Johnsono ?iluminio vaizdo aptikimo ir atpa?inimo kriterijai

Istorinis fonas: ?e?tojo de?imtme?io pabaigoje Johnas W. Johnsonas i? JAV armijos atliko novatori?kus eksperimentus su ?Night - Vision Image“ intensyv?jimu, kad būt? galima ?vertinti, kiek vaizdo detal?s reikalingos ?vairioms vaizdin?ms u?duotims (Johnsono kriterijai - Vikipedija). Savo 1958 m ?Vaizd? formavimo sistem? analiz?“, Johnsonas prane?? apie empirinius slenks?ius (eilut?s poromis ant taikinio), reikalingos skirtingoms u?duotims (Johnsono kriterijai - Vikipedija) (Johnsono kriterijai - Vikipedija). Tai tapo ?inoma kaip Johnsono kriterijai. Tai suk?l? revoliucij? jutiklio projektavimui, leisdamas in?inieriams numatyti, kiek tolim? tiksl? galima pamatyti, atpa?inti ar identifikuoti tam tikromis s?lygomis (Johnsono kriterijai - Vikipedija) (Johnsono kriterijai - Vikipedija). Naudojant ?iuos kriterijus, v?liau buvo sukurta daugyb? nusp?jam?j? modeli?, siekiant ?vertinti jutiklio veikim? skirtingomis veikimo s?lygomis (Johnsono kriterijai - Vikipedija) (Johnsono kriterijai - Vikipedija).

Aptikimo, atpa?inimo ir identifikavimo (DRI) u?duotys

Johnsono kriterijai apibr??ia tris pirminius Vaizdin?s u?duotys:

• Aptikimas: Steb?tojas tiesiog pastebi, kad yra objektas. (?iame lygyje gali būti matomas tik ?blobas“ ar pasikeitimas scenoje.) Johnsonas nustat?, kad reikia aptikimo 1,0 ± 0,25 linij? poros per tiksl? (Johnsono kriterijai - Vikipedija).

• Pripa?inimas: Steb?tojas gali pasakyti bendrojo tipo objekt? (pavyzd?iui, atskirti asmen? nuo transporto priemon?s). Tam reikia daugiau detali? - i? prad?i? 4,0 ± 0,8 linij? poros (Johnsono kriterijai - Vikipedija).

• Identifikacija: Steb?tojas gali nustatyti konkret? objekt? (pvz., Konkret? transporto priemon?s model? ar konkret? asmen?). Tai sunkiausia u?duotis, reikalaujanti 6,4 ± 1,5 linij? poros (Johnsono kriterijai - Vikipedija).

(Johnsonas taip pat pa?ym?jo tarpin? ?orientacijos“ ?ingsn? ties ~ 1,4 linij? poromis (Johnsono kriterijai - Vikipedija), ta?iau ?iuolaikin?s diskusijos da?nai sutelktos ? DRI u?duotis.) Praktine in?inerijos prasme viena eilut?s pora atitinka ma?daug du vaizd? ta?kus visame tiksle (Johnsono kriterijai - Vikipedija). ?iuolaikin?se ?ilumini? vaizd? specifikacijose ?ios slenks?iai da?nai būna suapvalinti iki 1, 3 ir 6 ciklai u? 50% tikimyb? atlikti u?duot? (Kas yra DRI, ir kuo jis pagr?stas skai?iavimais?).

(Nemokamas ?mogaus silueto vektorinis menas - Atsisi?skite 17,246+ ?Man Silhouette“ piktogramas ir grafik? - ?Pixabay“) Figūra: ?mogaus - stebimas tikslas. At tolimas diapazonas, taikinys sukuria tik tamsi? siluet? (pakanka aptikimui); Did?jant skiriam?ja geba (ar artumas), atsiranda veido ir drabu?i? ypatyb?s, leid?ian?ios atpa?inti ir galiausiai i?samiai identifikuoti. Johnsono kriterijai ?vertina, kiek kiekviename etape reikalinga i?samios linij? por? (Johnsono kriterijai - Vikipedija) (Kas yra DRI, ir kuo jis pagr?stas skai?iavimais?).

Johnsono kriterijai (rezoliucijos slenks?iai)

Originalūs Johnsono kriterijai da?nai apibendrinami taip, kad kiekvienos u?duoties s?km?s procentas būt? 50% (Johnsono kriterijai - Vikipedija):

• Aptikimas (objekto buvimas): ~ 1,0 linij? pora taikinyje (50% tikimyb?) (Johnsono kriterijai - Vikipedija).

