D?onsona kritēriji termiskās attēlveido?anas noteik?anai un atpazī?anai

Vēsturiskā fona: Piecdesmito gadu beigās D?ons W. D?onsons no ASV armijas veica novatoriskus eksperimentus ar nakti - Vīzijas attēla pastiprinātāji, lai kvantitatīvi noteiktu, cik daudz attēla deta?as ir vajadzīgas da?ādiem vizuāliem uzdevumiem (D?onsona kritēriji - Wikipedia). Savā 1958. gada rakstā “Attēlu veido?anas sistēmu analīze”, D?onsons zi?oja par empīriskiem sliek??iem (līnijas pāros uz mēr?a), kas nepiecie?ami da?ādiem uzdevumiem (D?onsona kritēriji - Wikipedia) (D?onsona kritēriji - Wikipedia). Tas k?uva pazīstams kā D?onsona kritērijiApvidū Tas radīja revolucionāru sensora dizainu, ?aujot in?enieriem paredzēt, cik tālu mēr?i var redzēt, atzīt vai identificēt noteiktos apstāk?os (D?onsona kritēriji - Wikipedia) (D?onsona kritēriji - Wikipedia). Izmantojot ?os kritērijus, vēlāk tika izstrādāti daudzi paredzamie mode?i, lai novērtētu sensora veiktspēju da?ādos darbības apstāk?os (D?onsona kritēriji - Wikipedia) (D?onsona kritēriji - Wikipedia).

Atklā?anas, atpazī?anas un identifikācijas (DRI) uzdevumi

D?onsona kritēriji nosaka trīs primāros vizuālie uzdevumi:

• Noteik?ana: Novērotājs vienkār?i pamana, ka objekts ir klāt. (?ajā līmenī varētu redzēt tikai “l(fā)āsi” vai izmai?as ainavā.) D?onsons atklāja, ka noteik?ana ir nepiecie?ama par 1,0 ± 0,25 līnijas pāri pāri mēr?im (D?onsona kritēriji - Wikipedia).

• Atzī?ana: Novērotājs var pateikt vispārīgo objekta veidu (piemēram, at??irot personu no transportlīdzek?a). Tas prasa sīkāku informāciju - sākotnēji par 4,0 ± 0,8 līniju pāri (D?onsona kritēriji - Wikipedia).

• Identifikācija: Novērotājs var identificēt konkrēto objektu (piemēram, konkrētu transportlīdzek?a modeli vai konkrētu personu). Tas ir grūtākais uzdevums, kas prasa 6,4 ± 1,5 līnijas pāri (D?onsona kritēriji - Wikipedia).

(D?onsons arī atzīmēja starpposma “orientācijas” soli ar ~ 1,4 līniju pāriem (D?onsona kritēriji - Wikipedia), bet mūsdienu diskusijas bie?i koncentrējas uz DRI uzdevumiem.) Praktiskā in?enierijas izteiksmē viens līnijas pāris atbilst apmēram diviem attēla pikse?iem visā mēr?a (D?onsona kritēriji - Wikipedia). Mūsdienu termiskās attēlveido?anas specifikācijās ?ie sliek??i bie?i tiek noapa?oti līdz 1, 3 un 6 cikli par 50% varbūtību veikt uzdevumu (Kas ir DRI, un ko tas balstās uz aprē?iniem?).

(BEZMAKSAS MAN SILHOUETTE VECOR Māksla - Lejupielādējiet 17 246+ cilvēku silueta ikonas un grafiku - Pikseabajs) Skaitlis: Cilvēks - formas mēr?is novēro?anā. Pie tāls diapazons, mēr?is rada tikai tum?u siluetu (pietiekami noteik?anai); Palielinoties iz??irtspējai (vai tuvumam), rodas sejas un ap?ērba funkcijas, kas ?auj atpazīt un galu galā pilnībā identificēt. D?onsona kritēriji kvantitatīvi nosaka, cik daudz līniju pāru ir nepiecie?ami katrā posmā (katrā posmā (D?onsona kritēriji - Wikipedia) (Kas ir DRI, un ko tas balstās uz aprē?iniem?).

