Johnson’?n termal g?rüntüleme tespiti ve tan?ma kriterleri

Tarihsel arka plan: 1950'lerin sonlar?nda, ABD Ordusu'ndan John W. Johnson, ?e?itli g?rsel g?revler i?in ne kadar g?rüntü detay?na ihtiya? duyuldu?unu ?l?mek i?in gece ile ?ncü deneyler yapt? (g?rme g?rüntü yo?unla?t?r?c?lar? (Johnson Kriterleri - Wikipedia). 1958 gazetesinde "G?rüntü Olu?turma Sistemlerinin Analizi"Johnson, farkl? g?revler i?in gerekli olan ampirik e?ikleri (bir hedefte sat?r ?iftlerde) bildirdi (Johnson Kriterleri - Wikipedia) (Johnson Kriterleri - Wikipedia). Bu olarak bilinir Johnson’?n Kriterleri. Mühendislerin bir hedefin verilen ko?ullar alt?nda ne kadar uzakta g?rülebilece?ini, tan?nabilece?ini veya tan?mlanabilece?ini tahmin ederek sens?r tasar?m?nda devrim yaratt? (Johnson Kriterleri - Wikipedia) (Johnson Kriterleri - Wikipedia). Bu kriterler kullan?larak, daha sonra farkl? operasyonel ko?ullar alt?nda sens?r performans?n? derecelendirmek i?in bir?ok ?ng?rücü model geli?tirildi (Johnson Kriterleri - Wikipedia) (Johnson Kriterleri - Wikipedia).

Tespit, tan?ma ve tan?mlama (DRI) g?revleri

Johnson’?n kriterleri ü? birincil olarak tan?ml?yor g?rsel g?revler:

• Tespit: G?zlemci basit?e bir nesnenin mevcut oldu?unu fark eder. (Bu düzeyde, sadece bir “l(fā)eke” veya olayda de?i?iklik g?rülebilir.) Johnson, alg?laman?n gerekli oldu?unu buldu. 1.0 ± 0.25 ?izgi ?ifti bir hedefin kar??s?nda (Johnson Kriterleri - Wikipedia).

• Tan?ma:G?zlemci genel nesne türünü s?yleyebilir (?rne?in, bir ki?iyi bir ara?tan ay?rma). Bu daha fazla ayr?nt? gerektirir - ba?lang??ta 4.0 ± 0.8 sat?r ?ifti (Johnson Kriterleri - Wikipedia).

• Tan?lama: G?zlemci belirli nesneyi tan?mlayabilir (?rne?in belirli bir ara? modeli veya belirli bir ki?i). Bu en zor g?rev, 6.4 ± 1.5 sat?r ?ifti (Johnson Kriterleri - Wikipedia).

(Johnson ayr?ca ~ 1.4 sat?r ?iftinde bir ara “oryantasyon” ad?m?n? kaydetti (Johnson Kriterleri - Wikipedia), ancak modern tart??malar genellikle DRI g?revlerine odaklan?r.) Pratik mühendislik a??s?ndan, bir sat?r ?ifti hedef boyunca yakla??k iki g?rüntü pikseline kar??l?k gelir (Johnson Kriterleri - Wikipedia). Modern termal g?rüntüleme ?zelliklerinde, bu e?ikler genellikle 1, 3 ve 6 d?ngü % 50 g?revi yerine getirme olas?l??? i?in (DRI nedir ve hesaplama i?in neye dayan?r?).

(ücretsiz adam siluet vekt?r sanat - ?ndir 17.246+ Man siluet simgeleri ve grafikler - Pixabay) Figür: G?zlem alt?nda insan ?ekilli bir hedef. -Den uzak aral?k, hedef sadece karanl?k bir siluet üretir (tespit i?in yeterli); ??zünürlük (veya yak?nl?k) artt?k?a, yüz ve giyim ?zellikleri ortaya ??kar, tan?nma ve sonu?ta tam tan?mlama sa?lar. Johnson’?n kriterleri, her a?amada ka? sat?r ?iftine ihtiya? oldu?unu ?l?er (Johnson Kriterleri - Wikipedia) (DRI nedir ve hesaplama i?in neye dayan?r?).

