Критериуми на nsонсон за открива?е и признава?е на термичко слика?е

Историска позадина: Кон кра?от на 50 -тите години на минатиот век, Wон В. nsонсон од американската арми?а спроведе пионерски експерименти со но? - Интензив на слика за визи?а за да измери колку детали за сликата се потребни за разни визуелни задачи (Критериуми на nsонсон - Википеди?а). Во неговиот труд од 1958 година ?Анализа на системите за формира?е на слики“, Nsонсон при?авил емпириски прагови (во лини?а парови на цел) потребни за различни задачи (Критериуми на nsонсон - Википеди?а) (Критериуми на nsонсон - Википеди?а). Ова стана познато како Критериуми на nsонсон. Тоа го револуционизираше диза?нот на сензорите дозволува??и им на инженерите да предвидат колку далеку може да се види, препознае или идентификува целта под дадени услови (Критериуми на nsонсон - Википеди?а) (Критериуми на nsонсон - Википеди?а). Користе??и ги овие критериуми, многу предвидливи модели подоцна беа развиени за да се оценат перформансите на сензорот во различни оперативни услови (Критериуми на nsонсон - Википеди?а) (Критериуми на nsонсон - Википеди?а).

Задачи за открива?е, препознава?е и идентификаци?а (DRI)

Критериумите на nsонсон дефинираат три основни визуелни задачи:

• Открива?е: Набудувачот едноставно забележува дека неко? предмет е присутен. (На ова ниво, може да се види само ?дупка“ или промена на местото на настанот.) Nsонсон открил дека открива?ето е потребно за 1,0 ± 0,25 линиски парови Преку цел (Критериуми на nsонсон - Википеди?а).

• Признава?е: Набудувачот може да му каже на генералниот тип на предмет (на пример, разликува?е на лице од возило). Ова бара пове?е детали - првично за 4,0 ± 0,8 линиски парови (Критериуми на nsонсон - Википеди?а).

• Идентификаци?а: Набудувачот може да го идентификува специфичниот предмет (на пр. Одреден модел на возило или одредено лице). Ова е на?тешката задача, ко?а се бара за 6,4 ± 1,5 линиски парови (Критериуми на nsонсон - Википеди?а).

(Nsонсон исто така забележа средно ?ориентаци?а“ чекор на парови од 1,4 фунти (Критериуми на nsонсон - Википеди?а), но модерните дискусии честопати се фокусираат на задачите на DRI.) Во практична инженерска смисла, еден ред пар одговара на околу два пиксели со слики низ целта (Критериуми на nsонсон - Википеди?а). Во современите спецификации за термичка слика, овие прагови честопати се заокружуваат до 1, 3 и 6 циклуси За 50% веро?атност за извршува?е на задачата (Што е ДРИ, и на што се заснова за пресметка?).

(Бесплатна човечка силуета векторска уметност - Преземете 17,246+ икони и графика на силуета Ман - Pixabay) Слика: Човечка - обликувана цел под набудува?е. На Далеку, целта произведува само темна силуета (доволно за открива?е); Како што се зголемува резолуци?ата (или близина), се по?авуваат карактеристики на лицето и облеката, овозможува??и препознава?е и на кра?от целосна идентификаци?а. Критериумите на nsонсон квантифицираат колку детали се потребни во секо?а фаза (Критериуми на nsонсон - Википеди?а) (Што е ДРИ, и на што се заснова за пресметка?).

Критериуми на nsонсон (прагови на резолуци?а)

Оригиналните критериуми на nsонсон често се сумираат на следниов начин за стапка на успех од 50% на секо?а задача (Критериуми на nsонсон - Википеди?а):

• Открива?е (присуство на предмети): ~ 1,0 линиски пар на целта (50% веро?атност) (Критериуми на nsонсон - Википеди?а).

• Признава?е (класа на предмет): ~ 4,0 линиски парови на целта (Критериуми на nsонсон - Википеди?а).

• Идентификаци?а (специфичен предмет): ~ 6,4 линиски парови на целта (Критериуми на nsонсон - Википеди?а).

