Vigezo vya Johnson vya kugundua na kutambuliwa kwa mafuta

Asili ya kihistoria: Mwishoni mwa miaka ya 1950, John W. Johnson wa Jeshi la Merika alifanya majaribio ya upainia na usiku - picha za maono ili kumaliza ni maelezo ngapi ya picha inahitajika kwa kazi mbali mbali za kuona (Vigezo vya Johnson - Wikipedia). Katika karatasi yake ya 1958 "Uchambuzi wa mifumo ya kutengeneza picha", Johnson aliripoti vizingiti vya nguvu (katika jozi za mstari kwenye shabaha) inayohitajika kwa kazi tofauti (Vigezo vya Johnson - Wikipedia()Vigezo vya Johnson - Wikipedia). Hii ilijulikana kama Vigezo vya Johnson. Ilibadilisha muundo wa sensor kwa kuruhusu wahandisi kutabiri jinsi lengo linaweza kuonekana, kutambuliwa, au kutambuliwa chini ya hali iliyopewa (Vigezo vya Johnson - Wikipedia()Vigezo vya Johnson - Wikipedia). Kutumia vigezo hivi, mifano mingi ya utabiri ilitengenezwa baadaye ili kupima utendaji wa sensor chini ya hali tofauti za kiutendaji (Vigezo vya Johnson - Wikipedia()Vigezo vya Johnson - Wikipedia).

Ugunduzi, utambuzi, na kitambulisho (DRI) kazi

Vigezo vya Johnson vinafafanua msingi tatu Kazi za kuona:

• Ugunduzi: Mtazamaji hugundua tu kwamba kitu kipo. (Katika kiwango hiki, mtu anaweza kuona tu "Blob" au mabadiliko katika eneo la tukio.) Johnson aligundua kuwa kugunduliwa kunahitajika kuhusu 1.0 ± 0.25 jozi za mstari karibu na lengo (Vigezo vya Johnson - Wikipedia).

• Kutambuliwa: Mtazamaji anaweza kusema aina ya jumla ya kitu (kwa mfano, kutofautisha mtu kutoka kwa gari). Hii inahitaji maelezo zaidi - asili kuhusu 4.0 ± 0.8 jozi za mstari (Vigezo vya Johnson - Wikipedia).

• Utambulisho: Mtazamaji anaweza kutambua kitu maalum (k.m. mfano fulani wa gari au mtu fulani). Hii ndio kazi ngumu zaidi, inayohitaji 6.4 ± 1.5 jozi za mstari (Vigezo vya Johnson - Wikipedia).

(Johnson pia alibaini hatua ya "mwelekeo" wa kati kwa ~ jozi za mstari 1.4 (Vigezo vya Johnson - Wikipedia), lakini majadiliano ya kisasa mara nyingi huzingatia kazi za DRI.) Kwa maneno ya uhandisi ya vitendo, jozi moja ya mstari inalingana na saizi mbili za picha kwenye lengo (Vigezo vya Johnson - Wikipedia). Katika maelezo ya kisasa ya kufikiria mafuta, vizingiti hivi mara nyingi huzungushwa hadi 1, 3, na mizunguko 6 Kwa uwezekano wa 50% wa kutekeleza kazi hiyo (DRI ni nini, na ni nini kulingana na hesabu?).

(Sanaa ya Vector ya Man ya Bure - Pakua icons 17,246+ Man Silhouette na Picha - Pixabay) Kielelezo: Lengo la mwanadamu - umbo chini ya uchunguzi. Saa anuwai mbali mbali, lengo tu hutoa silhouette ya giza (ya kutosha kugundua); Kama azimio (au ukaribu) linavyoongezeka, sifa za usoni na mavazi zinaibuka, kuwezesha utambuzi na mwishowe kitambulisho kamili. Vigezo vya Johnson vinaonyesha ni jozi ngapi za maelezo zinahitajika katika kila hatua (Vigezo vya Johnson - Wikipedia()DRI ni nini, na ni nini kulingana na hesabu?).