Johnson’?n Kriterleri (??zünürlük E?ikleri)

Johnson’?n orijinal kriterleri genellikle her g?revin% 50 ba?ar? oran? i?in a?a??daki gibi ?zetlenir (Johnson Kriterleri - Wikipedia):

• Tespit (nesne varl???): ~ Hedefte 1.0 sat?r ?ifti (% 50 olas?l?k) (Johnson Kriterleri - Wikipedia).

• Tan?ma (nesne s?n?f?): ~ 4.0 sat?r ?iftleri hedefte (Johnson Kriterleri - Wikipedia).

• Tan?mlama (belirli nesne): ~ 6.4 Hedefte ?ift ?ift (Johnson Kriterleri - Wikipedia).

Bu de?erler yüksek hedef - arka plan kontrast? ve ideal bir g?zlemci varsaymaktad?r. (Her sat?r ?ifti iki sens?r pikseline e?ittir, bu nedenle hedef geni?lik boyunca 1.0 sat?r ?ifti ≈ 2 piksel (Johnson Kriterleri - Wikipedia).) Bir?ok sistem, tespit i?in 1 - 3 - 6 d?ngü (sat?r ?iftleri) basitle?tirilmi? “DRI” say?s?n? belirtiyor - Tan?ma - Kimlik (tan?mlama (DRI nedir ve hesaplama i?in neye dayan?r?). ?rne?in, bir NATO k?lavuzu, tespit i?in kabaca 1 d?ngü, tan?ma i?in 3 ve tan?mlama i?in 6 kullan?r (DRI nedir ve hesaplama i?in neye dayan?r?). (ABD ordusu güncellendi ELDE ETMEK Kriterler, rafine g?revleri tespit etmek, s?n?fland?rmak, tan?mlamak, tan?mlamak, tan?mlamak i?in 0.75, 1.5, 3 ve 6 d?ngü kullan?r (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi).)

Johnson’?n kriterleri genellikle olas?l?kla ifade edilir: N Hedefte d?ngüler, her g?revi do?ru bir ?ekilde ger?ekle?tirme olas?l??? vard?r (genellikle sigmoid - be?eni, tablo haline getirilen e?iklerde% 50 ile). Bununla birlikte, en yayg?n olarak g?revle ilgili ??zünürlükle ilgili bir “ba?parmak kural?” olarak kullan?l?r.

Matematiksel temel (??zünürlük ve aral?k)

. ??zülebilir d?ngü say?s? Bir hedef boyunca hedefin boyutuna, menziline, sens?r optiklerine ve piksel boyutuna ba?l?d?r. Basit bir i?ne deli?i veya ince lens modeli i?in (kü?ük - a?? yakla??m?), biri bulur (Otonom ara?lar i?in temel g?rüntüleme sistemi analizi):

Neresi n hedefteki d?ngü say?s?d?r, h_o hedefin karakteristik boyutu (m), f lens odak uzunlu?u (piksel perdesi ile ayn? birimler), p piksel aral???d?r (piksel merkezleri aras?ndaki mesafe) ve R hedefin aral???d?r. Bu formül sezgisel etkileri yakalar: daha büyük bir hedef (veya daha uzun odak uzunlu?u) artar n, daha büyük bir piksel veya daha uzun aral?k azal?rken n (Otonom ara?lar i?in temel g?rüntüleme sistemi analizi). E?er N Belirli bir g?rev i?in d?ngüler gereklidir (Johnson’?n masas?ndan), alg?lama aral??? olarak ??zülebilir

?rne?in, hedef boyutu veya odak uzunlu?unu ikiye katlamak, sabit bir alg?lama aral???n? iki kat?na ??kar?r N (Otonom ara?lar i?in temel g?rüntüleme sistemi analizi). Benzer ?ekilde, piksel aral???n?n yar?ya indirilmesi (yani daha yüksek sens?r ??zünürlü?ü) aral??? iki kat?na ??kar?r. Bu formüller genellikle ideal ko?ullar alt?nda D/R/I aral?klar?n? tahmin etmek i?in Termal Kamera ?zelli?i - tabakalar? taraf?ndan kullan?l?r.

