweladwy, ond mae tywydd garw yn dal i fyrhau ystod yn sylweddol (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson) (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson).

• Annibendod cefndir: Mae cefndir uchel - annibendod yn ei gwneud hi'n anoddach canfod. Mae arbrofion yn dangos y gall trothwyon Johnson fod mor fach a ~ 0.5 cylch ar gyfer eu canfod mewn golygfeydd “annibendod isel”, ond mewn golygfeydd “annibendod uchel” efallai y bydd angen dros 2.5 cylch ar gyfer canfod 50% (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson). Yn ymarferol, yn aml mae cefndir cuddliw neu gymhleth yn weledol yn gofyn am wrthgyferbyniad neu ddatrysiad targed ymhell uwchlaw lleiafswm moel Johnson.

• Signal - i - cymhareb s?n (SNR) a s?n synhwyrydd: Mae gan synwyryddion thermol s?n (net) ac ystod ddeinamig gyfyngedig. Mae llofnod thermol gwan neu s?n synhwyrydd uchel yn codi'r cylchoedd sydd eu hangen i bob pwrpas. Mae astudiaethau'n pwysleisio bod SNR isel yn gweithredu fel aneglur: mae'n dirywio ansawdd delwedd ac yn lleihau ystod effeithiol (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson).

Gyda’i gilydd, mae’r ffactorau hyn yn golygu bod meini prawf Johnson yn rhoi ystodau delfrydol. Rhaid i unrhyw gyfrifiad ymarferol gynnwys trawsyriant atmosfferig, cyferbyniad targed, s?n synhwyrydd, ac ati. Er enghraifft, mae Leonardo Drs yn nodi bod fformwlau Johnson yn rhagdybio “digon o signal” (cyferbyniad da a s?n isel) ac aer clir. Yn gyffredinol, mae hafaliad ystod realistig yn lluosi'r fformiwla syml a thymor gwelededd neu drosglwyddo i gyfrif am awyrgylch.

Cyfrifiadau enghreifftiol

Gan ddefnyddio'r fformwlau uchod, gall un amcangyfrif ystodau d/r/i ar gyfer camera a tharged penodol. Er enghraifft:

• Enghraifft: Person 2m o daldra (h_o = 2m) wedi'i ddelweddu gan gamera thermol gyda f = 50mm a thraw picsel p = 20μm (= 0.02mm). Gan ddefnyddio trothwy beicio Johnson’s 1 - ar gyfer canfod,

  $$R _ {\ rm det} = \ frac {2 \, \ text {m} \ amseroedd 50 \, \ testun {mm}} {2 \ gwaith 0.02 \, \ testun {mm} \ gwaith 1} \ \ echelin 2500 \ \ \ \ testun}.$$

  Ar gyfer cydnabyddiaeth (≈3 cylch) ac adnabod (≈6 cylch), mae'r ystodau'n dod yn ≈833m a ≈417m yn y drefn honno (ers $ r \ propto1/n $).

• Enghraifft Gwneuthurwr: Mae nodyn cais Leonardo DRS yn rhoi targed dynol (dimensiwn critigol ~ 0.95m) a chamera gyda phicseli 17μm a hyd ffocal 16.75mm. Ar gyfer y dasg adnabod 3 - beicio, maent yn cyfrifo ystod canfod 50% o tua 157m. (Gyda'r un niferoedd, mae ein fformiwla yn cynhyrchu $ r \ oddeutu (0.95 \ gwaith 16.75)/(2 \ Times0.017 \ Times3) \ oddeutu157 $ m, yn cyfateb i'w hesiampl.)

• Gwerthoedd nodweddiadol: Mewn amodau delfrydol (cyferbyniad da, aer clir), mae rheol Johnson - o - bawd yn rhagweld canfod bod dynol allan iddo ar drefn ychydig gilometrau. Er enghraifft, mae un ffynhonnell yn dyfynnu ~ canfod 2000m, ~ cydnabyddiaeth 667m, ac ~ adnabod 333m ar gyfer person 1.8m (Beth yw DRI, a beth mae'n seiliedig arno ar gyfer cyfrifo?).