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 (Критериуми на nsонсон - Википеди?а).) Многу системи наведуваат поедноставени броеви ?dri“ од 1 - 3 - 6 циклуси (линиски парови) за открива?е - препознава?е - Идентификаци?а, соодветно (Што е ДРИ, и на што се заснова за пресметка?). На пример, упатството на НАТО користи приближно 1 циклус за открива?е, 3 за признава?е и 6 за идентификаци?а (Што е ДРИ, и на што се заснова за пресметка?). (Ажурираната американска арми?а Стекнат Критериуми дури користете 0,75, 1,5, 3 и 6 циклуси за открива?е, класифицира?е, препознава?е, идентификува?е, рефлектира??и ги рафинираните задачи (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон).)

Критериумите на nsонсон честопати се изразуваат веро?атно: дадени N Циклуси на целта, постои соодветна веро?атност за правилно извршува?е на секо?а задача (обично сигмоид - како, со 50% на сумираните прагови). Сепак, на?често се користи како ?правило на палецот“ што се однесува на потребната резолуци?а на задачата.

Математичка основа (резолуци?а и опсег)

На Бро? на револуционерни циклуси Преку целта зависи од големината на целта, опсегот, оптиката на сензорите и големината на пикселите. За едноставен модел на дупка или тенки ле?и (мал - приближува?е на аголот), еден нао?а (Основна анализа на системот за слики за автономни возила):

каде n е бро?от на циклуси на целта, h_o е карактеристична големина на целта (М), f е фокусна должина на ле?и (исти единици како пиксел теренот), p е теренот за пиксели (расто?ание поме?у центрите за пиксели) и R е опсег до целта. Оваа формула фа?а интуитивни ефекти: се зголемува поголема цел (или подолга фокусна должина) n, додека поголем пиксел или подолг опсег се намалува n (Основна анализа на системот за слики за автономни возила). Ако N Потребни се циклуси (од табелата на nsонсон) за одредена задача, Опсег на открива?е може да се реши како

На пример, удво?ува?ето на големината на целта или фокусната должина го удво?ува опсегот на открива?е за фиксиран N (Основна анализа на системот за слики за автономни возила). Исто така, преполовува?ето на теренот за пиксели (т.е. повисока резолуци?а на сензорот) го удво?ува опсегот. Овие формули често се користат со спецификации за термичка камера - листови за проценка на опсегот D/R/I под идеални услови.

Фактори кои вли?аат на опсегот на открива?е

Едноставната формула за опсег погоре претпоставува совршен контраст и ?асни услови. Во пракса, многу фактори вли?аат врз опсегот на открива?е и препознава?е:

• Големина и контраст на целта: 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).

• Резолуци?а на сензорот и оптика: Како што е наведено, пофини пиксели (помали p) и подолга фокусна должина f Зголемете го опсегот. Исто така, функци?ата за трансфер на модулаци?а на сензорот (MTF) и оптичкиот квалитет вли?аат на тоа колку деталите се пренесуваат. Според зборовите на nsонсон, подобрата оптика (повисока МТФ) ефикасно ги намалува потребните циклуси за дадена задача (Основна анализа на системот за слики за автономни возила).

• Атмосферски услови: Вистинските атмосфери ги ослабуваат инфрацрвените сигнали. Ефектите од дожд, магла или прашина можат остро да го намалат опсегот. Едноставни модели го користат законот за пиво (f_t = exp (- r/l_r)) Да се ??пресмета менувачот со бранова должина (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон). Емпириските студии покажуваат дека маглата и тешкото време можат драстично да ?а намалат веро?атноста за открива?е, дури и во IR (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон). Топлинската IR страда помалку од водена пареа отколку видлива светлина, но неповолното време сепак значително го скратува опсегот (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон) (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон).

• Неред во позадина: Високата - нередна позадина го отежнува открива?ето. Експериментите покажуваат дека во сцените ?Низок неред“ на праговите на nsонсон можат да бидат мали како 0,5 циклуси за открива?е, но во сцените ?Високи неред“ над 2,5 циклуси може да бидат потребни за открива?е од 50% (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон). Во пракса, камуфлирана или визуелно сложена позадина честопати бара цел контраст или резолуци?а далеку над голиот минимум на nsонсон.

