Крытэры? Джонсана для выя?лення ? распазнання цеплавой в?зуал?зацы?

Г?старычны фон: У канцы 1950 -х Джон У. Джонсан з арм?? ЗША правё? п?янерск?я эксперыменты з ноччу - Узмацненне выявы бачання, каб колькасна ацан?ць, кольк? дэталя? малюнка неабходная для розных в?зуальных задач (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя). У сваёй працы ? 1958 годзе "Анал?з с?стэм фарм?равання малюнка?", Джонсан паведам??Крытэры? Джонсана - В?к?педыя(Крытэры? Джонсана - В?к?педыя). Гэта стала вядома як Крытэры? Джонсана. Ён зраб?? рэвалюцыю ? дызайне датчыка?, дазваляючы ?нжынерам прадказаць, накольк? далёка можа быць за?важана, прызнана, прызнана альбо вызначана (выя?лены пры зададзеных умовах (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя(Крытэры? Джонсана - В?к?педыя). Выкарысто?ваючы гэтыя крытэры?, у далейшым было распрацавана мног?я прагнастычныя мадэл? для ацэнк? эфекты?насц? датчыка пры розных аператы?ных умовах (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя(Крытэры? Джонсана - В?к?педыя).

Выя?ленне, распазнаванне ? ?дэнтыф?кацыя (DRI)

Крытэры? Джонсана вызначаюць тры асно?ныя В?зуальныя задачы:

• Выя?ленне: Наз?ральн?к проста за?важае, што аб'ект прысутн?чае. (На гэтым узро?н? можна ?бачыць тольк? "кроп" альбо змян?ць сцэну.) Джонсан выяв??, што неабходна выя?ленне 1,0 ± 0,25 пары л?н?? праз мэта (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя).

• Прызнанне: Наз?ральн?к можа распавесц? агульны тып аб'екта (напрыклад, адрозн?ваючы чалавека ад транспартнага сродку). Гэта патрабуе больш падрабязнасц? - Першапачаткова пра 4,0 ± 0,8 пары л?н?? (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя).

• ?дэнтыф?кацыя: Наз?ральн?к можа ?дэнтыф?каваць канкрэтны аб'ект (напрыклад, пэ?ную мадэль а?тамаб?ля або канкрэтны чалавек). Гэта самая складаная задача, якая патрабуе 6,4 ± 1,5 пары л?н?? (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя).

(Джонсан таксама адзначы? прамежкавы этап "арыентацы?" пры ~ 1,4 пары радко? (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя), але сучасныя дыскус?? часта засяроджваюцца на задачах DRI.Крытэры? Джонсана - В?к?педыя). У сучасных спецыф?кацыях цеплавой в?зуал?зацы? гэтыя парог? часта закругленыя да 1, 3 ? 6 цыкла? для 50% верагоднасць выканання задачы (Што такое DRI, а на чым заснавана для разл?ку?).

(Бясплатны чалавек с?луэт вектарнага мастацтва - Загруз?це 17 246+ значко? ? граф?к? с?луэта чалавека - Pixabay) Малюнак: Чалавечая - формавая мэта пры наз?ранн?. Каля Далёк? дыяпазон, мэта вырабляе тольк? цёмны с?луэт (дастаткова для выя?лення); Па меры павел?чэння дазволу (або бл?зкасц?), як?я ?зн?каюць асабл?васц? асобы ? адзення, што дазваляе распазнаваць ? ? канчатковым вын?ку по?най ?дэнтыф?кацы?. Крытэры? Джонсана колькасна ацэньваюць, кольк? пары дэталя? л?н?? неабходна на кожным этапе (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя(Што такое DRI, а на чым заснавана для разл?ку?).

Крытэры? Джонсана (парог? дазволу)

Першапачатковыя крытэры? Джонсана часта абагульняюцца наступным чынам для 50% поспеху кожнай задачы (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя):

• Выя?ленне (прысутнасць аб'екта): ~ 1,0 радка пары на мэты (верагоднасць 50%) (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя).

• Распазнаванне (клас аб'екта): ~ 4,0 пары радко? па мэты (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя).