Tespit aral???n? etkileyen fakt?rler

Yukar?daki basit aral?k formülü mükemmel kontrast ve net ko?ullar varsayar. Uygulamada, bir?ok fakt?r tespit ve tan?ma aral???n? etkiler:

• Hedef boyut ve kontrast: Daha büyük (daha uzun veya daha geni?) hedefler daha büyük mesafelerde g?rülebilir; Benzer ?ekilde, daha yüksek k?z?l?tesi kontrastl? (?rne?in, arka plandan daha s?cak vs daha serin) bir hedefin tespit edilmesi daha kolayd?r. Termal kameralar i?in yayg?n bir varsay?m, güvenilir alg?lama i?in arka plandan ～2 ° C s?cakl?k fark?d?r. Daha kü?ük veya dü?ük - kontrast hedefleri daha fazla d?ngü gerektirir (dolay?s?yla daha yak?n aral?klar).

• Sens?r ??zünürlü?ü ve optik: Belirtildi?i gibi, daha ince pikseller (daha kü?ük p) ve daha uzun odak uzunlu?u f aral??? art?r?n. Ayr?ca, sens?rün modülasyon transfer fonksiyonu (MTF) ve optik kalite, detay?n ne kadar iyi aktar?ld???n? etkiler. Johnson’?n s?zleriyle, daha iyi optik (daha yüksek MTF), belirli bir g?rev i?in gerekli d?ngüleri etkili bir ?ekilde azalt?n (Otonom ara?lar i?in temel g?rüntüleme sistemi analizi).

• Atmosferik Ko?ullar: Ger?ek atmosferler k?z?l?tesi sinyalleri zay?flat?r. Ya?mur, sis veya tozun etkileri aral??? keskin bir ?ekilde azaltabilir. Basit modeller bira yasas?n? kullan?r (f_t = exp (- r/l_r)Dalga boyunda iletimi hesaplamak i?in (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi). Ampirik ?al??malar sis ve a??r havan?n IR'de bile tespit olas?l???n? büyük ?l?üde azaltabilece?ini g?stermektedir (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi). Termal IR, su buhar?ndan g?rünür ???ktan daha az ac? ?eker, ancak olumsuz hava hala ?nemli ?l?üde k?sal?r (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi) (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi).

• Arka Plan Kar???m?: Yüksek - karma?a arka plan? alg?lamay? zorla?t?r?r. Deneyler, “dü?ük da??n?kl?k” sahnelerinde Johnson’?n e?iklerinin tespit i?in ~ 0.5 d?ngü kadar kü?ük olabilece?ini, ancak% 50 alg?lama i?in “yüksek da??n?k” sahnelerde 2.5 d?ngüden ihtiya? duyulabilece?ini g?stermektedir (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi). Uygulamada, kamufle edilmi? veya g?rsel olarak karma??k bir arka plan genellikle Johnson’?n ??plak minimumunun ?ok üzerinde hedef kontrast veya ??zünürlük gerektirir.

• Sinyal - gürültü oran? (SNR) ve sens?r gürültüsü: Termal dedekt?rlerin gürültüsü (netd) ve s?n?rl? dinamik aral??a sahiptir. Zay?f bir termal imza veya yüksek sens?r gürültüsü, gerekli d?ngüleri etkili bir ?ekilde yükseltir. ?al??malar, dü?ük SNR'nin bulan?kl?k gibi hareket etti?ini vurgulamaktad?r: g?rüntü kalitesini bozar ve etkili aral??? azalt?r (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi).

Birlikte, bu fakt?rler Johnson’?n kriterlerinin idealize edilmi? aral?klar verdi?i anlam?na gelir. Herhangi bir pratik hesaplama, atmosferik ge?irgenlik, hedef kontrast, sens?r gürültüsü vb. ??ermelidir. ?rne?in, Leonardo Drs, Johnson’?n formüllerinin “bol miktarda sinyal” (iyi kontrast ve dü?ük gürültü) ve temiz hava ald???n? not eder. Genel olarak, ger?ek?i bir aral?k denklemi, basit formülü bir g?rünürlük veya iletim terimi ile atmosferi hesaba katmak i?in ?o?alt?r.

