Kritéria Johnson kanggo deteksi imaging Johal lan pangenalan

Latar mburi Sejarah: Ing pungkasan taun 1950, John W. Johnson Tentara A.S. Tentara sing dianakake eksprimen karo wengi - Insifiers gambar Visi kanggo ngitung jumlah gambar sing dibutuhake kanggo macem-macem tugas visualKritéria Johnson - Wikipedia). Ing kertas 1958 "Analisis sistem forming gambar", Johnson nglaporake ambang empiris (ing pasangan pasangan ing target) sing dibutuhake kanggo macem-macem tugas (Kritéria Johnson - Wikipedia) (Kritéria Johnson - Wikipedia). Iki dikenal minangka Kritéria JohnsonWaca rangkeng-. Desain sensor revolusi kanthi ngidini insinyer prédhiksi sepira target bisa dideleng, diakoni, utawa diidentifikasi ing kahanan tartamtu (Kritéria Johnson - Wikipedia) (Kritéria Johnson - Wikipedia). Nggunakake kritéria kasebut, akeh model prediksi banjur dikembangake kanggo menehi kinerja sensor ing kahanan operasional sing beda (Kritéria Johnson - Wikipedia) (Kritéria Johnson - Wikipedia).

Deteksi, pangenalan, lan identifikasi (DRI) tugas

Kritéria Johnson nemtokake telung utami tugas visual:

• Deteksi: Pengamat mung ngerti yen obyek wis ana. (Ing level iki, mung bisa ndeleng "blob" utawa owah-owahan ing pemandangan.) Johnson nemokake manawa deteksi sing dibutuhake 1,0 ± ± 0,25 baris pasangan tengen target (Kritéria Johnson - Wikipedia).

• Pangenalan: Pengamat bisa nyritakake jinis obyek umum (umpamane, mbedakake wong saka kendharaan). Iki mbutuhake luwih rinci - mula babagan 4,0 ± 0.8 pasangan pasangan (Kritéria Johnson - Wikipedia).

• Identifikasi: Pengamat bisa ngenali obyek tartamtu (e.g. model kendharaan tartamtu utawa wong tartamtu). Iki minangka tugas sing paling angel, sing mbutuhake 6,4 ± 1.5 pasangan baris (Kritéria Johnson - Wikipedia).

(Johnson uga nyathet langkah "orientasi" penengah ing ~ 1.4 pasangan pasangan (Kritéria Johnson - Wikipedia), Nanging diskusi modern asring fokus ing tugas DRI.) Ing istilah teknik praktis, pasangan baris siji cocog karo rong piksel gambar ing target (Kritéria Johnson - Wikipedia). Ing spesifikasi imaging termat modern, ambang iki asring dibunderaké 1, 3, lan 6 siklus Kanggo kemungkinan 50% nindakake tugas (Apa Dri, lan apa adhedhasar pitungan?).

(Art Vektor Vektor Silhouette Gratis Man Silhouette Download 17,246 Manungsa & Grafiket Man Silhouette - Pixabay) Gambar: Manungsa - Target Berbentuk ing Pengamatan. Ing Range Far, target mung ngasilake siluet sing peteng (cukup kanggo deteksi); minangka resolusi (utawa jarak rai) mundhak, fitur rai lan sandhangan muncul, ngaktifake pangenalan lan pungkasane identifikasi lengkap. Kritéria Johnson Ngitung pirang-pirang pasangan detail sing dibutuhake ing saben tahapan (Kritéria Johnson - Wikipedia) (Apa Dri, lan apa adhedhasar pitungan?).

Kritéria Johnson (ambang résolusi)

Kritéria asli JOHNSon asring diringkes kaya ing ngisor iki kanggo tingkat sukses 50% saka saben tugas (Kritéria Johnson - Wikipedia):

• Deteksi (obyek obyek): ~ 1.0 baris pasangan target (50% kemungkinan) (Kritéria Johnson - Wikipedia).

• Pangenalan (Kelas Objek): ~ 4.0 Garis pasangan ing target (Kritéria Johnson - Wikipedia).

• Identifikasi (obyek khusus): ~ 6.4 pasangan line ing target (Kritéria Johnson - Wikipedia).