D?onsona kritēriji (iz??irtspējas sliek??i)

D?onsona sākotnējie kritēriji bie?i tiek apkopoti ?ādi par katra uzdevuma (katra uzdevuma panākumu līmeni - 50% (D?onsona kritēriji - Wikipedia):

• Noteik?ana (objekta klātbūtne): ~ 1,0 līnijas pāris uz mēr?i (50% varbūtība) (D?onsona kritēriji - Wikipedia).

• Atzī?ana (objekta klase): ~ 4,0 līniju pāri uz mēr?i (D?onsona kritēriji - Wikipedia).

• Identifikācija (konkrēts objekts): ~ 6,4 līniju pāri uz mēr?i (D?onsona kritēriji - Wikipedia).

?īs vērtības uz?emas augstu mēr?i - Fona kontrasts un ideāls novērotājs. (Katrs līnijas pāris ir vienāds ar diviem sensoru pikse?iem, tātad, piemēram, 1,0 līnijas pāris ≈ 2 pikse?i visā mēr?a platumā (D?onsona kritēriji - Wikipedia).) Daudzas sistēmas citē vienkār?otus “DRI” skait?us 1 - 3 - 6 cikli (līniju pāri) noteik?anai - Atzinība - Identifikācija attiecīgi (Kas ir DRI, un ko tas balstās uz aprē?iniem?). Piemēram, NATO vadlīnijā tiek izmantots aptuveni 1 cikls noteik?anai, 3 atpazī?anai un 6 identifikācijai (identifikācijai (Kas ir DRI, un ko tas balstās uz aprē?iniem?). (ASV armijas atjauninātā Iegūt Kritēriji pat izmanto 0,75, 1,5, 3 un 6 ciklus, lai noteiktu, klasificētu, atpazītu, identificētu, atspogu?otu rafinētus uzdevumus (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība).)

D?onsona kritēriji bie?i tiek izteikti varbūtīgi: doti N Cikliem uz mēr?a ir atbilsto?a varbūtība pareizi veikt katru uzdevumu (parasti sigmoid - patīk, ar 50% pie tabulas sliek??a). Tomēr to visbie?āk izmanto kā “īk??a noteikumu”, kas attiecas uz nepiecie?amo uzdevuma iz??irtspēju.

Matemātiskais pamats (iz??irtspēja un diapazons)

Līdz atrisināmu ciklu skaits Visā mēr?a laikā ir atkarīgs no mēr?a lieluma, diapazona, sensora optikas un pikse?a lieluma. Lai iegūtu vienkār?u caurumu vai plāna objektīva modeli (mazs - le??a tuvinājums), viens atrod (Autonomo transportlīdzek?u pamata attēlveido?anas sistēmas analīze):

kur n ir ciklu skaits uz mēr?i, h_o ir mēr?a raksturīgais lielums (M), f ir objektīva fokusa attālums (tās pa?as vienības kā pikse?a solis), p ir pikse?a solis (attālums starp pikse?u centriem) un R ir diapazons uz mēr?i. ?ī formula atspogu?o intuitīvos efektus: palielinās lielāks mēr?is (vai ilgāks fokusa attālums) n, kamēr lielāks pikselis vai lielāks diapazons samazinās n (Autonomo transportlīdzek?u pamata attēlveido?anas sistēmas analīze). Ja N Nepiecie?ami cikli (no D?onsona tabulas) noteiktam uzdevumam, atklā?anas diapazons var atrisināt kā

Piemēram, divkār?ot mēr?a lielumu vai fokusa attālumu divkār?o fiksēto noteik?anas diapazonu N (Autonomo transportlīdzek?u pamata attēlveido?anas sistēmas analīze). Tāpat pikse?a pi?a uz pusi (t.i., augstāka sensora iz??irtspēja) uz pusi divkār?o diapazonu. ?īs formulas bie?i izmanto termiskās kameras specifikācijas - lapas, lai novērtētu D/R/I diapazonus ideālos apstāk?os.