?rnek hesaplamalar

Yukar?daki formülleri kullanarak, belirli bir kamera ve hedef i?in D/R/I aral?klar?n? tahmin edebilir. ?rne?in:

• ?rnek: 2m boyunda bir ki?i (h_o = 2m) bir termal kamera taraf?ndan g?rüntülenen f = 50mm ve piksel perdesi p = 20 um (= 0.02mm). Johnson’?n 1 - D?ngü E?i?ini Kullanma,

  $$R _ {\ rm det} = \ frac {2 \, \ text {m} \ times 50 \, \ text {mm}} {2 \ times 0.02 \, \ text {mm} \ times 1} \ yakla??k 2500 \ \ tex {m}.$$

  Tan?ma (≈3 d?ngü) ve tan?mlama (≈6 d?ngüleri) i?in aral?klar s?ras?yla ≈833m ve ≈417m olur ($ r \ propto1/n $ ?ünkü).

• üretici ?rne?i: Bir Leonardo DRS uygulama notu, bir insan hedefi (kritik boyut ~ 0.95m) ve 17 um piksel ve 16.75mm odak uzunlu?una sahip bir kamera verir. 3 - d?ngü tan?ma g?revi i?in, yakla??k 157m'lik bir alg?lama aral??? hesaplarlar. (Ayn? say?larla, formülümüz $ r \ yakla??k (0.95 \ tim 16.75)/(2 \ times0.017 \ times3) \ yakla??k157 $ m, ?rnekleriyle e?le?en.)

• Tipik De?erler: ?deal ko?ullarda (iyi kontrast, berrak hava), Johnson’?n kural? - ?rne?in, bir kaynak ~ 2000m alg?lama, ~ 667m tan?ma ve 1,8m'lik bir ki?i i?in ~ 333m tan?mlamay? belirtiyor (DRI nedir ve hesaplama i?in neye dayan?r?).

Bu ?rnekler, Johnson’?n kriterlerinin do?rudan basit aritmetik ile nas?l uygulanabilece?ini g?stermektedir. Yukar?da belirtilen fakt?rler nedeniyle pratikte ger?ek aral?klar genellikle daha dü?üktür.

Ba?vuru

Johnson’?n kriterleri tasarlama ve de?erlendirmede yayg?n olarak kullan?l?r termal g?rüntüleme sistemleri Bir?ok alanda:

• Askeri ve Savunma: Gece i?in Sens?r ?zellikleri - Vizyon kapsamlar?, termal manzaralar ve g?zetim genellikle Johnson’un kriterlerine g?re D/R/I aral?klar?n? listeleyin (Johnson Kriterleri - Wikipedia). Hedef edinme ve tan?ma (arkada? vs dü?man) geceleri bu tahminlere güvenmektedir. Bir?ok saha k?lavuzu ve tedarik belgesi 1 - 3 - 6 kural -

• Arama ve Kurtarma / Güvenlik: Kay?p ki?ileri bulmak veya ?evreleri izlemek i?in kullan?lan el veya monte edilmi? termal kameralar da DRI metrikleri kullan?r. ?rne?in, kurtarma ekipleri tespit etmek 1 km'de bir insan ve tan?mak 400m'de. Johnson’un kriterleri bu tür ?zellikler i?in bir temel sa?lar.

• G?zetim ve kolluk kuvvetleri: S?n?r Devriyesi, Yaban Hayat? ?zleme ve ?zinsiz Giri? Alg?lama Sistemleri, bir sens?rün geceleri bir ki?i veya arac? ne kadar uzakta alabilece?ini tahmin etmek i?in bu kriterleri kullan?r. (Baz? standartlar Johnson g?revlerini resmile?tirir; ?rne?in NATO, g?rüntüleme gereksinimlerinde D, R, I s?n?fland?rmalar?n? kullan?r.)

Her durumda, Johnson’?n kriterleri sens?r parametrelerinin (??zünürlük, optik, piksel boyutu) sezgisel bir performans metri?ine (tipik bir hedefi tespit etmek veya tan?mlamak i?in aral?k) ?evirmeye yard?mc? olur.