Nilai kasebut nganggep target dhuwur - kontras latar mburi lan pengamat sing cocog. (Saben baris nyembah loro piksel sensor, dadi e.g. 1.0 baris pasangan ≈ 2 piksel ing jembar (Kritéria Johnson - Wikipedia).) Akeh sistem cite Sebufied "DRI" saka 1 - 3 - 6 siklus (pasangan baris) kanggo deteksi - pangenalan - identifikasi (Apa Dri, lan apa adhedhasar pitungan?). Contone, pandhuan NATO nggunakake kira-kira 1 siklus kanggo deteksi, 3 kanggo pangenalan, lan 6 kanggo identifikasi (Apa Dri, lan apa adhedhasar pitungan?). (Nganyari Angkatan Darat A.S. Ndarbeni Kritéria malah nggunakake 0.75, 1,5, 1, lan 6 siklus ndeteksi, klasifikasi, ngenali, ngenali, ngumumake tugas /Sejarah lan evolusi kritéria Johnson).)

Kritéria Johnson asring dikandhakake probabilitas: diwenehake N Siklus target, ana kemungkinan sing cocog karo saben tugas (biasane Sigmoid - kaya, kanthi 50% ing ambang tabel). Nanging, umume digunakake minangka "Aturan Thumb" sing dibutuhake kanggo resolusi kanggo tugas kasebut.

Dasar matematika (resolusi lan kisaran)

The Jumlah siklus sing wis dirampungake Ing target target gumantung saka ukuran target, kisaran, optik sensor, lan ukuran piksel. Kanggo model pinhole utawa lensa tipis (cilik - perkiraan sudut), siji bisa nemokake (Analisis sistem iman dhasar kanggo kendaraan otonom):

Ngendi n yaiku jumlah siklus ing target, h_o yaiku ukuran karakteristik target (m), f Apa dawa fokus (unit sing padha minangka piksel piksel), p Apa piksel pitch (jarak antarane pusat piksel), lan R yaiku sawetara target. Formula iki njupuk efek intuisi: target sing luwih gedhe (utawa dawa fokus) mundhak n, dene piksel sing luwih gedhe utawa luwih dawa n (Analisis sistem iman dhasar kanggo kendaraan otonom). Yen N Siklus dibutuhake (saka meja Johnson) kanggo tugas tartamtu, ing Range Deteksi bisa ditanggulangi kaya

Contone, tegas ukuran target utawa dawa fokus gandha range deteksi kanggo tetep N (Analisis sistem iman dhasar kanggo kendaraan otonom). Kajaba iku, halving ing piksel pitch (i.e. resolusi sensor sing luwih dhuwur) tikel sawetara. Formul iki asring digunakake dening spek kamera termal - lembar kanggo ngira d / r / aku kisaran ing kahanan sing cocog.

Faktor sing mengaruhi Range Deteksi

Formula prasaja ing ndhuwur nganggep kahanan sing kontras lan jelas sing sampurna. Ing praktik, akeh deteksi faktor lan kisaran pangenalan:

• Ukuran target lan kontras: Target sing luwih gedhe (luwih dhuwur) katon luwih adoh; Kajaba iku, target kanthi kontras kontras sing luwih dhuwur (e.g. luwih panas vs luwih adhem tinimbang latar mburi) luwih gampang dideteksi. Kanggo kamera termal, asumsi umum yaiku bedane suhu ~2 ° saka latar mburi kanggo deteksi sing bisa dipercaya. Cilik utawa rendah - target kontras mbutuhake siklus luwih akeh (saengga luwih cedhak).

• Resolusi Sensor & Optik: Kaya sing dituduhake, piksel finer (luwih cilik p) lan dawa fokus f Nambah sawetara. Kajaba iku, fungsi transfer modern sensor (MTF) lan kualitas optik mengaruhi kanthi rinci. Ing tembung Johnson, optik sing luwih apik (MTF sing luwih dhuwur) nyuda siklus sing dibutuhake kanggo tugas sing diwenehake (Analisis sistem iman dhasar kanggo kendaraan otonom).

• Kahanan Atmosfer: Sinyal Attenual Nyata Attosperes Nyata. Efek udan, kabut, utawa bledug bisa nyuda kanthi cetha. Model sing gampang nggunakake hukum Bir (f_t = exp (- r / l_r)) kanggo ngitung transmisi ing gelombang (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson). Pasinaon empiris nuduhake kabut lan cuaca abot bisa kemungkinan deteksi murah drastis, sanajan ing IR (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson). Thermal IR ngalami beluk banyu tinimbang cahya sing katon, nanging cuaca sing ora ana sing isih durung suwe (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson) (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson).