Vigezo vya Johnson (Vizingiti vya Azimio)

Vigezo vya asili vya Johnson mara nyingi hufupishwa kama ifuatavyo kwa kiwango cha mafanikio cha 50% ya kila kazi (Vigezo vya Johnson - Wikipedia):

• Kugundua (uwepo wa kitu): ~ 1.0 jozi ya mstari kwenye lengo (uwezekano wa 50%) (Vigezo vya Johnson - Wikipedia).

• Utambuzi (darasa la kitu): ~ 4.0 jozi za mstari kwenye lengo (Vigezo vya Johnson - Wikipedia).

• Kitambulisho (kitu maalum): ~ 6.4 jozi za mstari kwenye lengo (Vigezo vya Johnson - Wikipedia).

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 (Vigezo vya Johnson - Wikipedia.DRI ni nini, na ni nini kulingana na hesabu?). Kwa mfano, mwongozo wa NATO hutumia takriban 1 mzunguko wa kugundua, 3 kwa kutambuliwa, na 6 kwa kitambulisho (DRI ni nini, na ni nini kulingana na hesabu?). (Jeshi la Merika limesasishwa Pata Viwango hata hutumia mizunguko ya 0.75, 1.5, 3, na 6 ya kugundua, kuainisha, kutambua, kutambua, kuonyesha kazi zilizosafishwa (Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson).)

Vigezo vya Johnson mara nyingi huonyeshwa kwa urahisi: kutolewa N Mzunguko kwenye lengo, kuna uwezekano sawa wa kufanya kazi kwa usahihi kila kazi (kawaida sigmoid - kama, na 50% kwenye vizingiti vilivyowekwa). Walakini, hutumika sana kama "sheria ya kidole" inayohusiana na azimio linalohitajika kwa kazi hiyo.

Msingi wa kihesabu (azimio na anuwai)

Idadi ya mizunguko inayoweza kusongeshwa Karibu na lengo inategemea saizi ya lengo, anuwai, macho ya sensor, na saizi ya pixel. Kwa mfano rahisi wa lensi au mfano wa lensi nyembamba (ukaribu wa pembe ndogo), mtu hupata (Mchanganuo wa Mfumo wa Kuiga Msingi kwa Magari ya Kujitegemea):

wapi n ni idadi ya mizunguko kwenye lengo, H_O ni ukubwa wa tabia ya lengo (m), f ni urefu wa kuzingatia lensi (vitengo sawa na pixel lami), p ni pixel lami (umbali kati ya vituo vya pixel), na R ni anuwai kwa lengo. Njia hii inachukua athari za angavu: lengo kubwa (au urefu mrefu zaidi) huongezeka n, wakati pixel kubwa au masafa marefu hupungua n (Mchanganuo wa Mfumo wa Kuiga Msingi kwa Magari ya Kujitegemea). Ikiwa N mizunguko inahitajika (kutoka kwa meza ya Johnson) kwa kazi fulani, anuwai ya kugundua inaweza kutatuliwa kama

Kwa mfano, kuongeza ukubwa wa lengo au urefu wa kuzingatia huongeza mara mbili safu ya kugundua kwa fasta N (Mchanganuo wa Mfumo wa Kuiga Msingi kwa Magari ya Kujitegemea). Vivyo hivyo, kupunguza sauti ya pixel (i.e. azimio la sensor ya juu) mara mbili. Njia hizi mara nyingi hutumiwa na Karatasi za Mafuta za Kamera - kukadiria d/r/i safu chini ya hali bora.

Mambo yanayoathiri anuwai ya kugundua

Njia rahisi ya masafa hapo juu inachukua tofauti kamili na hali wazi. Kwa mazoezi, mambo mengi yanashawishi kugundua na anuwai ya kutambuliwa:

• Saizi ya lengo na tofauti: 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).

