Ang mga pamatasan ni Johnson alang sa thermal imaging pagtuki ug pag-ila

Kasaysayan sa Kasaysayan: Sa ulahing bahin sa 1950s, si John W. Johnson sa U.S. Army nga gipahigayon ang mga eksperimento sa gabii sa gabii - panan-aw sa imahen nga gikinahanglan kung unsa ang gikinahanglan nga detalye sa imahe alang sa lainlaing mga visual gimbuhaton (Kritisa ni Johnson - Wikipedia). Sa iyang 1958 nga papel "Pagtuki sa mga sistema sa pagporma sa imahe"Si Johnson nagreport sa mga timailhan sa empatiya (sa linya sa linya sa usa ka target) nga gikinahanglan alang sa lainlaing mga gimbuhaton (Kritisa ni Johnson - Wikipedia) (Kritisa ni Johnson - Wikipedia). Kini nailhan nga Kritisa ni Johnson. Nag-usab kini nga disenyo sa sensor pinaagi sa pagtugot sa mga inhenyero sa pagtagna kung unsa ka layo ang makita sa usa ka target, giila, o giila sa ilalum sa gihatag nga mga kondisyon (Kritisa ni Johnson - Wikipedia) (Kritisa ni Johnson - Wikipedia). Gamit ang kini nga mga pamatasan, daghang mga tagna nga mga modelo ang naugmad sa pag-rate sa pasundayag sa sensor ubos sa lainlaing mga kondisyon sa operasyon (Kritisa ni Johnson - Wikipedia) (Kritisa ni Johnson - Wikipedia).

Pagkamatikod, pagkilala, ug pagkilala (DRI) nga mga buluhaton

Ang mga pamatasan ni Johnson naghubit sa tulo nga panguna Mga Buluhaton sa Visual:

• Pagsusi: Ang tigpaniid yano nga nakamatikod nga naa ang usa ka butang. . 1.0 ± 0.25 Mga pares sa linya sa usa ka target (Kritisa ni Johnson - Wikipedia).

• Pag-ila:Mahimong isulti sa tigpaniid ang kinatibuk-ang matang sa butang (pananglitan, nga nagpalahi sa usa ka tawo gikan sa usa ka awto). Kini nanginahanglan dugang nga detalye - sa sinugdan bahin sa 4.0 ± 0.8 Mga pares sa linya (Kritisa ni Johnson - Wikipedia).

• Pag-ila: Mahibal-an sa tigpaniid ang piho nga butang (e.g. usa ka piho nga modelo sa awto o usa ka piho nga tawo). Kini ang labing lisud nga buluhaton, nga nanginahanglan 6.4 ± 1.5 Mga pares sa linya (Kritisa ni Johnson - Wikipedia).

(Si Johnson usab nakamatikod sa usa ka intermediate nga "orientation" nga lakang sa ~ 1.4 nga mga pares sa linya (Kritisa ni Johnson - Wikipedia), apan ang mga modernong panaghisgot kanunay nga nagpunting sa mga buluhaton sa DRI.) Sa praktikal nga mga termino sa inhenyeriya, ang usa ka linya nga katumbas sa linya nga katumbas sa duha nga mga pixel sa imahe tabok sa target (Kritisa ni Johnson - Wikipedia). Sa modernong thermal imaging mga detalye, kini nga mga thresholds kanunay nga gilibot 1, 3, ug 6 nga mga siklo alang sa 50% nga posibilidad sa paghimo sa buluhaton (Unsa man ang DRI, ug unsa kini base sa pagkalkula?).

(Libre nga Tawo Silhouette Vector Art - I-download ang 17,246+ nga mga icon sa Silhouette & Graphics - Pixabil) Hulagway: Usa ka tawo - giporma nga target ubos sa pag-obserbar. Sa layo, ang target naghimo lamang usa ka mangitngit nga silhouette (igo alang sa pagtuki); Ingon nga resolusyon (o kaduol) nagdugang, ang mga dagway sa nawong ug panapton mitumaw, nga nag-angkon sa pag-ila ug sa katapusan hingpit nga pagkilala. Ang mga pamatasan ni Johnson nagkantidad kung pila ang mga pares sa mga pares nga detalye nga gikinahanglan sa matag yugto (Kritisa ni Johnson - Wikipedia) (Unsa man ang DRI, ug unsa kini base sa pagkalkula?).