Mae'r enghreifftiau hyn yn dangos sut y gellir cymhwyso meini prawf Johnson yn uniongyrchol gyda rhifyddeg syml. Mae ystodau gwirioneddol yn ymarferol yn aml yn is oherwydd y ffactorau a grybwyllir uchod.

Ngheisiadau

Defnyddir meini prawf Johnson yn helaeth wrth ddylunio a gwerthuso Systemau Delweddu Thermol ar draws llawer o feysydd:

• Milwrol ac Amddiffyn: Mae manylebau synhwyrydd ar gyfer nos - sgopiau gweledigaeth, golygfeydd thermol, a gwyliadwriaeth yn aml yn rhestru ystodau d/r/i yn seiliedig ar feini prawf Johnson (Meini Prawf Johnson - Wikipedia). Mae caffael a chydnabod targed (ffrind vs gelyn) gyda'r nos yn dibynnu ar yr amcangyfrifon hyn. Mae llawer o lawlyfrau maes a dogfennau caffael yn cyfeirio at y rheol 1 - 3 - 6 - o - bawd ar gyfer arf - golygfeydd IR wedi'u gosod.

• Chwilio ac Achub / Diogelwch: Mae camerau thermol a llaw neu wedi'u gosod a ddefnyddir i ddod o hyd i bobl goll, neu fonitro perimedrau, hefyd yn defnyddio metrigau DRI. Er enghraifft, efallai y bydd angen camera ar dimau achub a all canfyddi bod dynol yn 1km a hadnabyddent am 400m. Mae meini prawf Johnson yn darparu llinell sylfaen ar gyfer manylebau o'r fath.

• Gwyliadwriaeth a gorfodi'r gyfraith: Mae patrolio ffiniau, monitro bywyd gwyllt, a systemau canfod ymyrraeth yn defnyddio'r meini prawf hyn i ragweld pa mor bell i ffwrdd y gall synhwyrydd godi person neu gerbyd gyda'r nos. (Mae rhai safonau yn ffurfioli tasgau Johnson; e.e. Mae NATO yn defnyddio dosbarthiadau D, R, I mewn gofynion delweddu.)

Ymhob achos, mae meini prawf Johnson yn helpu i gyfieithu paramedrau synhwyrydd (datrysiad, opteg, maint picsel) i fetrig perfformiad greddfol (ystod i ganfod neu nodi targed nodweddiadol).

Cyfyngiadau ac addasiadau modern

Er gwaethaf ei ddefnyddioldeb, mae meini prawf Johnson yn bwysig cyfyngiadau. Mae'n fodel empirig, delfrydol sy'n hepgor llawer o effeithiau go iawn - byd:

• Amodau symlach: Mae'n rhagdybio cefndir unffurf, cyferbyniad targed digonol, ac arsylwr ffynnon - wedi'i raddnodi. Nid yw'n cyfrif am annibendod na chuddliw. Yn ymarferol, efallai y bydd targed yn erbyn cefndir cymhleth yn gofyn am fwy o ddatrysiad na gwerthoedd enwol Johnson (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson).

• Yn anwybyddu effeithiau amgylcheddol: Nid yw'r meini prawf gwreiddiol yn cynnwys tywydd na gwanhau atmosfferig. Mae astudiaethau'n pwysleisio hynny Dim Model Syml yn cipio effeithiau niwl, glaw a mwg yn llawn (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson) (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson). Mae systemau modern yn aml yn lluosi a therm trosglwyddo atmosfferig neu'n defnyddio modelau gwelededd empirig.

• Ffactorau Dynol: Defnyddiodd gwaith Johnson ychydig o arsylwyr hyfforddedig o dan amodau rheoledig; Mae'n anwybyddu amrywiadau mewn hyfforddiant arsylwyr, sylw, blinder, ac ati. Gall fod gwahaniaethau sylweddol rhwng unigolion mewn tebygolrwydd canfod gwirioneddol (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson).