• Azimio la Sensor & Optics: Kama inavyoonyeshwa, saizi nzuri (ndogo p) na urefu mrefu wa kuzingatia f ongeza anuwai. Pia, kazi ya uhamishaji wa moduli ya sensor (MTF) na ubora wa macho huathiri jinsi maelezo yanavyohamishwa. Kwa maneno ya Johnson, Optics Bora (MTF ya juu) hupunguza vizuri mizunguko inayohitajika kwa kazi iliyopewa (Mchanganuo wa Mfumo wa Kuiga Msingi kwa Magari ya Kujitegemea).

• Hali ya anga: Atmospheres halisi hupata ishara za infrared. Athari za mvua, ukungu, au vumbi zinaweza kupunguza vikali. Mifano rahisi hutumia sheria ya bia (f_t = exp (- r/l_r)) kuhesabu maambukizi kwa wimbi (Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson). Masomo ya nguvu yanaonyesha ukungu na hali ya hewa nzito inaweza kupunguza uwezekano mkubwa wa kugundua, hata katika IR (Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson). Mafuta IR inateseka kidogo kutoka kwa mvuke wa maji kuliko nuru inayoonekana, lakini hali mbaya ya hewa bado inapunguza kiwango kikubwa (Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson()Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson).

• Clutter ya nyuma: Asili ya juu - clutter hufanya kugundua kuwa ngumu. Majaribio yanaonyesha kuwa katika vizingiti vya "chini ya chini" vizingiti vya Johnson vinaweza kuwa ndogo kama mizunguko ya ~ 0.5 ya kugundua, lakini katika picha za "hali ya juu" zaidi ya mizunguko 2.5 inaweza kuhitajika kwa ugunduzi wa 50% (Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson). Kwa mazoezi, asili iliyojificha au ya kuibua mara nyingi inahitaji tofauti ya lengo au azimio juu ya kiwango cha chini cha Johnson.

• Ishara - kwa - uwiano wa kelele (SNR) na kelele ya sensor: Ugunduzi wa mafuta una kelele (NETD) na safu ndogo ya nguvu. Saini dhaifu ya mafuta au kelele ya juu ya sensor inaongeza mizunguko inayohitajika. Utafiti unasisitiza kwamba SNR ya chini hufanya kama Blur: Inadhoofisha ubora wa picha na inapunguza anuwai (Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson).

Pamoja, mambo haya yanamaanisha kwamba vigezo vya Johnson vinatoa safu bora. Hesabu yoyote ya vitendo lazima ni pamoja na transmittance ya anga, tofauti ya lengo, kelele ya sensor, nk Kwa mfano, Leonardo DRS anabainisha kuwa njia za Johnson zinafikiria "ishara nyingi" (tofauti nzuri na kelele ya chini) na hewa wazi. Kwa ujumla, kiwango cha kweli cha hesabu kinazidisha formula rahisi na muonekano au muda wa maambukizi ili akaunti ya anga.

Mahesabu ya mfano

Kutumia fomula hapo juu, mtu anaweza kukadiria safu za d/r/i kwa kamera iliyopewa na lengo. Kwa mfano:

• Mfano: Mtu mrefu 2m (H_O = 2m) picha na kamera ya mafuta na f = 50mm na pixel lami p = 20μm (= 0.02mm). Kutumia kizingiti cha mzunguko wa Johnson 1 -

  $$R _ {\ rm det} = \ frac {2 \, \ maandishi {m} \ mara 50 \, \ maandishi {mm}} {2 \ mara 0.02 \, \ maandishi$$

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

• Mfano wa mtengenezaji: Ujumbe wa maombi ya Leonardo DRS hutoa lengo la mwanadamu (mwelekeo muhimu ~ 0.95m) na kamera iliyo na saizi 17μm na urefu wa umakini wa 16.75mm. Kwa kazi ya utambuzi wa mzunguko wa 3 -, hujumuisha safu ya kugundua 50% ya karibu 157m. (Pamoja na nambari zinazofanana, formula yetu hutoa $ r \ approx (0.95 \ mara 16.75)/(2 \ Times0.017 \ Times3) \ approx157 $ m, inayofanana na mfano wao.)