• Сигнал - до - Сооднос на бучава (SNR) и бучава на сензорот: Термичките детектори имаат бучава (NETD) и ограничен динамичен опсег. Слаб термички потпис или бучава со висок сензор ефикасно ги зголемува потребните циклуси. Студиите потенцираат дека нискиот SNR делува како замаглува?е: го деградира квалитетот на сликата и го намалува ефективниот опсег (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон).

Заедно, овие фактори значат дека критериумите на nsонсон даваат идеализирани опсези. Секо?а практична пресметка мора да вклучува атмосферска трансмиси?а, цел на контраст, бучава на сензорот, итн. На пример, Леонардо Дрс забележува дека формулите на nsонсон претпоставуваат ?многу сигнал“ (добар контраст и низок шум) и ?асен воздух. Во принцип, равенката на реалниот опсег ?а размножува едноставната формула со видливост или термин за пренесува?е на сметка за атмосферата.

Пример пресметки

Користе??и ги горенаведените формули, може да се процени опсегот D/R/I за дадена камера и цел. На пример:

• Пример: Личност висока 2 метри (h_o = 2м) сликана од термичка камера со f = 50мм и пиксел терен p = 20 μm (= 0,02мм). Користе??и го прагот на циклусот на nsонсон 1 - за открива?е,

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

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

• Пример за производителот: Белешката за апликаци?а Leonardo DRS дава човечка цел (критична димензи?а ~ 0,95м) и камера со 17 μm пиксели и фокусна должина од 16,75мм. За задачата за препознава?е 3 - циклус, тие пресметуваат опсег за открива?е од 50% од околу 157м. (Со истите броеви, нашата формула дава $ r \ приближно (0,95 \ пати 16,75)/(2 \ пати0.017 \ пати3) \ приближно 157 $ m, совпа?а??и го нивниот пример.)

• Типични вредности: Во идеални услови (добар контраст, ?асен воздух), правило на nsонсон - на - Тулецот предвидува открива?е на човекот на поредок на неколку километри. На пример, еден извор наведува открива?е на 2000 милиони фунти, признание за 667 милиони фунти и идентификаци?а од 333 милиони фунти за лице од 1,8 милиони (Што е ДРИ, и на што се заснова за пресметка?).

Овие примери покажуваат како критериумите на nsонсон можат директно да се применат со едноставна аритметика. Вистинските опсези во пракса честопати се пониски заради факторите споменати погоре.

Апликации

Критериумите на nsонсон се користат во диза?нира?е и проценка Системи за термичка слика Низ многу поли?а:

• Воена и одбрана: Спецификации на сензорите за но?та - Опсег на визи?а, термички знаменитости и надзор честопати се наведуваат во опсег D/R/I врз основа на критериумите на nsонсон (Критериуми на nsонсон - Википеди?а). Целната аквизици?а и признава?е (при?ател против непри?ател) но?е се потпираат на овие проценки. Многу прирачници за терен и документи за набавки го упатуваат 1 - 3 - 6 правило - на - палецот за оруж?е - монтирани знаменитости на IR.

• Пребарува?е и спасува?е / безбедност: Рачни или монтирани термички фотоапарати што се користат за пронао?а?е на изгубени лица, или следе?е на периметарите, исто така, користете DRI Metrics. На пример, тимовите за спасува?е може да бараат камера што може открие човек на 1 км и Препозна?те на 400м. Критериумите на nsонсон обезбедуваат основа за ваквите спецификации.

• Надзор и спроведува?е на законот: Граничната патрола, мониторингот на дивиот свет и системите за открива?е на упад ги користат овие критериуми за да предвидат колку далеку сензорот може да собере лице или возило но?е. (Некои стандарди ги формализираат задачите на nsонсон; на пр. НАТО користи Д, Р, ?ас класификации во бара?ата за слики.)

Во секо? случа?, критериумите на nsонсон помагаат во преводот на параметрите на сензорот (резолуци?а, оптика, големина на пиксели) во метрика за интуитивна изведба (опсег за открива?е или идентификува?е на типична цел).