Faktori, kas ietekmē atklā?anas diapazonu

Vienkār?ā diapazona formula virs ir perfekts kontrasts un skaidri apstāk?i. Praksē daudzi faktori ietekmē atklā?anas un atpazī?anas diapazonu:

• Mēr?a lielums un kontrasts: Lielāki (garāki vai platāki) mēr?i ir redzami lielākos attālumos; Līdzīgi ir vieglāk noteikt mēr?i ar lielāku infrasarkano staru kontrastu (piemēram, karstāks vai vēsāks nekā fons). Termiskām kamerām kopīgs pie?ēmums ir ～2 ° C temperatūras starpība no fona uzticamai noteik?anai. Mazākiem vai zemiem - kontrasta mēr?iem ir nepiecie?ams vairāk ciklu (tādējādi tuvāk diapazonus).

• Sensora iz??irtspēja un optika: Kā norādīts, smalkāki pikse?i (mazāki p) un ilgāks fokusa attālums f palielināt diapazonu. Arī sensora modulācijas pārsūtī?anas funkcija (MTF) un optiskā kvalitāte ietekmē to, cik labi tiek pārsūtīta deta?a. Pēc D?onsona vārdiem, labāka optika (augstāka MTF) efektīvi samazina nepiecie?amos ciklus konkrētam uzdevumam (Autonomo transportlīdzek?u pamata attēlveido?anas sistēmas analīze).

• Atmosfēras apstāk?i: īsta atmosfēra novājina infrasarkano staru signālus. Lietus, miglas vai putek?u ietekme var strauji samazināt diapazonu. Vienkār?i mode?i izmanto alus likumu (f_t = exp (- r/l_r)) aprē?ināt pārraidi pie vi??a garuma (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība). Empīriskie pētījumi parāda miglu, un smagi laika apstāk?i var krasi zemāku noteik?anas varbūtību, pat IR (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība). Termiskais IR cie? mazāk no ūdens tvaikiem nekā redzamā gaisma, bet nelabvēlīgi laika apstāk?i joprojām ir ievērojami saīsināti (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība) (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība).

• Fona juceklis: Augsts - jucek?a fons apgrūtina noteik?anu. Eksperimenti parāda, ka “zemā jucek?a” ainās D?onsona sliek??i var būt tikpat mazi kā ~ 0,5 cikli noteik?anai, bet “augstās jucek?a” ainās vairāk nekā 2,5 cikli var būt nepiecie?ami 50% noteik?anai (noteik?anai (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība). Praksē maskēts vai vizuāli sare??īts fons bie?i prasa mēr?a kontrastu vai iz??irtspēju krietni virs D?onsona minimālā.

• Signāls - līdz - trok??a attiecība (SNR) un sensora troksnis: Termiskajiem detektoriem ir troksnis (NETD) un ierobe?ots dinamiskais diapazons. Vāja termiskā paraksta vai augsta sensora troksnis efektīvi palielina nepiecie?amos ciklus. Pētījumos uzsvērts, ka zems SNR darbība, piemēram, Blur: tas pasliktina attēla kvalitāti un samazina efektīvo diapazonu (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība).

Kopā ?ie faktori nozīmē, ka D?onsona kritēriji dod idealizētus diapazonus. Jebkurā praktiskajā aprē?inā jāietver atmosfēras caurlaidība, mēr?a kontrasts, sensora troksnis utt. Piemēram, Leonardo DRS norāda, ka D?onsona formulas pie?em “daudz signāla” (labs kontrasts un zems troksnis) un dzidrs gaiss. Kopumā reāls diapazona vienādojums reizina vienkār?o formulu ar redzamību vai pārraides termi?u, lai ?emtu vērā atmosfēru.

Aprē?inu piemērs

Izmantojot iepriek?minētās formulas, noteiktā kamerai un mēr?im var novērtēt D/R/I diapazonus. Piemēram:

• Piemērs: 2 m gar? cilvēks (h_o = 2m) attēlots ar termisko kameru ar f = 50 mm un pikse?u solis p = 20μm (= 0,02 mm). Izmantojot D?onsona 1 - velosipēdu slieksni atklā?anai,

  $$R _ {\ rm det} = \ FRAC {2 \, \ teksts {m} \ Times 50 \, \ teksts {mm}} {2 \ reizes 0,02 \, \ teksts {mm} \ Times 1} \ aptuveni 2500 \ \ teksts {m}.$$

  Atpazī?anai (≈3 cikliem) un identifikācijai (≈6 cikli) diapazoni attiecīgi k?ūst par ≈833 m un ≈417 m (jo $ r \ propto1/n $).