• Maadili ya kawaida: Katika hali nzuri (tofauti nzuri, hewa wazi), sheria ya Johnson - ya - Thumb inatabiri kugundua mwanadamu kwa amri ya kilomita chache. Kwa mfano, chanzo kimoja kinataja ~ 2000M kugundua, ~ 667M utambuzi, na ~ kitambulisho cha 333M kwa mtu 1.8M (DRI ni nini, na ni nini kulingana na hesabu?).

Mfano hizi zinaonyesha jinsi vigezo vya Johnson vinaweza kutumika moja kwa moja na hesabu rahisi. Masafa halisi katika mazoezi mara nyingi huwa chini kwa sababu ya sababu zilizotajwa hapo juu.

Maombi

Vigezo vya Johnson hutumiwa sana katika kubuni na kutathmini mifumo ya kufikiria mafuta Katika nyanja nyingi:

• Kijeshi na Ulinzi: Uainishaji wa Sensor kwa Usiku - Wigo wa maono, vituko vya mafuta, na uchunguzi mara nyingi huorodhesha safu za d/r/i kulingana na vigezo vya Johnson (Vigezo vya Johnson - Wikipedia). Upataji wa lengo na utambuzi (rafiki dhidi ya adui) usiku hutegemea makadirio haya. Maongozo mengi ya uwanja na hati za ununuzi zinarejelea 1 - 3 - 6 sheria - ya - thumb kwa silaha - vitisho vya IR.

• Tafuta na Uokoaji / Usalama: Kamera za mkono au zilizowekwa kwenye mafuta zinazotumiwa kupata watu waliopotea, au kufuatilia viwanja, pia hutumia metriki za DRI. Kwa mfano, timu za uokoaji zinaweza kuhitaji kamera inayoweza gundua mwanadamu kwa 1km na tambua saa 400m. Vigezo vya Johnson hutoa msingi wa maelezo kama haya.

• Ufuatiliaji na utekelezaji wa sheria: Doria ya mpaka, ufuatiliaji wa wanyamapori, na mifumo ya kugundua uingiliaji hutumia vigezo hivi kutabiri jinsi sensor inaweza kuchukua mtu au gari usiku. (Viwango vingine vinarekebisha kazi za Johnson; k. NATO hutumia D, R, mimi uainishaji katika mahitaji ya kufikiria.)

Katika kila kisa, vigezo vya Johnson husaidia kutafsiri vigezo vya sensor (azimio, macho, saizi ya pixel) kuwa metriki ya utendaji mzuri (anuwai ya kugundua au kutambua lengo la kawaida).

Mapungufu na marekebisho ya kisasa

Licha ya umuhimu wake, vigezo vya Johnson vina muhimu Mapungufu. Ni mfano mzuri, mzuri ambao unaacha athari nyingi za kweli - za ulimwengu:

• Masharti yaliyorahisishwa: Inachukua msingi wa sare, tofauti kubwa ya lengo, na mtazamaji aliye na kipimo. Haitoi akaunti ya kuficha au kuficha. Kwa mazoezi, lengo dhidi ya msingi tata linaweza kuhitaji azimio zaidi kuliko maadili ya kawaida ya Johnson (Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson).

• Inapuuza athari za mazingira: Vigezo vya asili havijumuishi hali ya hewa au uvumbuzi wa anga. Masomo yanasisitiza hiyo Hakuna mfano rahisi Inakamata kikamilifu ukungu, mvua, na athari za moshi (Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson()Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson). Mifumo ya kisasa mara nyingi huongezeka na muda wa maambukizi ya anga au kutumia mifano ya mwonekano wa nguvu.

