La kriterioj de Johnson por detekto kaj agnosko de termika bildigo

Historia fono: En la malfruaj 1950 -aj jaroj, John W. Johnson de la Usona Armeo faris pionirajn eksperimentojn kun noktaj - vidbendaj intensigiloj por kvantigi kiom da bilda detalo bezonas por diversaj vidaj taskoj (La kriterioj de Johnson - Vikipedio). En sia 1958 -datita papero "Analizo de bildoj pri formado de bildoj", Johnson raportis empiriajn sojlojn (en liniaj paroj sur celo) bezonataj por malsamaj taskoj (La kriterioj de Johnson - Vikipedio) (La kriterioj de Johnson - Vikipedio). ?i tio fari?is konata kiel La kriterioj de Johnson. ?i revoluciis sensilan projekton permesante al in?enieroj anta?diri kiom malproksime celo videblas, rekonis, a? identi?is en donitaj kondi?oj (La kriterioj de Johnson - Vikipedio) (La kriterioj de Johnson - Vikipedio). Uzante ?i tiujn kriteriojn, multaj prognozaj modeloj poste estis evoluigitaj por taksi sensilan rendimenton sub malsamaj operaciaj kondi?oj (La kriterioj de Johnson - Vikipedio) (La kriterioj de Johnson - Vikipedio).

Detekto, agnosko kaj identigo (DRI) taskoj

La kriterioj de Johnson difinas tri primarajn Vidaj taskoj:

• Detekto: La observanto simple rimarkas, ke objekto ?eestas. (Je ?i tiu nivelo, oni nur povus vidi "blob" a? ?an?on en la sceno.) Johnson trovis, ke detekto necesas pri 1.0 ± 0,25 liniaj paroj trans celon (La kriterioj de Johnson - Vikipedio).

• Rekono: La observanto povas diri al la ?enerala tipo de objekto (ekzemple distingi homon de veturilo). ?i tio postulas pli da detaloj - origine pri 4,0 ± 0,8 liniaj paroj (La kriterioj de Johnson - Vikipedio).

• Identigo: La observanto povas identigi la specifan objekton (t.e. aparta veturila modelo a? specifa persono). ?i tiu estas la plej malfacila tasko, postulante pri 6,4 ± 1,5 liniaj paroj (La kriterioj de Johnson - Vikipedio).

(Johnson anka? rimarkis interan "orienti?an" pa?on ?e ~ 1.4 -liniaj paroj (La kriterioj de Johnson - Vikipedio), sed modernaj diskutoj ofte fokusi?as al la DRI -taskoj.) En praktikaj in?enieristikaj terminoj, unu linia paro respondas al ?irka? du bildaj pikseloj tra la celo (La kriterioj de Johnson - Vikipedio). En modernaj termikaj bildigaj specifoj, ?i tiuj sojloj ofte rondiras 1, 3, kaj 6 cikloj Por 50% probablo plenumi la taskon (Kio estas DRI, kaj sur kio ?i bazi?as por kalkulo?).

(Senpaga Vira Silueto Vektora Arto - El?utu 17.246+ MAN Siluetajn Ikonojn kaj Grafikojn - Pixabay) Figuro: Homa - forma celo sub observado. ?e fora gamo, la celo nur produktas malhelan silueton (sufi?an por detekto); Dum rezolucio (a? proksimeco) plii?as, ekaperas viza?aj kaj vesta?oj, ebligante agnoskon kaj finfine plenan identigon. La kriterioj de Johnson kvantigas kiom da detaloj necesas en ?iu etapo (La kriterioj de Johnson - Vikipedio) (Kio estas DRI, kaj sur kio ?i bazi?as por kalkulo?).

La kriterioj de Johnson (rezoluciaj sojloj)

La originalaj kriterioj de Johnson ofte estas resumitaj jene por sukcesa indico de 50% de ?iu tasko (La kriterioj de Johnson - Vikipedio):

• Detekto (objekto ?eesto): ~ 1.0 -linia paro sur celo (50% probablo) (La kriterioj de Johnson - Vikipedio).

• Rekono (Klaso de Objekto): ~ 4.0 -liniaj paroj sur celo (La kriterioj de Johnson - Vikipedio).

• Identigo (specifa objekto): ~ 6,4 liniaj paroj sur celo (La kriterioj de Johnson - Vikipedio).