Ограничува?а и модерни адаптации

И покра? неговата корисност, критериумите на nsонсон се важни Ограничува?а. Тоа е емпириски, идеализиран модел ко? испушта многу реални - светски ефекти:

• Поедноставени услови: Претпоставува униформа позадина, изобилство на целен контраст и добро - калибриран набудувач. Не одговара за неред или маскирна. Во пракса, целта против сложена позадина може да бара поголема резолуци?а од номиналните вредности на nsонсон (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон).

• Ги игнорира ефектите на животната средина: Оригиналните критериуми не вклучуваат временски услови или атмосферско слабее?е. Студиите го потенцираат тоа Нема едноставен модел Целосно фа?а ефекти на магла, дожд и чад (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон) (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон). Современите системи честопати се размножуваат со термин за пренос на атмосфера или користат модели на емпириска видливост.

• Човечки фактори: Работата на nsонсон користеше неколку обучени набудувачи под контролирани услови; Ги игнорира вари?ациите во обуката за набудувачи, внимание, замор, итн. Може да има значителни разлики поме?у поединците во вистинската веро?атност за открива?е (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон).

• Сигнал и обработка: Моделот ?а третира сликата како да е ограничена само со геометри?а (пиксели и оптика). Не вклучува бучава на сензорот (NETD), динамичен опсег или додатоци за обработка на слика. Сите алгоритми за заострува?е на одборот или видео може да ?а подобрат ефективната резолуци?а, што значи дека вистинските фотоапарати честопати ги надминуваат голите граници на nsонсон.

• Фокус на веро?атност: Критериумите се дефинирани за веро?атност од 50%. Тие не опишуваат како перформансите се подобруваат со поголема резолуци?а надвор од прагот, ниту пак фа?аат лажни - алармни стапки или кривини на ROC.

Поради овие празнини, моделите за изведба на модерниот опсег го прошируваат пристапот на nsонсон. На пример, американската арми?а Стекнат Методологи?ата ги прилагодува бара?ата за циклус (0,75 циклуси за открива?е, итн.) Врз основа на пообемно тестира?е (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон). Многу алатки за анализа сега ги интегрираат моделите MTF, SNR и атмосферските модели. Некои вклучуваат слабее?е на пиво - Ламберт (како во J - филм/T - се сретна модели (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон) или метрика на неред. Други ги заменуваат тврдите прагови со теори?а за статистичко открива?е (на пр. Користе?е на карактеристични кривини на оперативниот приемник). Како и да е, критериумите на nsонсон остануваат основен концепт и брз прв - Водич за нарачки за опсег на термички слики.

Накратко, Критериумите на nsонсон ?а поврзуваат просторната резолуци?а на инфрацрвениот сензор со практичните задачи за гледа?е цел. Со изразува?е на открива?е, препознава?е и идентификаци?а во однос на ?линиските парови на целта“, им обезбедува на инженерите директен начин да пресметаат колку далеку може да ?а изврши секо?а задача под идеални услови (Критериуми на nsонсон - Википеди?а) (Основна анализа на системот за слики за автономни возила). Додека неко? мора да одговара на реалните - светски фактори во ко? било детален диза?н, критериумите на nsонсон сè уште ги поддржуваат пове?ето спецификации на термичката камера и проценките на перформансите денес (Критериуми на nsонсон - Википеди?а) (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон).

Извори: Клучните дефиниции и вредности се од оригиналната работа на nsонсон (Критериуми на nsонсон - Википеди?а) и резимеа во литературата (Критериуми на nsонсон - Википеди?а) (Што е ДРИ, и на што се заснова за пресметка?). Пресметките за опсег на открива?е Следете ги формулите за тенки ле?и во анализата на слики (Основна анализа на системот за слики за автономни возила). Ефектите од животната средина и нередот се документирани во следниве студии (Студии нагоре (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон) (Истори?а и еволуци?а на критериумите на nsонсон). Практичните примери и претпоставки доа?аат од производители и технички извештаи (Што е ДРИ, и на што се заснова за пресметка?).