• ?дэнтыф?кацыя (канкрэтны аб'ект): ~ 6,4 пары радко? па мэты (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя).

These values assume high target-background contrast and an ideal observer. (Each line pair equals two sensor pixels, so e.g. 1.0 line pair ≈ 2 pixels across the target width (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя).) Мног?я с?стэмы спасылаюцца на спрошчаныя нумары "DRI" 1 - 3 - 6 цыкла? (пары л?н??) для выя?лення - Распазнаванне - ?дэнтыф?кацыя адпаведна (Што такое DRI, а на чым заснавана для разл?ку?). Напрыклад, у к?руючых прынцыпах НАТА выкарысто?ваецца прыбл?зна 1 цыкл для выя?лення, 3 для распазнання ? 6 для ?дэнтыф?кацы? (Што такое DRI, а на чым заснавана для разл?ку?). (Абно?лена арм?я ЗША Набываць Крытэры? нават выкарысто?ваюць 0,75, 1,5, 3 ? 6 цыкла? для выя?лення, клас?ф?кацы?, распазнавання, ?дэнтыф?кацы?, адлюстро?ваючы вытанчаныя задачы (Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана).)

Крытэры? Джонсана часта выражаюцца ?маверна: дадзена N Цыклы на мэты ?снуе адпаведная верагоднасць прав?льнага выканання кожнай задачы (звычайна с?гмападобнай - падобнай, з 50% на табл?чных парогах). Аднак ён часцей за ?сё выкарысто?ваецца як "прав?ла", якое тычыцца неабходнага вырашэння задачы.

Матэматычная аснова (дазвол ? дыяпазон)

А Колькасць рашучых цыкла? У цэлым залежыць ад памеру, дыяпазону, дыяпазону, датчыка ? памеру п?кселя?. Для простыАнал?з с?стэмы асно?нага в?зуал?зацы? для а?таномных транспартных сродка?):

дзе n гэта колькасць цыкла? на мэты, H_O гэта характэрны памер мэты (м), f гэта фокусная адлегласць аб'ектыва (тыя ж адз?нк?, як ? п?ксельны крок), p гэта п?ксельны крок (адлегласць пам?ж п?ксельным? цэнтрам?) ? R гэта дыяпазон мэты. Гэтая формула ф?ксуе ?нту?ты?на зразумелыя эфекты: большая мэта (або большая фокусная адлегласць) павял?чваецца n, у той час як большы п?ксель або большы дыяпазон памяншаецца n (Анал?з с?стэмы асно?нага в?зуал?зацы? для а?таномных транспартных сродка?). Кал? N Для пэ?най задачы неабходныя цыклы (з табл?цы Джонсана) Дыяпазон выя?лення можна вырашыць як

Напрыклад, падваенне памеру мэты або фокуснай да?жын? падвойвае дыяпазон выя?лення для ф?ксаванага N (Анал?з с?стэмы асно?нага в?зуал?зацы? для а?таномных транспартных сродка?). Сапра?ды гэтак жа, удвая ?двая п?кселя (г.зн. больш высокае дазвол датчыка) падвойвае дыяпазон. Гэтыя формулы часта выкарысто?ваюцца ? спецыф?кацы? цеплавых камеры - для ацэнк? дыяпазону D/R/I у ?дэальных умовах.

Фактары, як?я ?плываюць на дыяпазон выя?лення

Простая формула дыяпазону вышэй прадугледжвае ?дэальны кантраст ? выразныя ?мовы. На практыцы мног?я фактары ?плываюць на дыяпазон выя?лення ? распазнання:

• Памер мэты ? кантраст: Larger (taller or wider) targets are visible at greater distances; similarly, a target with higher infrared contrast (e.g. hotter vs cooler than background) is easier to detect. For thermal cameras, a common assumption is a ∼2°C temperature difference from background for reliable detection. Smaller or low-contrast targets require more cycles (thus closer ranges).