• Kaleresan latar mburi: Latar mburi kerumitan kanthi dhuwur - nggawe deteksi luwih angel. Eksperimen nuduhake yen ing "keruwetan rendah" adegan jubah Johnson bisa uga cilik kaya ~ 0.5 siklus deteksi, nanging ing "keruwetan" adegan luwih saka 2,5 siklus bisa uga kanggo deteksi 50% (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson). Ing praktik, latar mburi camouflaged utawa visual asring mbutuhake kontras utawa resolusi kanthi sadhuwure minimal bare Johnson.

• Sinyal - Kanggo - rasio swara (SNR) lan sensor sensor: Detektor termal duwe swara (netd) lan winates dinamis kisaran. Tandha termal sing lemah utawa swara sensor kanthi efektif nambah siklus sing dibutuhake. Pasinaon negesake manawa tumindak SNR sing kaya kaya Blur: Iki ngrusak kualitas gambar lan nyuda kisaran sing efektif (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson).

Bebarengan, faktor kasebut tegese kritéria Johnson menehi kisaran sing cocog. Sembarang pitungan praktis kudu kalebu transitasi atmosfer, kontras target, swara sensor, delokna, satengahe Drs sing nyathet "(kontras sing apik lan hawa sing jelas) lan udhara sing jelas) lan udhara sing jelas) lan udhara. Umumé, rumus realistis sawetara realistis nambah rumus sing gampang dening visibilitas utawa istilah transmisi kanggo akun suasana.

Conto petungan

Nggunakake formula ing ndhuwur, siji bisa ngira-ngira d / r / aku kisaran kanggo kamera lan target sing diwenehake. Contone:

• Tuladha: Wong sing dhuwur 2m (h_o = 2m) Ditiru karo kamera termal f = 50mm lan piksel p = 20μm (= 0,02mm). Nggunakake Johnson 1 - ambang siklus kanggo deteksi,

  $$R _ {\ rm det} = \ frac {2 \, \ teks {m}$$

  Kanggo pangenalan (≈3 siklus) lan identifikasi (≈6 siklus), kisaran dadi ≈833m lan ≈417m masing-masing (wiwit $ r \ propto1 / n $).

• Contone produsen: Cathetan aplikasi Leonardo DRS menehi target manungsa (dimensi kritis ~ 0,95m) lan kamera piksel 17μm lan fokus fokus 17,75mm. Kanggo 3 - tugas pangenalan siklus, dheweke ngitung deteksi 50% udakara 157m. (Kanthi nomer sing padha, hasil formula kita $ r \ kira-kira (0,95 kaping 16.75) / (2 \ kaping0017 \ kaping3)

• Nilai khas: Ing kahanan sing cocog (kontras sing apik, udhara sing jelas), aturan Johnson - deteksi jempol prediksi manungsa kanggo sawetara kilometer. Contone, salah sawijining sumber cites ~ Deteksi 2000m, ~ 667M pangenalan, lan ~ 333m identifikasi kanggo wong 1.8m (Apa Dri, lan apa adhedhasar pitungan?).

Conto kasebut nuduhake kepiye kritéria Johnson bisa ditrapake langsung kanthi aritmetika sing gampang. Kisaran nyata ing praktik asring luwih murah amarga faktor sing kasebut ing ndhuwur.

Aplikasi

Kritéria Johnson digunakake digunakake kanggo ngrancang lan ngevaluasi Sistem imaging termal ngliwati akeh lapangan:

• Militer lan Pertahanan: Spesifikasi Sensor ing wayah wengi - Scope Visi, Pemandangan termal, lan pengawasan asring dhaptar D / R / i basis adhedhasar kritéria Johnson (Kritéria Johnson - Wikipedia). Target akuisisi lan pangenalan (kanca vs musuh) ing wayah wengi gumantung marang perkiraan iki. Akeh petunjuk lapangan lan pengadaan referensi referensi 1 - 3 - 6 aturan - saka - Thumb kanggo Senjata - dipasang ing pemandangan.

• Nggoleki lan ngluwari / keamanan: Kamera termeld sing digunakake utawa dipasang digunakake kanggo nemokake wong sing ilang, utawa monitor perimeter, uga nggunakake metrik Dri. Contone, ngluwari tim bisa uga mbutuhake kamera sing bisa ndeteksi manungsa ing 1km lan ngerteni ing 400m. Kritéria Johnson nyedhiyakake garis dasar kanggo spesifikasi kasebut.

• Pengawasan lan penegak hukum: Patroli border, ngawasi satwa, lan sistem deteksi intrusi nggunakake kritéria kasebut kanggo prédhiksi sepira adoh sensor bisa milih wong utawa kendharaan ing wayah wengi. (Sawetara standar mbentuk tugas Johnson; e.g. NATO nggunakake D, R, i klasifikasi ing syarat imaging.)