?i tiuj valoroj supozas altan celon - fona kontrasto kaj ideala observanto. (?iu linia paro egalas al du sensilaj rastrumeroj, do ekz. 1.0 -linia paro ≈ 2 rastrumeroj trans la cela lar?o (La kriterioj de Johnson - Vikipedio).) Multaj sistemoj citas simpligitajn "dri" nombrojn de 1 - 3 - 6 cikloj (liniaj paroj) por detekto - rekono - identigo respektive (Kio estas DRI, kaj sur kio ?i bazi?as por kalkulo?). Ekzemple, NATO -gvidlinio uzas proksimume 1 ciklon por detekto, 3 por rekono, kaj 6 por identigo (Kio estas DRI, kaj sur kio ?i bazi?as por kalkulo?). (La usona armeo estas ?isdatigita Akiri Kriterioj e? uzas 0,75, 1,5, 3 kaj 6 ciklojn por detekti, klasifiki, rekoni, identigi, reflektante rafinitajn taskojn (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj).)

La kriterioj de Johnson ofte estas esprimitaj probable: donita N Cikloj celitaj, estas responda probablo de ?uste plenumi ?iun taskon (kutime Sigmoid - kiel, kun 50% ?e la tabulitaj sojloj). Tamen ?i estas plej ofte uzata kiel "regulo de dikfingro" rilatanta postulatan rezolucion al la tasko.

Matematika bazo (rezolucio kaj gamo)

La nombro de solveblaj cikloj Trans celo dependas de la grandeco, gamo, sensila optiko kaj rastrumero. Por simpla pinglo a? maldika lensa modelo (malgranda - angula proksimumado), oni trovas (Fundamenta bildiga sistemo -analizo por a?tonomaj veturiloj):

kie n estas la nombro de cikloj sur la celo, H_O estas la karakteriza grandeco de la celo (M), f estas la lenso -fokusa longo (samaj unuoj kiel rastrumero), p estas la rastrumero (distanco inter pikselaj centroj), kaj R estas la gamo al la celo. ?i tiu formulo kaptas intuiciajn efikojn: pli granda celo (a? pli longa fokusa longo) plii?as n, dum pli granda rastrumero a? pli longa gamo malplii?as n (Fundamenta bildiga sistemo -analizo por a?tonomaj veturiloj). Se N cikloj estas bezonataj (de la tablo de Johnson) por certa tasko, la Detekta gamo povas esti solvita kiel

Ekzemple, duobligi la celan grandecon a? la fokusa longo duobligas la detektan gamon por fiksita N (Fundamenta bildiga sistemo -analizo por a?tonomaj veturiloj). Same, duonigi la pikselan tonalton (t.e. pli altan sensilon -rezolucion) duobligas la gamon. ?i tiuj formuloj ofte estas uzataj de termikaj fotilaj specoj por taksi d/r/i gamojn sub idealaj kondi?oj.

Faktoroj influantaj detektan gamon

La simpla gamo -formulo supre alprenas perfektan kontraston kaj klarajn kondi?ojn. En la praktiko, multaj faktoroj influas detekton kaj agnoskon:

• Cela grandeco kaj kontrasto: Pli grandaj (pli altaj a? pli lar?aj) celoj estas videblaj je pli grandaj distancoj; Simile, celo kun pli alta infraru?a kontrasto (t.e. pli varma vs pli malvarmeta ol fono) estas pli facile detekti. Por termikaj fotiloj, ofta supozo estas ～2 ° C -temperatur -diferenco de fono por fidinda detekto. Pli malgrandaj a? malaltaj - kontrastaj celoj postulas pli da cikloj (tiel pli proksimaj gamoj).

• Sensora Rezolucio & Optiko: Kiel indikite, pli fajnaj pikseloj (pli malgrandaj p) kaj pli longa fokusa longo f pliigi gamon. Anka?, la modula translokiga funkcio de la sensilo (MTF) kaj la optika kvalito influas kiom bone detaligas detalojn. En la vortoj de Johnson, pli bona optiko (pli alta MTF) efike reduktas la postulatajn ciklojn por donita tasko (Fundamenta bildiga sistemo -analizo por a?tonomaj veturiloj).

• Atmosferaj Kondi?oj: Realaj atmosferoj mildigas infraru?ajn signalojn. Efikoj de pluvo, nebulo a? polvo povas akre redukti gamon. Simplaj modeloj uzas la le?on de biero (f_t = exp (- r/l_r)) por komputi transdonon ?e ondolongo (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj). Empiriaj studoj montras nebulon kaj pezan veteron povas draste pli malalta detekta probablo, e? en IR (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj). Termika IR suferas malpli de akva vaporo ol videbla lumo, sed malfavora vetero ankora? mallongigas signife (signife (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj) (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj).

• Fona tondado: Alta - mallerta fono malfaciligas la detekton. Eksperimentoj montras, ke en la scenoj de "Malalta Klarigo", la sojloj de Johnson povas esti tiel malgrandaj kiel ~ 0,5 cikloj por detekto, sed en "altaj tondiloj" scenoj pli ol 2,5 cikloj povas esti bezonataj por detekto de 50% (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj). En la praktiko, kamuflita a? vide kompleksa fono ofte postulas celan kontraston a? rezolucion tre super la nuda minimumo de Johnson.