• Датчык дазвол ? оптыка: Як паказана, больш дробныя п?ксел? (меншыя p) ? большую фокусную да?жыню f Павел?чэнне дыяпазону. Акрамя таго, функцыя перадачы мадуляцы? датчыка (MTF) ? аптычная якасць уплываюць на тое, накольк? добра перадаецца дэталь. Па словах Джонсана, лепшая оптыка (больш высокая MTF) эфекты?на зн?жае неабходныя цыклы для дадзенай задачы (Анал?з с?стэмы асно?нага в?зуал?зацы? для а?таномных транспартных сродка?).

• Атмасферныя ?мовы: Сапра?дныя атмасферы змяншаюць ?нфрачырвоныя с?гналы. Эфекты дажджу, туману ц? пылу могуць рэзка паменшыць дыяпазон. Простыя мадэл? выкарысто?ваюць закон п?ва (f_t = exp (- r/l_r)) для выл?чэння перадачы на ??да?жын? хвал? (Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана). Эмп?рычныя даследаванн? паказваюць, што туман ? моцнае надвор'е могуць рэзка зн?з?ць верагоднасць выя?лення нават у ?Ч (Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана). Цеплавы IR пакутуе менш ад вадзяной пары, чым бачнае святло, але неспрыяльнае надвор'е ?сё яшчэ значна скарачае дыяпазон (Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана(Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана).

• Перадумовы загрувашваюцца: Высок? - загрувашчны фон абцяжарвае выя?ленне. Эксперыменты паказваюць, што ? "н?зк?х беспарадак" сцэны Джонсана могуць быць невял?к?м?, як ~ 0,5 цыкла? для выя?лення, але для выя?лення 50% -нага цыкла можа спатрэб?цца "высок?я беспарадак", каб 50% выя?ленне (Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана). На практыцы замаск?раваны або в?зуальна складаны фон часта патрабуе мэтавага кантрасту або дазволу значна вышэй за м?н?мум Джонсана.

• С?гнал - да - суаднос?ны шуму (SNR) ? датчыкавага шуму: Цеплавыя дэтэктары маюць шум (NetD) ? абмежаваны дынам?чны дыяпазон. Слабы цеплавы подп?с або шум высокага датчыка эфекты?на падымае неабходныя цыклы. Даследаванн? падкрэсл?ваюць, што н?зк? SNR дзейн?чае як Blur: ён пагаршае якасць выявы ? памяншае эфекты?ны дыяпазон (Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана).

Разам гэтыя фактары азначаюць, што крытэры? Джонсана даюць ?дэал?заваныя дыяпазоны. Любы практычны разл?к пав?нен уключаць у сябе атмасферную перадачу, мэтавы кантраст, шум датчыка ? г.д. Напрыклад, Леанарда Д -р адзначае, што формулы Джонсана мяркуюць "шмат с?гналу" (добры кантраст ? н?зк? шум) ? празрыстае паветра. Увогуле, рэал?стычны ра?нанне дыяпазону памнажае простую формулу на бачнасць або тэрм?н перадачы для ?л?ку атмасферы.

Прыклад разл?ка?

Выкарысто?ваючы прыведзеныя вышэй формулы, можна ацан?ць дыяпазоны D/R/I для дадзенай камеры ? мэты. Напрыклад:

• Прыклад: 2 -метровы чалавек (H_O = 2 м) выя?ляецца цеплавой камерай з f = 50 мм ? п?ксельны крок p = 20 мкм (= 0,02 мм). Выкарыстанне парога цыкла Джонсана для выя?лення,

  $$R _ {\ rm det} = \ frac {2 \, \ text {m} \ times 50 \, \ text {mm}} {2 \ раз 0,02 \, \ text {mm} \ times 1} \ cutx 2500 \ \ \ text {m}.$$

  For recognition (≈3 cycles) and identification (≈6 cycles), the ranges become ≈833?m and ≈417?m respectively (since $R\propto1/N$).

• Прыклад вытворцы: За?вага Leonardo DRS дае чалавечую мэту (крытычнае вымярэнне ~ 0,95 м) ? камеру з 17 мкМ п?кселя? ? 16,75 мм фокуснай да?жын?. Для задачы распазнання цыкла яны выл?чаюць 50% дыяпазону выя?лення каля 157 м. (З тым? ж нумарам?, наша формула дае $ r \ прыбл?зна (0,95 \ раз 16,75)/(2 \ times0.017 \ times3) \ прыбл?зна157 $ м, адпавядаючы ?х прыкладу.)