• Atpa?inimas (objekto klas?): ~ 4,0 eilu?i? poros taikinyje (Johnsono kriterijai - Vikipedija).

• Identifikavimas (konkretus objektas): ~ 6,4 eilu?i? poros tikslo (Johnsono kriterijai - Vikipedija).

?ios vert?s daro prielaid?, kad auk?tas tikslas - fono kontrastas ir idealus steb?tojas. )Johnsono kriterijai - Vikipedija).) Daugelis sistem? cituoja supaprastintus ?DRI“ skai?ius 1 - 3 - 6 ciklai (linij? poros) aptikti atitinkamai atpa?inimo - identifikavimas (Kas yra DRI, ir kuo jis pagr?stas skai?iavimais?). Pavyzd?iui, NATO gair?je naudojamas ma?daug 1 ciklas aptikimui, 3 - atpa?inimui ir 6 - identifikavimui (Kas yra DRI, ir kuo jis pagr?stas skai?iavimais?). (Atnaujinta JAV armija ?sigyti Kriterijai netgi naudoja 0,75, 1,5, 3 ir 6 ciklus aptikti, klasifikuoti, atpa?inti, identifikuoti, atspind?ti rafinuotas u?duotis (Johnsono kriterij? istorija ir raida).)

Johnsono kriterijai da?nai i?rei?kiami tikimybi?kai: suteikta N CIKLAI TIKSLAI, yra atitinkama tikimyb? teisingai atlikti kiekvien? u?duot? (paprastai sigmoidinis - kaip, 50%, esant lentel?se esan?iose slenks?iuose). Ta?iau jis da?niausiai naudojamas kaip ?nyk??io taisykl?“, susijusi su reikalinga rezoliucija su u?duotimi.

Matematinis pagrindas (skiriamoji geba ir diapazonas)

Atsprend?iam? cikl? skai?ius Tikslas priklauso nuo tikslo dyd?io, diapazono, jutiklio optikos ir pikseli? dyd?io. Paprastam smeigtuko ar plonojo objektyvo modeliui (ma?o - kampo apytikslis) galima rasti (Pagrindin? autonomini? transporto priemoni? vaizdavimo sistemos analiz?):

Kur n yra tikslo cikl? skai?ius, H_O yra būdingas taikinio dydis (m), f yra objektyvo ?idinio nuotolis (tie patys vienetai kaip ir pikseli? ?ingsnis), p yra pikselio ?ingsnis (atstumas tarp pikseli? centr?) ir R yra tikslo diapazonas. ?i formul? atspindi intuityv? poveik?: did?ja didesnis taikinys (arba ilgesnis ?idinio nuotolis) n, Nors ma??ja didesnis pikselis ar ilgesnis nuotolis n (Pagrindin? autonomini? transporto priemoni? vaizdavimo sistemos analiz?). Jei N Reikalingi ciklai (i? Johnsono lentel?s) tam tikroje u?duotyje Aptikimo diapazonas galima i?spr?sti kaip

Pavyzd?iui, padvigubinant tikslin? dyd? arba ?idinio nuotolis padvigubina fiksuoto aptikimo diapazon? N (Pagrindin? autonomini? transporto priemoni? vaizdavimo sistemos analiz?). Pana?iai perpus suma?inus pikselio ?ingsn? (t. Y. Didesn? jutiklio skiriamoji geba), diapazon? padvigub?ja. ?ios formul?s da?nai naudojamos ?Thermal Camera Spec“ lapuose, kad ?vertint? D/R/I diapazonus idealiomis s?lygomis.

Veiksniai, darantys ?tak? aptikimo diapazonui

Auk??iau pateiktoje paprastame diapazono formul?je yra puikus kontrastas ir ai?kios s?lygos. Prakti?kai daugelis veiksni? daro ?tak? aptikimo ir atpa?inimo diapazonui:

• Tikslo dydis ir kontrastas: Didesni (auk?tesni ar platesni) taikiniai matomi didesniais atstumais; Pana?iai tiksl?, turint? didesn? infraraudon?j? spinduli? kontrast? (pvz., Kar?tesn? vs v?sesn? nei fon?), lengviau aptikti. ?ilumini? kamer? atveju bendra prielaida yra ～2 ° C temperatūros skirtumas nuo patikimo aptikimo fono. Ma?esniems ar ?emiems - Kontrastiniams taikiniams reikia daugiau cikl? (taigi ar?iau diapazon?).