Ing saben kasus, kritéria Johnson mbantu nerjemahake paramèter sensor (resolusi, optik, ukuran piksel) dadi metrik kinerja intuisi (kisaran kanggo ndeteksi utawa ngenali target sing khas).

Watesan lan Adaptasi Modern

Sanajan ana gunane, kritéria Johnson duwe penting WatesanWaca rangkeng-. Iki minangka model empiris, sing cocog karo sing ngilangi akeh - efek donya:

• Kahanan sing disederhanakake: Nganggep latar mburi seragam, kontras target akeh, lan uga - pengamat calibrated. Ora kalebu keruwetan utawa camouflage. Ing laku, target nglawan latar mburi kompleks bisa mbutuhake resolusi luwih akeh tinimbang nilai nominal Johnson (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson).

• Nglirwakake efek lingkungan: Kritéria asli ora kalebu cuaca atenuasi cuaca utawa atenuasi. Pasinaon negesake kasebut ora ana model sing gampang Nampa FOG, Udan, lan Efek Kumelun (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson) (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson). Sistem modern asring akeh kanthi istilah transmisi atmosfer utawa nggunakake model visibilitas empiris.

• Faktor manungsa: Karya Johnson nggunakake sawetara pengamat sing terlatih ing kahanan sing dikontrol; Iki nglirwakake variasi ing latihan pengamat, manungsa waé, lemes, lan sapiturute Ana prabédan sing signifikan antarane individu ing kemungkinan deteksi (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson).

• Sinyal lan Processing: Model kasebut nambani gambar kasebut minangka yen diwatesi mung dening geometri (piksel lan optik). Ora nggabungake swara sensor (netd), kisaran dinamis, utawa tambahan pangolahan gambar. Algoritah utawa algoritma video apa wae bisa nambah résolusi sing efektif, tegese kamera nyata asring nggunakake watesan bare Johnson.

• Kemungkinan Fokus: Kritéria ditetepake kanggo kemungkinan 50% kemungkinan. Dheweke ora njlèntrèhaké babagan kinerja sing luwih apik ngluwihi ambang, lan uga ora bisa nyekel - weker utawa kurva roc.

Amarga kesenjangan kasebut, model kinerja modern ngluwihi pendekatan Johnson. Contone, Tentara A.S. Ndarbeni Metodologi nyetel syarat siklus (0,75 siklus deteksi, lsp) adhedhasar uji coba luwih akeh (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson). Akeh alat analisis sing saiki nggabungake MTF, model SNR lan atmosfer kanthi jelas. Sawetara kalebu Attenuasi Beer-Lambert (kaya ing J - Film/T - ketemu model (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson)) utawa metrik keruwetan. Liyane ngganti hard Thresholds kanthi teori deteksi statistik (E.g. Nggunakake kurva karakteristik operasi sing ditampa). Nanging, kritéria Johnson tetep konsep dhasar lan cepet pisanan - Pandhuan Pesenan kanggo kisaran imaging termal.

Ringkesan, Kritéria Johnson ngubungake resolusi spasial sensor inframerah kanggo tugas praktis kanggo ndeleng target. Kanthi nyatakake deteksi, pangenalan, lan identifikasi babagan "pasangan baris ing target," Nyedhiyakake insinyur kanthi cara sing langsung kanggo ngetung separo kamera sing bisa ditindakake saben kahanan sing cocog (Kritéria Johnson - Wikipedia) (Analisis sistem iman dhasar kanggo kendaraan otonom). Dene siji kudu akun nyata - faktor global ing desain sing rinci, kritéria Johnson isih kurang underpin spesifikasi kamera termal lan perkiraan kinerja dina iki (Kritéria Johnson - Wikipedia) (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson).

Sumber: Definisi lan nilai utama yaiku saka karya asli Johnson (Kritéria Johnson - Wikipedia) lan ringkesan ing literatur (Kritéria Johnson - Wikipedia) (Apa Dri, lan apa adhedhasar pitungan?). Pitungan kisaran deteksi Tindakake tipis - formula lensa ing analisis imajing (Analisis sistem iman dhasar kanggo kendaraan otonom). Efek lingkungan lan keruwetan didokumentasikan ing tindakake - Pasinaon munggah (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson) (Sejarah lan evolusi kritéria Johnson). Conto lan asumsi praktis asale saka pabrikan lan laporan teknis (Apa Dri, lan apa adhedhasar pitungan?).