• Signalo - al - brua rilatumo (SNR) kaj sensora bruo: Termikaj detektiloj havas bruon (netd) kaj limigitan dinamikan gamon. Malforta termika subskribo a? alta sensa bruo efike levas la bezonatajn ciklojn. Studoj emfazas, ke malalta SNR agas kiel malklarigo: ?i degradas bildan kvaliton kaj reduktas efikan gamon (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj).

Kune, ?i tiuj faktoroj signifas, ke la kriterioj de Johnson donas idealigitajn gamojn. Ajna praktika kalkulo devas inkluzivi atmosferan dissendon, celan kontraston, sensan bruon, ktp. Ekzemple, Leonardo DRS rimarkas, ke la formuloj de Johnson supozas "multe da signalo" (bona kontrasto kaj malalta bruo) kaj klaran aeron. ?enerale, realisma gamo -ekvacio multigas la simplan formulon per videbleco a? transdona termino por kalkuli atmosferon.

Ekzemplaj kalkuloj

Uzante la ?i -suprajn formulojn, oni povas taksi D/R/I gamojn por donita fotilo kaj celo. Ekzemple:

• Ekzemplo: 2m alta persono (H_O = 2m) bildigita per termika fotilo kun f = 50mm kaj rastrumero p = 20μm (= 0,02mm). Uzante la 1 - Ciklo -Sojlon de Johnson por detekto,

  $$R _ {\ rm det} = \ frac {2 \, \ text {m} \ Times 50 \, \ text {mm}} {2 \ Times 0.02 \, \ text {mm} \ Times 1} \ ?irka? 2500 \ \ text {m}.$$

  Por rekono (≈3 cikloj) kaj identigo (≈6 cikloj), la gamoj fari?as ≈833m kaj ≈417m respektive (ekde $ r \ propto1/n $).

• Fabrikista Ekzemplo: Noto pri aplika?o de Leonardo DRS donas homan celon (kritika dimensio ~ 0,95m) kaj fotilon kun 17μm pikseloj kaj 16,75mm fokusa longo. Por la 3 - ciklo -agnoska tasko, ili kalkulas 50% detektan gamon de ?irka? 157m. (Kun la samaj nombroj, nia formulo donas $ r \ proksimume (0,95 \ fojojn 16,75)/(2 \ Times0.017 \ Times3) \ Proksimume157 $ m, kongruante kun ilia ekzemplo.)

• Tipaj valoroj: En idealaj kondi?oj (bona kontrasto, klara aero), la regulo de Johnson - de - dikfingro anta?diras detekton de homo al la ordo de kelkaj kilometroj. Ekzemple, unu fonto citas ~ 2000m -detekton, ~ 667m -agnoskon, kaj ~ 333m -identigon por 1.8m -persono (Kio estas DRI, kaj sur kio ?i bazi?as por kalkulo?).

?i tiuj ekzemploj montras kiel la kriterioj de Johnson povas esti rekte aplikataj per simpla aritmetiko. Aktualaj gamoj en la praktiko ofte estas pli malaltaj pro la faktoroj menciitaj supre.

Aplikoj

La kriterioj de Johnson estas vaste uzataj por projekti kaj taksi Termikaj bildigaj sistemoj trans multaj kampoj:

• Milita kaj Defendo: Sensilaj Specifoj por Nokto - Vidaj Scopes, Termikaj Vidoj kaj Gvatado ofte listigas D/R/I Rangojn bazitajn sur la kriterioj de Johnson (La kriterioj de Johnson - Vikipedio). Celo -akiro kaj agnosko (amiko vs malamiko) nokte dependas de ?i tiuj taksoj. Multaj kampaj manlibroj kaj a?etaj dokumentoj referencas la 1 - 3 - 6 regulon - de - dikfingro por armilo - muntitaj IR -vidinda?oj.

• Ser?o kaj savado / sekureco: Porteblaj a? muntitaj termikaj fotiloj uzataj por trovi perditajn homojn, a? monitori perimetrojn, anka? uzas DRI -metrikojn. Ekzemple, savteamoj povas postuli fotilon, kiu povas detekti homo je 1 km kaj rekoni je 400m. La kriterioj de Johnson provizas bazlinion por tiaj specifoj.

• Gvatado kaj Le?o: Limo -patrolo, sova?a monitorado kaj entrudi?aj detektaj sistemoj uzas ?i tiujn kriteriojn por anta?diri kiom malproksime sensilo povas repreni personon a? veturilon vespere. (Iuj normoj formaligas la Johnson -taskojn; ekz. NATO uzas D, R, I -klasifikojn en bildigaj postuloj.)