• Signal a phrosesu: Mae'r model yn trin y ddelwedd fel pe bai'n gyfyngedig yn unig gan geometreg (picseli ac opteg). Nid yw'n ymgorffori s?n synhwyrydd (NETD), ystod ddeinamig, na gwelliannau prosesu delweddau. Gall unrhyw algorithmau miniogi neu fideo ar fwrdd wella datrysiad effeithiol, sy'n golygu bod camerau go iawn yn aml yn perfformio'n well na therfynau noeth Johnson.

• Ffocws tebygolrwydd: Diffinnir y meini prawf ar gyfer ~ 50% tebygolrwydd. Nid ydynt yn disgrifio sut mae perfformiad yn gwella gyda mwy o ddatrysiad y tu hwnt i'r trothwy, ac nid ydynt ychwaith yn dal cyfraddau larwm ffug - neu gromliniau ROC.

Oherwydd y bylchau hyn, mae modelau perfformiad amrediad modern yn ymestyn dull Johnson. Er enghraifft, byddin yr Unol Daleithiau Fagwch Mae methodoleg yn addasu'r gofynion beicio (0.75 cylch i'w canfod, ac ati) yn seiliedig ar brofion mwy helaeth (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson). Mae llawer o offer dadansoddi bellach yn integreiddio modelau MTF, SNR ac atmosfferig yn benodol. Mae rhai yn cynnwys gwanhau cwrw -lambert (fel yn J - ffilm/T - met modelau (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson)) neu fetrigau annibendod. Mae eraill yn disodli trothwyon caled gyda theori canfod ystadegol (e.e. gan ddefnyddio cromliniau nodweddiadol gweithredu derbynnydd). Serch hynny, mae meini prawf Johnson yn parhau i fod yn gysyniad sylfaenol ac yn ganllaw archebu cyntaf - cyflym i ystod delweddu thermol.

I fyny, Mae meini prawf Johnson yn cysylltu datrysiad gofodol synhwyrydd is -goch a thasgau ymarferol gweld targed. Trwy fynegi canfod, cydnabod ac adnabod o ran “parau llinell ar y targed,” mae'n darparu ffordd syml i beirianwyr gyfrifo pa mor bell y gall camera penodol gyflawni pob tasg o dan amodau delfrydol (Meini Prawf Johnson - Wikipedia) (Dadansoddiad System Delweddu Sylfaenol ar gyfer Cerbydau Ymreolaethol). Er bod yn rhaid cyfrif am ffactorau go iawn - y byd mewn unrhyw ddyluniad manwl, mae meini prawf Johnson yn dal i fod yn sail i'r mwyafrif o fanylebau camerau thermol ac amcangyfrifon perfformiad heddiw (Meini Prawf Johnson - Wikipedia) (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson).

Ffynonellau: Daw diffiniadau a gwerthoedd allweddol o waith gwreiddiol Johnson (Meini Prawf Johnson - Wikipedia) a chrynodebau yn y llenyddiaeth (Meini Prawf Johnson - Wikipedia) (Beth yw DRI, a beth mae'n seiliedig arno ar gyfer cyfrifo?). Mae cyfrifiadau amrediad canfod yn dilyn y fformwlau tenau - lens wrth ddadansoddi delweddu (Dadansoddiad System Delweddu Sylfaenol ar gyfer Cerbydau Ymreolaethol). Mae effeithiau amgylcheddol ac annibendod wedi'u dogfennu mewn astudiaethau dilynol (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson) (Hanes ac esblygiad meini prawf Johnson). Daw enghreifftiau a thybiaethau ymarferol gan weithgynhyrchwyr ac adroddiadau technegol (Beth yw DRI, a beth mae'n seiliedig arno ar gyfer cyfrifo?).