Mga Kritar ni Johnson (Mga Thresholds sa Resolution)

Ang orihinal nga pamatasan ni Johnson kanunay nga gisumaryo sama sa mga musunud alang sa usa ka 50% nga rate sa kalampusan sa matag buluhaton (Kritisa ni Johnson - Wikipedia):

• Pagkamatikod (Presensya sa Butang): ~ 1.0 nga linya sa linya sa target (50% nga posibilidad) (Kritisa ni Johnson - Wikipedia).

• Pag-ila (klase sa butang): ~ 4.0 Mga pares sa linya sa target (Kritisa ni Johnson - Wikipedia).

• Pag-ila (piho nga butang): ~ 6.4 Mga pares sa linya sa target (Kritisa ni Johnson - Wikipedia).

Kini nga mga kantidad nagtuo sa taas nga target - Ang kalainan sa background ug usa ka sulundon nga tigpaniid. (Ang matag linya nga pares katumbas sa duha nga sensor piksels, mao nga e.g. 1.0 line pares ≈ 2 piksels tabok sa target nga gilapdon (Kritisa ni Johnson - Wikipedia).) Daghang mga sistema ang gihisgutan nga gipasimple nga "Dri" nga numero sa 1 - 3 - 6 nga mga siklo (linya sa linya) alang sa pagkilala - PagkilalaUnsa man ang DRI, ug unsa kini base sa pagkalkula?). Pananglitan, ang usa ka giya sa NATO naggamit sa hapit 1 siklo alang sa pagtuki, 3 alang sa pag-ila, ug 6 alang sa pagpaila (Unsa man ang DRI, ug unsa kini base sa pagkalkula?). (Gi-update ang U.S. Army Makabaton Gigamit bisan ang mga pamatasan nga 0.75, 1.5, 3, ug 6 nga mga siklo aron mahibal-an, mailhan, mailhan, nga nagpabanaag sa pino nga mga gimbuhaton (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson).)

Ang mga pamatasan ni Johnson kanunay nga gipahayag nga probabilistiko: gihatag N Ang mga siklo sa target, adunay katugbang nga posibilidad nga husto nga nagpahigayon sa matag buluhaton (kasagaran ang sigmoid - sama, nga adunay 50% sa mga tabulated thresholds). Bisan pa, kini kasagaran nga gigamit ingon usa ka "pagmando sa kumagko" nga may kalabutan sa kinahanglan nga resolusyon sa buluhaton.

Ang sukaranan sa matematika (resolusyon ug range)

Ang Kadaghanan sa masulbad nga mga siklo Sa tibuuk nga target nagdepende sa gidak-on sa target, range, Sensor Opics, ug gidak-on sa pixel. Alang sa usa ka yano nga pinhole o manipis nga modelo sa lens (gamay - Anggulo sa anggulo), usa nga nakit-an (Ang pagtuki sa sistema sa imahinasyon sa sistema alang sa awtonomok nga mga awto):

asa n mao ang gidaghanon sa mga siklo sa target, h_o ang gidak-on sa kinaiya sa target (m), f Ang gitas-on ba sa lens focal (parehas nga mga yunit ingon pixel pitch), p mao ang pixel pitch (distansya tali sa mga sentro sa piksel), ug R mao ang range sa target. Kini nga pormula nakakuha sa intuitive nga mga epekto: usa ka mas dako nga target (o mas taas nga gitas-on sa focal) nagdugang n, samtang ang usa ka mas dako nga pixel o mas taas nga range mikunhod n (Ang pagtuki sa sistema sa imahinasyon sa sistema alang sa awtonomok nga mga awto). Kung N Gikinahanglan ang mga siklo (gikan sa lamesa sa Johnson) alang sa usa ka piho nga buluhaton, ang Pag-abut sa Setection mahimong masulbad ingon

Pananglitan, ang pagdoble sa gidak-on sa target o ang gitas-on sa focal nagdoble sa pagtuki sa pag-abut alang sa usa ka pirmi N (Ang pagtuki sa sistema sa imahinasyon sa sistema alang sa awtonomok nga mga awto). Ingon usab, nga nagdaot sa pixel pitch (i.e. mas taas nga resolusyon sa sensor) nagdoble sa range. Kini nga mga pormula kanunay nga gigamit sa thermal camera spec - sheet aron mabanabana ang D / R / INDESE sa ilawom sa sulundon nga mga kondisyon.