• Jutiklio skiriamoji geba ir optika: Kaip nurodyta, smulkesni ta?kai (ma?esni p) ir ilgesnis ?idinio nuotolis f padidinti diapazon?. Taip pat jutiklio moduliacijos perdavimo funkcija (MTF) ir optin? kokyb? daro ?tak? tam, kaip gerai perduodama detal?. Johnsono ?od?iais tariant, geresn? optika (auk?tesnis MTF) veiksmingai suma?ina reikiamus tam tikros u?duoties ciklus (Pagrindin? autonomini? transporto priemoni? vaizdavimo sistemos analiz?).

• Atmosferos s?lygos: Tikrosios atmosferos slopina infraraudon?j? spinduli? signalus. Lietaus, rūko ar dulki? poveikis gali smarkiai suma?inti diapazon?. Paprasti modeliai naudoja alaus ?statym? (f_t = exp (- r/l_r)) apskai?iuoti transmisij? bangos ilgiu (Johnsono kriterij? istorija ir raida). Empiriniai tyrimai rodo, kad rūkas ir sunkūs orai gali drasti?kai suma?inti aptikimo tikimyb?, net ir IR (Johnsono kriterij? istorija ir raida). ?ilumos IR ma?iau ken?ia nuo vandens gar? nei matoma ?viesa, ta?iau nepalankūs orai vis tiek ?ymiai sutrump?ja (Johnsono kriterij? istorija ir raida) (Johnsono kriterij? istorija ir raida).

• Fono netvarka: Didelis - netvarkos fonas apsunkina aptikim?. Eksperimentai rodo, kad ??emos netvarkos“ scenose Johnsono slenks?iai gali būti tokie ma?i, kaip ~ 0,5 cikl? aptikimui, ta?iau ?didel?s netvarkos“ scenose gali prireikti daugiau nei 2,5 cikl?, kad būt? galima aptikti 50% (aptikti (auk?tai “.Johnsono kriterij? istorija ir raida). Prakti?kai pasl?ptas ar vizualiai sud?tingas fonas da?nai reikalauja tikslinio kontrasto ar skiriamosios gebos, gerokai didesn?s u? Johnsono minimum?.

• Signalas - iki - triuk?mo santykis (SNR) ir jutiklio triuk?mas: ?ilumos detektoriai turi triuk?m? (netd) ir ribot? dinamin? diapazon?. Silpnas ?iluminis para?as arba didelis jutiklio triuk?mas efektyviai padidina reikalingus ciklus. Tyrimai pabr??ia, kad ?emas SNR veikia kaip nery?kus: jis pablogina vaizdo kokyb? ir suma?ina veiksming? diapazon? (Johnsono kriterij? istorija ir raida).

Kartu ?ie veiksniai rei?kia, kad Johnsono kriterijai suteikia idealizuotus diapazonus. Bet koks praktinis skai?iavimas turi apimti atmosferos pralaidum?, tikslin? kontrast?, jutiklio triuk?m? ir kt., Pavyzd?iui, Leonardo DRS pa?ymi, kad Johnsono formul?s mano, kad ?gausus signalo“ (geras kontrastas ir ?emas triuk?mas) ir skaidraus oro. Apskritai realisti?kos diapazono lygtis paprast? formul? padaugina i? matomumo ar perdavimo termino, kad būt? atsi?velgta ? atmosfer?.

Skai?iavim? pavyzdys

Naudojant auk??iau pateiktas formules, galima ?vertinti d/r/i diapazonus tam tikroje kameroje ir taikinyje. Pavyzd?iui:

• Pavyzdys: 2 m ūgio ?mogus (H_O = 2m) atvaizduojamas ?ilumin?s kameros su f = 50 mm ir pikseli? ?ingsnis p = 20 μm (= 0,02 mm). Naudojant Johnsono 1 - ciklo slenkst? aptikti,

  $$R _ {\ rm Det} = \ frac {2 \, \ tekstas {m} \ Time 50 \, \ tekstas {mm}} {2 \ kart? 0,02 \, \ tekstas {mm} \ Times 1} \ ma?daug 2500 \ \ \ \ tekstas {m}.$$

  Atpa??stant (≈3 ciklai) ir identifikavimas (≈6 ciklai), diapazonai tampa atitinkamai ≈833m ir ≈417M (nes $ r \ proto1/n $).