• Ra?otāja piemērs: Leonardo DRS lietojumprogrammas piezīme dod cilvēka mēr?i (kritiskā izmēra ~ 0,95 m) un kameru ar 17 μm pikse?iem un 16,75 mm fokusa attālumu. 3 - cikla atpazī?anas uzdevumam vi?i aprē?ina 50% noteik?anas diapazonu aptuveni 157m. (Ar vienādiem numuriem mūsu formula dod $ r \ apm. (0,95 \ reizes 16,75)/(2 \ Times0.017 \ Times3) \ apm.

• Tipiskas vērtības: Ideālos apstāk?os (labs kontrasts, skaidrs gaiss) D?onsona likums - - īk??is prognozē cilvēka atklā?anu pēc da?u kilometru secības. Piemēram, viens avots citē ~ 2000 m noteik?anu, ~ 667 m atpazī?anu un ~ 333 m identifikāciju 1,8 m (Kas ir DRI, un ko tas balstās uz aprē?iniem?).

?ie piemēri parāda, kā D?onsona kritērijus var tie?i piemērot ar vienkār?u aritmētiku. Faktiskie diapazoni praksē bie?i ir zemāki, ?emot vērā iepriek? minētos faktorus.

Pieteikumi

D?onsona kritēriji tiek pla?i izmantoti, izstrādājot un novērtējot Termiskās attēlveido?anas sistēmas daudzās jomās:

• Militārā un aizsardzība: Nakts sensora specifikācijas redzes jomas, termiskie apskates objekti un uzraudzība bie?i uzskaita D/R/I diapazonus, pamatojoties uz D?onsona kritērijiem (D?onsona kritēriji - Wikipedia). Mēr?a iegū?ana un atpazī?ana (draugs vs Foe) naktī pa?aujas uz ?īm aplēsēm. Daudzas lauka rokasgrāmatas un iepirkuma dokumenti atsaucas uz 1 - 3 - 6 noteikumu - - īk??a ieroci - uzstādītie IR apskates objekti.

• Meklē?ana un glāb?ana / dro?ība: Rokas vai uzstādītas termiskās kameras, ko izmanto, lai atrastu pazaudētas personas vai uzraudzītu perimetrus, izmanto arī DRI metriku. Piemēram, glāb?anas komandām var būt nepiecie?ama kamera, kas var noteikt Cilvēks 1km un atzīt pie 400 m. D?onsona kritēriji nodro?ina bāzes līniju ?ādām specifikācijām.

• Uzraudzība un tiesībaizsardzība: Robe?u patru?as, savva?as dzīvnieku uzraudzības un ielau?anās atklā?anas sistēmas izmanto ?os kritērijus, lai prognozētu, cik tālu sensors naktī var uz?emt cilvēku vai transportlīdzekli. (Da?i standarti formalizē D?onsona uzdevumus; piemēram, NATO izmanto D, R, I klasifikācijas attēlveido?anas prasībās.)

Katrā zi?ā D?onsona kritēriji palīdz tulkot sensora parametrus (iz??irtspēja, optika, pikse?a lielums) intuitīvā veiktspējas rādītājā (diapazonā, lai noteiktu vai identificētu tipisku mēr?i).

Ierobe?ojumi un mūsdienu pielāgojumi

Neskatoties uz tā lietderību, D?onsona kritērijiem ir svarīgi ierobe?ojumiApvidū Tas ir empīrisks, idealizēts modelis, kas izlai? daudzus reālus - pasaules efektus:

• Vienkār?oti nosacījumi: Tas pie?em vienmērīgu fonu, pla?u mēr?a kontrastu un aku - kalibrēts novērotājs. Tas ne?em vērā jucekli vai maskē?anos. Praksē mēr?im pret sare??ītu fonu var būt nepiecie?ama lielāka iz??irtspēja nekā D?onsona nominālajām vērtībām (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība).