Mga hinungdan nga nakaapekto sa pag-abut sa detektib

Ang yano nga pormula sa range sa ibabaw nag-isip nga hingpit nga kalainan ug tin-aw nga mga kondisyon. Sa pagpraktis, daghang mga hinungdan ang nakaimpluwensya sa pagtuki ug pag-ila sa range:

• Target sa gidak-on ug kalainan: Mas dako (labing taas o mas lapad) nga mga target makita sa labi ka layo nga mga distansya; Sa susama, ang usa ka target nga adunay mas taas nga kalainan nga kalainan (E.g. Hotter vs cooler kaysa background) mas dali nga makit-an. Alang sa mga thermal camera, ang usa ka sagad nga hunahuna usa ka ~2 ° C nga kalainan sa temperatura gikan sa background alang sa kasaligan nga pagtukaw. Mas gamay o ubos - Ang mga kontraktibo nga target nanginahanglan daghang mga siklo (sa ingon nagkaduol nga mga han-ay).

• Sensor Resolution & Opsics: Ingon sa gipakita, labi ka labi nga mga pixel (gamay p) ug mas taas nga hugna sa focal f pagdugang range. Usab, ang paglihok sa pamatasan sa Sensor nga pagbalhin (MTF) ug ang optical nga kalidad makaapekto kung giunsa ang pagbalhin sa detalye. Sa mga pulong ni Johnson, mas maayo nga optika (mas taas nga MTF) epektibo nga pagkunhod sa gikinahanglan nga mga siklo alang sa usa ka gihatag nga buluhaton (Ang pagtuki sa sistema sa imahinasyon sa sistema alang sa awtonomok nga mga awto).

• Mga Kondisyon sa Atmospera: Ang tinuud nga mga atmospheres nga nagpunting sa mga infrared signal. Ang mga epekto sa ulan, gabon, o abug mahimo'g makunhuran ang range. Ang yano nga mga modelo naggamit sa balaod sa beer (F_T = exp (- r / l_r)) Aron makuwistro ang transmission sa wavelength (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson). Ang mga pagtuon sa empirical nga nagpakita sa gabon ug mabug-at nga panahon mahimo'g mubu ang labing ubos nga posibilidad sa pagkakita, bisan sa IR (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson). Ang Thermal Ir nag-antus nga dili kaayo gikan sa singaw sa tubig kaysa sa makita nga kahayag, apan ang dili maayo nga panahon nga gipamubu pa gihapon ang kadaghan (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson) (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson).

• Strater sa background: Usa ka taas nga - Kasabutan sa Kallter ang naghimo sa determinasyon nga labi ka lisud. Gipakita sa mga eksperimento nga sa "mubu nga mga eksena sa" low clutter "ang mga threshold ni Johnson sa ~ 0.5 nga mga clutcle, apan sa" mga siklo nga "ang mga siklo nga"Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson). Sa pagpraktis, ang usa ka camofulled o biswal nga komplikado nga background kanunay nga nanginahanglan target nga kontrobersiya o pag-resolusyon nga labi ka minimum.

• Signal - sa - Mga tunog nga ratio (SNR) ug Sensor Sabae: Ang mga detektor sa thermal adunay kasaba (netd) ug limitado nga dinamikong range. Ang usa ka huyang nga thermal pirma o taas nga sensor kasaba epektibo nga nagpataas sa gikinahanglan nga mga siklo. Gipasiugda sa mga pagtuon nga ang ubos nga SNR nga mga buhat sama sa Blur: gipakaulawan niini ang kalidad sa imahe ug pagkunhod sa epektibo nga range (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson).

Mag-uban, kini nga mga hinungdan nagpasabut nga ang mga pamatasan ni Johnson naghatag mga sulud nga sulud. Ang bisan unsang praktikal nga pagkalkula kinahanglan nga maglakip sa transmittorce sa atmospera, kaatbang nga target, sensor kasaba, ug ehemplo nga "daghang mga signal" Sa kinatibuk-an, usa ka realistiko nga ekwasyon nga katumbas ang makapadaghan sa yano nga pormula pinaagi sa usa ka panan-aw sa panan-aw o transmission nga termino aron account alang sa kahanginan.

Pananglitan ang mga kalkulasyon

Gamit ang mga pormula sa ibabaw, ang usa mahimo nga mag-expet sa D / R / I / i-funges alang sa usa ka gihatag nga camera ug target. Pananglitan:

• Panig-ingnan: Usa ka 2m nga taas nga tawo (h_o = 2m) mahanduraw sa usa ka thermal camera nga adunay f = 50mm ug pixel pitch p = 20μm (= 0.02mm). Gamit ang 1 - Siklohan sa Siklo alang sa Pagpangita,

  $$R _ {\ rm det}$$

  Alang sa pag-ila (≈3 mga siklo) ug pagkilala (≈6 nga mga siklo), ang mga sakup nahimo nga ≈833m ug ≈417m sa tinuud (sukad sa $ r \ propto1 / n $).