• Тыповыя значэнн?: У ?дэальных умовах (добры кантраст, празрыстае паветра) прав?ла Джонсана - Напрыклад, адна крын?ца цытуе ~ 2000 млн выя?лення, распазнаванне ~ 667м ? ?дэнтыф?кацыя ~ 333 м для чалавека 1,8 м (Што такое DRI, а на чым заснавана для разл?ку?).

Гэтыя прыклады паказваюць, як крытэры? Джонсана можна непасрэдна ?жываць з дапамогай простай арыфметык?. Фактычныя дыяпазоны на практыцы часта н?жэйшыя з -за згаданых вышэй фактара?.

Прыкладанне

Крытэры? Джонсана шырока выкарысто?ваюцца пры распрацо?цы ? ацэнцы Цеплавыя с?стэмы в?зуал?зацы? У мног?х гал?нах:

• Ваенныя ? абарона: Тэхн?чныя характарыстык? датчыка? для ночы - Сцэны зроку, цеплавыя прыцэлы ? наз?ранне часта перал?чваюць дыяпазоны D/R/I на аснове крытэрыя? Джонсана (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя). Мэтавае набыццё ? прызнанне (сябар супраць ворага) ноччу абап?раецца на гэтыя ацэнк?. Шмат палявых ?нструкцый ? дакумента? па закупках спасылаюцца на 1 - 3 - 6 Прав?ла - з - вял?к? палец для збро? - Усталяваныя прыцэльныя прыцэлы.

• Пошук ? выратаванне / бяспека: К?шэнныя або ?стано?леныя цеплавыя камеры, як?я выкарысто?ваюцца для пошуку страчаных людзей або адсочвання перыметра?, таксама выкарысто?ваюць DRI Metrics. Напрыклад, выратавальныя брыгады могуць запатрабаваць камеры, якая можа высочваць чалавек у 1 км ? пазнаваць на 400 м. Крытэры? Джонсана даюць базавую л?н?ю для так?х характарыстык.

• Наз?ранне ? праваахо?ныя органы: Пагран?чны патруль, ман?торынг дз?кай прыроды ? с?стэмы выя?лення ?варвання? выкарысто?ваюць гэтыя крытэры?, каб прадказаць, накольк? далёка датчык можа забраць чалавека ц? транспартны сродак ноччу. (Некаторыя стандарты фармал?зуюць задачы Джонсана; напрыклад, NATO выкарысто?вае D, R, I клас?ф?кацы? ? патрабаваннях да в?зуал?зацы?.)

У кожным выпадку крытэры? Джонсана дапамагаюць перавесц? параметры датчыка? (дазвол, оптыка, памер п?кселя?) у ?нту?ты?ную метрыку прадукцыйнасц? (дыяпазон для выя?лення або выя?лення тыповай мэты).

Абмежаванн? ? сучасныя адаптацы?

Нягледзячы на ??карыснасць, крытэры? Джонсана маюць важныя абмежаванн?. Гэта эмп?рычная, ?дэал?заваная мадэль, якая апускае шмат рэальных - Сусветных эфекта?:

• Спрошчаныя ?мовы: Ён мяркуе ра?намерны фон, шырок? мэтавы кантраст ? св?драв?ны - кал?браваны наз?ральн?к. Гэта не ?л?чвае беспарадак ? камуфляж. На практыцы мэта на складаным фоне можа запатрабаваць большага дазволу, чым нам?нальныя значэнн? Джонсана (Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана).

• ?гнаруе наступствы навакольнага асяроддзя: Першапачатковыя крытэры? не ?ключаюць надвор'е ? паслабленне атмасферы. Даследаванн? падкрэсл?ваюць гэта Няма простай мадэл? цалкам захопл?вае эфекты туману, дажджу ? дыму (Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана(Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана). Сучасныя с?стэмы часта памнажаюцца на атмасферны тэрм?н перадачы альбо выкарысто?ваюць эмп?рычныя мадэл? бачнасц?.