• Ignorē ietekmi uz vidi: Sākotnējie kritēriji neietver laika apstāk?us vai atmosfēras vājinā?anos. Pētījumi to uzsver Nav vienkār?a mode?a Pilnībā uztver miglu, lietu un dūmu efektus (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība) (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība). Mūsdienu sistēmas bie?i reizinās ar atmosfēras pārraides terminu vai izmanto empīrisko redzamības mode?us.

• Cilvēka faktori: D?onsona darbs kontrolētos apstāk?os izmantoja da?us apmācītus novērotājus; Tas ignorē novērotāju apmācības, uzmanības, noguruma utt. At??irības utt. Ir būtiskas at??irības starp indivīdiem faktiskā noteik?anas varbūtībā (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība).

• Signāls un apstrāde: Modelis apstrādā attēlu tā, it kā to ierobe?otu tikai ar ?eometriju (pikse?i un optika). Tajā nav iek?auts sensora troksnis (NETD), dinamiskais diapazons vai attēlu apstrādes uzlabojumi. Jebkuri borta asinā?anas vai video algoritmi var uzlabot efektīvu iz??irtspēju, kas nozīmē, ka reālas kameras bie?i pārspēj plikos D?onsona robe?as.

• Varbūtības fokuss: Kritēriji ir definēti ~ 50% varbūtībai. Vi?i neapraksta, kā veiktspēja uzlabojas ar lielāku iz??irtspēju, kas pārsniedz slieksni, kā arī neuztver viltus - trauksmes ātrumu vai ROC līknes.

?o nepilnību dē? mūsdienu diapazona veiktspējas mode?i papla?ina D?onsona pieeju. Piemēram, ASV armija Iegūt Metodika pielāgo cikla prasības (0,75 cikli noteik?anai utt.), pamatojoties uz pla?āku testē?anu (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība). Daudzi analīzes rīki tagad skaidri integrē MTF, SNR un atmosfēras mode?us. Da?i ietver alus - lambertas vājinājumu (kā J - filma/T - Met mode?i (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība)) vai jucek?a metrika. Citi aizstāj cietos sliek??us ar statistiskās atklā?anas teoriju (piemēram, izmantojot uztvērēja darbības raksturlīknes). Neskatoties uz to, D?onsona kritēriji joprojām ir pamatkoncepcija un ātrs pirmais - pasūtījumu rokasgrāmata termiskās attēlveido?anas diapazonam.

Kopsavilkumā, D?onsona kritēriji saista infrasarkanā sensora telpisko iz??irtspēju ar mēr?a redzē?anas praktiskajiem uzdevumiem. Izpētot atklā?anu, atpazī?anu un identifikāciju attiecībā uz “l(fā)īniju pāriem uz mēr?a”, tas in?enieriem nodro?ina vienkār?u veidu, kā aprē?ināt, cik tālu konkrētā kamera var veikt katru uzdevumu ideālos apstāk?os (D?onsona kritēriji - Wikipedia) (Autonomo transportlīdzek?u pamata attēlveido?anas sistēmas analīze). Lai gan ir jā?em vērā reāli - pasaules faktori jebkurā detalizētā dizainā, D?onsona kritēriji joprojām ir visvairāk termiskās kameras specifikāciju un veiktspējas aprē?inu pamatā ?odien (D?onsona kritēriji - Wikipedia) (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība).

Avoti: Galvenās definīcijas un vērtības ir no D?onsona sākotnējā darba (D?onsona kritēriji - Wikipedia) un kopsavilkumi literatūrā (D?onsona kritēriji - Wikipedia) (Kas ir DRI, un ko tas balstās uz aprē?iniem?). Attiecības diapazona aprē?ini seko plānajām - objektīva formulām attēlveido?anas analīzē (Autonomo transportlīdzek?u pamata attēlveido?anas sistēmas analīze). Vides un jucek?a ietekme ir dokumentēta pēcpārbaudes pētījumos (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība) (D?onsona kritēriju vēsture un attīstība). Praktiski piemēri un pie?ēmumi nāk no ra?otājiem un tehniskajiem zi?ojumiem (Kas ir DRI, un ko tas balstās uz aprē?iniem?).