• Gamintojo pavyzdys: ?Leonardo Drs“ programos pastaba pateikia ?mogaus taikin? (kritinis matmuo ~ 0,95m) ir fotoaparatas su 17 μm ta?k? ir 16,75 mm ?idinio nuotolis. 3 - ciklo atpa?inimo u?duoties metu jie apskai?iuoja 50% aptikimo diapazon? apie 157 m. (Tais pa?iais skai?iais mūs? formul? duoda $ r \ apytiksliai (0,95 \ kart? 16,75)/(2 \ Times0.017 \ Times3) \ apytiksliai157 $ m, atitinkantis j? pavyzd?.)

• Tipi?kos vertyb?s: Idealiomis s?lygomis (geras kontrastas, skaidrus oras) Johnsono taisykl? - nyk??io - nyk??io prognozuoja ?mogaus aptikim? keli? kilometr? tvarka. Pavyzd?iui, vienas ?altinis cituoja ~ 2000 m aptikim?, ~ 667 m pripa?inim? ir ~ 333 m identifikavim? 1,8 m asmeniui (Kas yra DRI, ir kuo jis pagr?stas skai?iavimais?).

?ie pavyzd?iai parodo, kaip Johnsono kriterijai gali būti tiesiogiai pritaikyti naudojant paprast? aritmetik?. Faktiniai intervalai praktikoje da?nai būna ma?esni d?l auk??iau pamin?t? veiksni?.

Parai?kos

Johnsono kriterijai yra pla?iai naudojami kuriant ir vertinant ?ilumos vaizdavimo sistemos Daugelyje sri?i?:

• Karin? ir gynyba: Nakties jutikli? specifikacijos - reg?jimo apimtys, ?iluminiai taikikliai ir steb?jimas da?nai pateikiami D/R/I diapazonai, atsi?velgiant ? Johnsono kriterijus (Johnsono kriterijai - Vikipedija). Tikslo ?sigijimas ir pripa?inimas (?Draugas ir prie?as“) nakt? remiasi ?iais ?vertinimais. Daugelis lauko vadov? ir vie??j? pirkim? dokument? nurodo 1 - 3 - 6 taisykl? - nyk??io ginklui - sumontuoti IR taikikliai.

• Paie?ka ir gelb?jimas / saugumas: Ne?iojamos arba sumontuotos ?ilumin?s kameros, naudojamos prarastiems asmenims arba steb?ti perimetrus, taip pat naudoja DRI metrik?. Pavyzd?iui, gelb?jimo komandoms gali prireikti fotoaparato, kuris gali nustatyti ?mogus 1 km ir atpa?inti 400 m. Johnsono kriterijai suteikia pagrind? tokioms specifikacijoms.

• Steb?jimas ir teis?sauga: Pasienio patrulis, laukin?s gamtos steb?jimas ir ?sibrovimo aptikimo sistemos naudoja ?iuos kriterijus, kad numatyt?, kaip toli jutiklis gali pasiimti asmen? ar transporto priemon? nakt?. (Kai kurie standartai ?formina Johnsono u?duotis; pvz., NATO naudoja D, R, I Klasifikavimas pagal vaizd? reikalavimus.)

Kiekvienu atveju Johnsono kriterijai padeda i?versti jutiklio parametrus (skiriam?j? geb?, optik?, pikselio dyd?) ? intuityvi? na?umo metrik? (diapazonas, skirtas aptikti ar nustatyti tipi?k? taikin?).

Apribojimai ir ?iuolaikin?s adaptacijos

Nepaisant jo naudingumo, Johnsono kriterijai yra svarbūs apribojimai. Tai yra empirinis, idealizuotas modelis, kuris praleid?ia daugyb? reali? - pasaulio efekt?:

• Supaprastintos s?lygos: Jis prisiima vienod? fon?, didel? taikinio kontrast? ir ?ulin? - kalibruotas steb?tojas. Tai neatsi?velgia ? griozd? ar kamuflia??. Prakti?kai tikslui, atsi?velgiant ? sud?ting? fon?Johnsono kriterij? istorija ir raida).