• Pananglitan sa pabrika: Usa ka nota sa aplikasyon sa Leonardo Drs naghatag usa ka target sa tawo (kritikal nga sukod ~ 0.95m) ug usa ka camera nga adunay 17μm nga mga piksel ug 16.75mm nga gitas-on sa focal. Alang sa 3 - siklo sa pag-ila sa siklo, gi-compute nila ang 50% nga pagkulang sa pagkatapos sa mga 157m. (Uban sa parehas nga mga numero, ang among pormula naghatag $ r \ \ \ \ \ Times 16.75) /

• Kasagaran nga mga kantidad: Sa sulundon nga mga kahimtang (maayo nga kalainan, tin-aw nga hangin), ang paghari ni Johnson - sa - Thumb nagtagna sa pagkakita sa usa ka tawo sa pag-order sa pipila ka mga kilometros. Pananglitan, ang usa ka gigikanan nagsulti ~ 2000m nga detection, ~ 667m nga pagkilala, ug ~ 333m nga pag-ila alang sa usa ka 1.8m nga tawo (Unsa man ang DRI, ug unsa kini base sa pagkalkula?).

Kini nga mga panig-ingnan nagpakita kung giunsa ang mga pamatasan ni Johnson nga direkta nga magamit sa yano nga aritmetika. Ang tinuud nga mga sakup sa praktis kanunay nga mas ubos tungod sa mga hinungdan nga gihisgutan sa ibabaw.

Mga Aplikasyon

Ang mga pamatasan ni Johnson kaylap nga gigamit sa pagdisenyo ug pagtimbang-timbang Mga sistema sa paghanduraw sa thermal sa daghang mga uma:

• Militar ug Depensa: Mga Estudyante sa Sensor alang sa Gabii - Mga Scopes sa Panan-awon, Thermal Standes, ug Pag-monitor sa kanunay naglista sa D / R / I Gilakip sa mga pamatasan sa JohnsonKritisa ni Johnson - Wikipedia). Target nga Pagkuha ug Pagkilala (Higala VS Foe) sa gabii nga nagsalig sa mga gibanabana. Daghang mga manwal sa uma ug mga dokumento sa pagkuha sa mga dokumento sa 1 - 3 - 6 nga lagda - kumagko alang sa hinagiban - Gibalhin ang mga talan-awon.

• Pagpangita ug Pagluwas / Seguridad: Gigamit o gisulud ang mga thermal camera nga gigamit sa pagpangita sa nawala nga mga tawo, o pag-monitor sa mga peraperter, gigamit usab ang mga metrics sa DRI. Pananglitan, ang mga nag-rescue team mahimong manginahanglan usa ka camera nga mahimo maalinggatan usa ka tawo sa 1km ug ilhon sa alas 400m. Ang mga pamatasan ni Johnson naghatag usa ka baseline alang sa ingon nga mga detalye.

• Pag-monitor ug pagpatuman sa balaod: Ang pag-monitor sa utlanan, pag-monitor sa wildlife, ug pag-undang sa mga sistema sa pagkakita sa intrusion nga gigamit kini nga mga pamatasan aron matagna kung unsa ka layo ang usa ka sensor sa usa ka tawo o awto sa gabii. .

Sa matag kaso, ang mga pamatasan ni Johnson makatabang sa paghubad sa mga parameter sa sensor (resolusyon, optika nga gidak-on sa Pixel) sa usa ka tinuud nga target).

Mga Limitasyon ug Modernong Pagpahiangay

Bisan pa sa kapuslan niini, ang mga pamatasan ni Johnson adunay hinungdan Mga Limitasyon. Kini usa ka empirical, malig-on nga modelo nga nawad-an sa daghang tinuod - Epekto sa Kalibutan:

• Gipasimple nga mga Kondisyon: Naghunahuna kini usa ka managsama nga background, daghang kalainan sa target, ug usa ka atabay - gi-calibrate ang tigpaniid. Dili kini hinungdan sa pagkaguba o camouflage. Sa praktis, ang usa ka target batok sa usa ka komplikado nga background mahimong magkinahanglan dugang nga resolusyon kaysa mga nominal nga mga hiyas ni Johnson (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson).