• Чалавечыя фактары: У працы Джонсана ? кантраляваных умовах выкарысто?валася некальк? падрыхтаваных наз?ральн?ка?; Ён ?гнаруе варыяцы? ? падрыхто?цы наз?ральн?ка?, увазе, стомленасц? ? г.д. Могуць быць значныя адрозненн? пам?ж людзьм? ? фактычнай верагоднасц? выя?лення (Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана).

• С?гнал ? апрацо?ка: Мадэль разглядае малюнак так, як быццам абмежавана тольк? геаметрыяй (п?ксел? ? оптыка). Ён не ?трымл?вае датчыкавага шуму (NETD), дынам?чнага дыяпазону або ?дасканалення апрацо?к? малюнка?. Любыя бартавыя завостк? або алгарытмы в?дэа могуць палепшыць эфекты?нае дазвол, гэта значыць, рэальныя камеры часта пера?зыходзяць голыя абмежаванн? Джонсана.

• Фокус верагоднасц?: Крытэры? вызначаюцца для ~ 50% верагоднасц?. Яны не ап?сваюць, як прадукцыйнасць паляпшаецца з большым дазволам за межам? парога, ? не захопл?ваюць ?лжывыя - хуткасць с?гнал?зацы? або крывыя ROC.

З -за гэтых прабела? сучасныя мадэл? прадукцыйнасц? дыяпазону пашыраюць падыход Джонсана. Напрыклад, арм?я ЗША Набываць Метадалог?я рэгулюе патрабаванн? да цыкла (0,75 цыкла? для выя?лення ? г.д.) на аснове больш шырокага тэставання (Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана). Цяпер шмат ?нструмента? анал?зу аб'ядно?ваюць MTF, SNR ? атмасферныя мадэл?. Некаторыя ?ключаюць п?ва - паслабленне Ламберта (як у J - Ф?льм/T - сустрэ? Мадэл? (Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана)) альбо метрык? беспарадак. ?ншыя замяняюць цвёрдыя парог? на тэорыю статыстычнага выя?лення (напрыклад, з выкарыстаннем характэрных крывых прыёмн?ка). Тым не менш, крытэры? Джонсана застаюцца асноватворнай канцэпцыяй ? хуткае першае - К?ра?н?цтва па замове па дыяпазоне цеплавых малюнка?.

У рэзюмэ, Крытэры? Джонсана звязвае прасторавае дазвол ?нфрачырвонага датчыка з практычным? задачам? прагляду мэты. Выражаючы выя?ленне, распазнаванне ? ?дэнтыф?кацыю з пункту гледжання "пары л?н?й у мэтах", ён дае ?нжынерам просты спосаб падл?чыць, накольк? далёка дадзеная камера можа выконваць кожную задачу ? ?дэальных умовах (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя(Анал?з с?стэмы асно?нага в?зуал?зацы? для а?таномных транспартных сродка?). Хоць трэба ?л?чваць рэальныя - сусветныя фактары ? любым падрабязным дызайне, крытэры? Джонсана па -ранейшаму ляжаць у аснове большасц? спецыф?кацый цеплавой камеры ? ацэнак эфекты?насц? сёння (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя(Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана).

Крын?цы: Ключавыя азначэнн? ? кашто?насц? - з арыг?нальнай працы Джонсана (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя) ? рэзюмэ ? л?таратуры (Крытэры? Джонсана - В?к?педыя(Што такое DRI, а на чым заснавана для разл?ку?). Разл?к? дыяпазону выя?лення прытрымл?ваюцца тонк?х формул л?нза? пры анал?зе в?зуал?зацы? (Анал?з с?стэмы асно?нага в?зуал?зацы? для а?таномных транспартных сродка?). Экалаг?чныя эфекты ? беспарадак дакументальна заф?ксаваны ? наступных даследаваннях (Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана(Г?сторыя ? эвалюцыя крытэрыя? Джонсана). Практычныя прыклады ? здагадк? паступаюць ад вытворца? ? тэхн?чных справаздач (Што такое DRI, а на чым заснавана для разл?ку?).