En ?iu kazo, la kriterioj de Johnson helpas traduki sensilajn parametrojn (rezolucio, optiko, rastrumero) en intuician rendimentan metrikon (gamo por detekti a? identigi tipan celon).

Limigoj kaj modernaj adaptoj

Malgra? ?ia utileco, la kriterioj de Johnson havas gravan Limigoj. ?i estas empiria, idealigita modelo, kiu preterlasas multajn realajn - mondajn efikojn:

• Simpligitaj Kondi?oj: ?i alprenas unuforman fonon, ampleksan celan kontraston, kaj puton - kalibritan observanton. ?i ne enkalkulas mallertecon a? kamufla?on. Praktike, celo kontra? kompleksa fono povas postuli pli da rezolucio ol la nominalaj valoroj de Johnson (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj).

• Ignoras mediajn efikojn: La originalaj kriterioj ne inkluzivas veteron a? atmosferan mildigon. Studoj emfazas tion Neniu simpla modelo plene kaptas nebulajn, pluvajn kaj fumajn efikojn (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj) (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj). Modernaj sistemoj ofte multi?as per atmosfera transdona termino a? uzas empiriajn videblecajn modelojn.

• Homaj Faktoroj: La laboro de Johnson uzis kelkajn trejnitajn observantojn en kontrolitaj kondi?oj; ?i ignoras varia?ojn en observa trejnado, atento, laceco, ktp. Povas esti signifaj diferencoj inter individuoj en efektiva detekta probablo (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj).

• Signalo kaj prilaborado: La modelo traktas la bildon kvaza? limigita nur per geometrio (pikseloj kaj optikoj). ?i ne korpigas sensilan bruon (netd), dinamikan gamon, a? bildajn prilaborajn plibonigojn. Ajna sur?ipe akra a? video -algoritmoj povas plibonigi efikan rezolucion, tio signifas, ke realaj fotiloj ofte superas la nudajn limojn de Johnson.

• Probabla Fokuso: La kriterioj estas difinitaj por ~ 50% probablo. Ili ne priskribas kiel agado plibonigas kun pli da rezolucio preter sojlo, nek kaptas falsajn - alarmajn indicojn a? ROC -kurbojn.

Pro ?i tiuj mankoj, modernaj agadmodeloj etendas la aliron de Johnson. Ekzemple, la usona armeo Akiri Metodologio ?ustigas la ciklajn postulojn (0,75 cikloj por detekto, ktp.) Surbaze de pli vasta testado (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj). Multaj analizaj iloj nun integras MTF, SNR kaj atmosferajn modelojn eksplicite. Iuj inkluzivas biero -lambert -atenuon (kiel en J - filmo/T - Met Modeloj (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj)) a? mallertaj metrikoj. Aliaj anstata?igas malmolajn sojlojn per statistika detekta teorio (ekz. Uzante ricevilajn funkciigajn karakterizajn kurbojn). Tamen, la kriterioj de Johnson restas fundamenta koncepto kaj rapida unua - Ordiga Gvidilo al Termika Bildigo.

Resume, La kriterioj de Johnson ligas la spacan rezolucion de infraru?a sensilo al la praktikaj taskoj vidi celon. Esprimante detekton, agnoskon kaj identigon koncerne "liniajn parojn al celo", ?i donas al in?enieroj rektan manieron kalkuli kiom malproksime donita fotilo povas plenumi ?iun taskon en idealaj kondi?oj (La kriterioj de Johnson - Vikipedio) (Fundamenta bildiga sistemo -analizo por a?tonomaj veturiloj). Dum oni devas kalkuli realajn - mondajn faktorojn en iu detala dezajno, la kriterioj de Johnson ankora? subtenas plej multajn termikajn ?ambrajn specifojn kaj rendimentajn taksojn hodia? (La kriterioj de Johnson - Vikipedio) (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj).

Fontoj: ?losilaj difinoj kaj valoroj estas de la originala verko de Johnson (La kriterioj de Johnson - Vikipedio) kaj resumojn en la literaturo (La kriterioj de Johnson - Vikipedio) (Kio estas DRI, kaj sur kio ?i bazi?as por kalkulo?). Kalkuloj de detekto -gamo sekvas la maldikajn - lensajn formulojn en bildiga analizo (Fundamenta bildiga sistemo -analizo por a?tonomaj veturiloj). Mediaj kaj mallertaj efikoj estas dokumentitaj en sekvaj - UP -studoj (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj) (Historio kaj evoluo de la Johnson -kriterioj). Praktikaj ekzemploj kaj supozoj venas de fabrikantoj kaj teknikaj raportoj (Kio estas DRI, kaj sur kio ?i bazi?as por kalkulo?).