• Wala magtagad sa mga epekto sa kalikopan: Ang orihinal nga mga pamatasan wala maglakip sa pag-atensyon sa panahon o attena sa attera. Gihatagan og gibug-aton sa mga pagtuon walay yano nga modelo Hingpit nga nakuha ang gabon, ulan, ug mga epekto sa usok (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson) (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson). Ang mga modernong sistema kanunay nga madaghan sa usa ka termino sa transmission sa atmospera o paggamit sa mga modelo sa mga panan-aw sa empatiya.

• Tawo nga mga Buluhaton: Ang buhat ni Johnson gigamit ang pipila ka mga nabansay nga mga tigpaniid nga kontrolado nga mga kondisyon; wala kini panumbalinga sa mga kalainan sa pag-obserbar sa pag-obserbar, atensyon, kapildihan, ug uban pa mahimo nga hinungdanon nga mga kalainan tali sa mga indibidwal sa tinuud nga detection posibilidad (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson).

• Signal ug Pagproseso: Ang modelo nagtambal sa imahe nga ingon limitado lamang sa geometry (mga pixel ug optika). Wala kini maglakip sa sensor ingay nga sensor (netd), dinamikong range, o pagproseso sa imahe. Ang bisan unsang sakay sa sakayan o mga algorithm sa video mahimong makapauswag sa epektibo nga resolusyon, ang gipasabut sa tinuud nga mga camera kanunay nga nag-outsform ang hubo nga mga limitasyon sa Johnson.

• Posible nga Focus: Ang mga pamatasan gihubit alang sa ~ 50% nga posibilidad. Wala nila gihubit kung giunsa ang pag-uswag sa pasundayag nga adunay dugang nga resolusyon sa unahan sa threshold, ni makuha nila ang sayup - alarm rate o roc curves.

Tungod sa kini nga mga gaps, ang modernong mga modelo sa performance sa pagdumala nagpadako sa pamaagi ni Johnson. Pananglitan, ang U.S. Army's Makabaton Ang Metodolohiya nag-adjust sa mga kinahanglanon sa siklo (0.75 nga mga siklo alang sa pagtuki, ug uban pa) base sa labi ka halapad nga pagsulay (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson). Daghang mga himan sa pagtuki karon ang nag-uban sa MTF, Snr ug mga modelo sa atmospera nga tin-aw. Ang uban naglakip sa pagtagad sa Beer-Lambert (sama sa J - Pelikula/T - nahimamat Mga Modelo (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson)) o mga sukat sa kalat. Ang uban nag-ilis sa mga gahi nga mga threshold nga adunay teorya nga detektibo sa estatistika (e.g. gamit ang makadawat sa mga karakter nga operating). Bisan pa, ang mga pamatasan ni Johnson nagpabilin nga usa ka katukuran nga konsepto ug usa ka dali nga una - order giya sa thermal imaging range range.

Sa katingbanan, Ang mga pamatasan ni Johnson naglambigit sa resolusyon sa spatial sa usa ka infrared sensor sa praktikal nga mga buluhaton sa pagtan-aw sa usa ka target. Pinaagi sa pagpahayag sa pagtukmod, pag-ila, ug pag-ila sa mga termino sa "linya sa linya sa target," kini naghatag mga inhenyero sa usa ka gihatag nga camera sa ilalum sa sulundon nga mga kondisyon (Kritisa ni Johnson - Wikipedia) (Ang pagtuki sa sistema sa imahinasyon sa sistema alang sa awtonomok nga mga awto). Samtang ang usa kinahanglan nga account alang sa tinuud - Ang mga hinungdan sa kalibutan sa bisan unsang detalyado nga laraw, ang mga pamatasan ni Johnson nagpailalom sa kadaghanan nga mga detalye sa thermal camera karon (Kritisa ni Johnson - Wikipedia) (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson).

Mga Tinubdan: Ang mga hinungdan nga kahulugan ug mga kantidad gikan sa orihinal nga buhat ni Johnson (Kritisa ni Johnson - Wikipedia) ug mga sumaryo sa literatura (Kritisa ni Johnson - Wikipedia) (Unsa man ang DRI, ug unsa kini base sa pagkalkula?). Ang mga kalkulasyon sa pagsunud sa detection nagsunod sa manipis - lens formula sa pag-analisar sa imaging (Ang pagtuki sa sistema sa imahinasyon sa sistema alang sa awtonomok nga mga awto). Ang mga epekto sa kalikopan ug kalikopasyon nasulat sa pagsunod sa - up pagtuon (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson) (Kasaysayan ug Ebolusyon sa Kritador sa Johnson). Praktikal nga mga pananglitan ug mga pangisip gikan sa mga tiggama ug teknikal nga mga taho (Unsa man ang DRI, ug unsa kini base sa pagkalkula?).