• Sababu za kibinadamu: Kazi ya Johnson ilitumia waangalizi wachache waliofunzwa chini ya hali iliyodhibitiwa; Inapuuza tofauti katika mafunzo ya mwangalizi, umakini, uchovu, nk Kunaweza kuwa na tofauti kubwa kati ya watu katika uwezekano halisi wa kugundua (Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson).

• Ishara na usindikaji: Mfano huo unashughulikia picha kana kwamba ni mdogo tu na jiometri (saizi na macho). Haiingii kelele ya sensor (NETD), anuwai ya nguvu, au nyongeza za usindikaji wa picha. Kuinua kwa onboard au algorithms ya video inaweza kuboresha azimio bora, ikimaanisha kamera halisi mara nyingi huzidi mipaka ya Johnson.

• Uwezekano wa kuzingatia: Vigezo vinafafanuliwa kwa uwezekano wa ~ 50%. Hawafafanui jinsi utendaji unavyoboresha na azimio zaidi zaidi ya kizingiti, wala hawafanyi viwango vya uongo - Viwango vya kengele au curve za ROC.

Kwa sababu ya mapungufu haya, mifano ya kisasa ya utendaji inapanua mbinu ya Johnson. Kwa mfano, Jeshi la Merika Pata Mbinu hurekebisha mahitaji ya mzunguko (mizunguko 0.75 ya kugundua, nk) kulingana na upimaji wa kina zaidi (Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson). Vyombo vingi vya uchambuzi sasa vinajumuisha mifano ya MTF, SNR na anga wazi. Baadhi ni pamoja na bia - attenuation ya Lambert (kama ilivyo J - sinema/T - alikutana mifano (Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson) au metriki za clutter. Wengine huchukua nafasi ya vizingiti ngumu na nadharia ya kugundua takwimu (k.m. kutumia mpokeaji wa tabia ya mpokeaji). Walakini, vigezo vya Johnson bado ni dhana ya msingi na mwongozo wa haraka wa kwanza - wa kuagiza kwa anuwai ya mawazo ya mafuta.

Kwa muhtasari, Vigezo vya Johnson vinaunganisha azimio la anga la sensor ya infrared na kazi za vitendo za kuona lengo. Kwa kuelezea kugundua, kutambuliwa, na kitambulisho kwa suala la "jozi za mstari kwenye lengo," inapeana wahandisi njia moja kwa moja ya kuhesabu jinsi kamera iliyopewa inaweza kufanya kila kazi chini ya hali bora (Vigezo vya Johnson - Wikipedia()Mchanganuo wa Mfumo wa Kuiga Msingi kwa Magari ya Kujitegemea). Wakati mtu lazima atoe hesabu ya kweli ya ulimwengu katika muundo wowote wa kina, vigezo vya Johnson bado vinasababisha maelezo mengi ya kamera na makadirio ya utendaji leo (Vigezo vya Johnson - Wikipedia()Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson).

Vyanzo: Ufafanuzi na maadili muhimu ni kutoka kwa kazi ya asili ya Johnson (Vigezo vya Johnson - Wikipedia) na muhtasari katika fasihi (Vigezo vya Johnson - Wikipedia()DRI ni nini, na ni nini kulingana na hesabu?). Mahesabu ya anuwai ya kugundua fuata njia nyembamba za lensi katika uchambuzi wa mawazo (Mchanganuo wa Mfumo wa Kuiga Msingi kwa Magari ya Kujitegemea). Athari za mazingira na clutter zimeandikwa katika kufuata - masomo (Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson()Historia na Mageuzi ya Vigezo vya Johnson). Mifano ya vitendo na mawazo yanatoka kwa wazalishaji na ripoti za kiufundi (DRI ni nini, na ni nini kulingana na hesabu?).