• Nepaiso aplinkos poveikio: Originaliuose kriterijuose n?ra or? ar atmosferos silpn?jimo. Tyrimai tai pabr??ia N?ra paprasto modelio visi?kai u?fiksuoja rūko, lietaus ir dūm? efektus (Johnsono kriterij? istorija ir raida) (Johnsono kriterij? istorija ir raida). ?iuolaikin?s sistemos da?nai dauginasi i? atmosferos perdavimo termino arba naudoja empirinio matomumo modelius.

• ?mogaus veiksniai: Johnsono darbas kontroliuojamomis s?lygomis panaudojo kelet? apmokyt? steb?toj?; Jame nepaisoma steb?toj? mokymo, d?mesio, nuovargio ir kt. Skirtum? tarp asmen? gali būti reik?ming? skirtum? tarp faktin?s aptikimo tikimyb?s (Johnsono kriterij? istorija ir raida).

• Signalas ir apdorojimas: Modelis vaizd? traktuoja taip, tarsi apribot? tik geometrija (pikseliai ir optika). Jame n?ra jutiklio triuk?mo (netd), dinaminio diapazono ar vaizdo apdorojimo patobulinim?. Bet kokie borto galandimo ar vaizdo algoritmai gali pagerinti efektyvi? skiriam?j? geb?, tai rei?kia, kad tikrosios kameros da?nai pralenkia plikus Johnsono ribas.

• Tikimyb?s fokusas: Kriterijai yra apibr??ti ~ 50% tikimybei. Jie neapibūdina, kaip na?umas pager?ja, kai didesn? skiriamoji geba, vir?ijanti rib?, ir neu?fiksuoja klaiding? aliarmo rodikli? ar ROC kreivi?.

D?l ?i? sprag? ?iuolaikini? diapazon? na?umo modeliai praple?ia Johnsono po?iūr?. Pavyzd?iui, JAV armijos ?sigyti Metodika koreguoja ciklo reikalavimus (0,75 cikl? aptikimui ir kt.) Remiantis i?samesniais bandymais (Johnsono kriterij? istorija ir raida). Daugelis analiz?s ?ranki? dabar ai?kiai integruoja MTF, SNR ir atmosferos modelius. Kai kurie apima alaus - Ramberto silpn?jim? (kaip ir J - filmas/T - MET modeliai (Johnsono kriterij? istorija ir raida)) arba netvarkos metrikos. Kiti kietuosius slenks?ius pakei?ia statistinio aptikimo teorija (pvz., Imtuvo veikimo charakteristik? kreivi? naudojimas). Nepaisant to, Johnsono kriterijai i?lieka pagrindine koncepcija ir greita pirmoji ?iluminio vaizdo diapazono tvarkos vadovas.

Apibendrinant, Johnsono kriterijai susieja infraraudon?j? spinduli? jutiklio erdvin? skiriam?j? geb? su praktin?mis u?duotimis pamatyti tiksl?. I?reik?damas aptikim?, atpa?inim? ir identifikavim? ?linij? poromis ant tikslo“, tai suteikia in?inieriams paprast? būd? apskai?iuoti, kiek toli tam tikra kamera gali atlikti kiekvien? u?duot? idealiomis s?lygomis (idealiomis s?lygomis (Johnsono kriterijai - Vikipedija) (Pagrindin? autonomini? transporto priemoni? vaizdavimo sistemos analiz?). Nors reikia atsi?velgti ? realius pasaulio veiksnius, susijusius su bet kokiu i?samiu dizainu, Johnsono kriterijai vis dar pagrind?ia daugum? ?ilumini? fotoaparat? specifikacij? ir veiklos ?vertinim? ?iandien (Johnsono kriterijai - Vikipedija) (Johnsono kriterij? istorija ir raida).

?altiniai: Pagrindiniai apibr??imai ir vertyb?s yra i? originalaus Johnsono darbo (Johnsono kriterijai - Vikipedija) ir santraukos literatūroje (Johnsono kriterijai - Vikipedija) (Kas yra DRI, ir kuo jis pagr?stas skai?iavimais?). Aptikimo diapazono skai?iavimai seka plonus - objektyvo formules atliekant vaizd? analiz? (Pagrindin? autonomini? transporto priemoni? vaizdavimo sistemos analiz?). Aplinkos ir netvarkos efektai yra dokumentuojami atliekant - UP tyrimus (Johnsono kriterij? istorija ir raida) (Johnsono kriterij? istorija ir raida). Praktiniai pavyzd?iai ir prielaidos yra gamintojai ir technin?s ataskaitos (Kas yra DRI, ir kuo jis pagr?stas skai?iavimais?).