S?n?rlamalar ve modern uyarlamalar

Yararl?l???na ra?men, Johnson’?n kriterleri ?nemli s?n?rlamalar. Bir?ok ger?ek - dünya etkisini atlayan ampirik, idealize edilmi? bir modeldir:

• Basitle?tirilmi? Ko?ullar: Tek tip bir arka plan, geni? hedef kontrast ve kuyu - kalibre edilmi? bir g?zlemci varsayar. Da??n?kl?k veya kamuflaj? hesaba katmaz. Uygulamada, karma??k bir arka plana kar?? bir hedef, Johnson’?n nominal de?erlerinden daha fazla ??züm gerektirebilir (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi).

• ?evresel etkileri g?z ard? eder: Orijinal kriterler hava durumu veya atmosfer zay?flamas? i?ermez. ?al??malar bunu vurgulamaktad?r Basit model yok Sis, ya?mur ve duman etkilerini tamamen yakalar (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi) (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi). Modern sistemler genellikle bir atmosferik iletim terimi ile ?o?al?r veya ampirik g?rünürlük modelleri kullan?r.

• ?nsan Fakt?rleri: Johnson’?n ?al??malar? kontrollü ko?ullar alt?nda birka? e?itimli g?zlemci kulland?; G?zlemci e?itimi, dikkat, yorgunluk vb.Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi).

• Sinyal ve i?leme: Model, g?rüntüyü sadece geometri (piksel ve optik) ile s?n?rl?yken ele al?r. Sens?r gürültüsü (NETD), dinamik aral?k veya g?rüntü i?leme geli?tirmelerini i?ermez. Yerle?ik keskinle?tirme veya video algoritmalar? etkili ??zünürlü?ü iyile?tirebilir, yani ger?ek kameralar genellikle ??plak Johnson s?n?rlar?ndan daha iyi performans g?sterir.

• Olas?l?k Oda??: Kriterler ~% 50 olas?l?k i?in tan?mlanm??t?r. Performans?n e?i?in ?tesinde daha fazla ??zünürlükle nas?l geli?ti?ini veya yanl?? - alarm oranlar?n? veya ROC e?rilerini yakalamad???n? a??klamazlar.

Bu bo?luklar nedeniyle, modern menzil performans modelleri Johnson’?n yakla??m?n? geni?letiyor. ?rne?in, ABD ordusu ELDE ETMEK Metodoloji, daha kapsaml? testlere dayanarak d?ngü gereksinimlerini (alg?lama i?in 0.75 d?ngü) ayarlar (tespit vb.)Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi). Bir?ok analiz arac? art?k MTF, SNR ve atmosferik modelleri a??k?a entegre ediyor. Baz?lar? bira - lambert zay?flamas? i?erir ( J - Film/T - Met modeller (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi)) veya da??n?k metrikler. Di?erleri sert e?ikleri istatistiksel alg?lama teorisi ile de?i?tirir (?rn. Al?c? ?al??ma karakteristik e?rilerini kullanarak). Bununla birlikte, Johnson’?n kriterleri temel bir kavram ve termal g?rüntüleme aral??? i?in h?zl? bir ilk - sipari? k?lavuzu olmaya devam etmektedir.

?zetleJohnson’?n kriterleri, bir k?z?l?tesi sens?rün mekansal ??zünürlü?ünü bir hedef g?rmenin pratik g?revlerine ba?lar. Tespit, tan?ma ve tan?mlamay? “hedefteki sat?r ?iftleri” a??s?ndan ifade ederek, mühendislere belirli bir kameran?n her bir g?revi ideal ko?ullar alt?nda ne kadar ger?ekle?tirebilece?ini hesaplamak i?in basit bir yol sa?lar (Johnson Kriterleri - Wikipedia) (Otonom ara?lar i?in temel g?rüntüleme sistemi analizi). Herhangi bir ayr?nt?l? tasar?mda ger?ek - dünya fakt?rlerini hesaba katmakla birlikte, Johnson’?n kriterleri bugün hala ?o?u termal kamera spesifikasyon ve performans tahminlerini desteklemektedir (Johnson Kriterleri - Wikipedia) (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi).

Kaynaklar: Temel tan?mlar ve de?erler Johnson’?n orijinal ?al??mas?ndan al?nm??t?r (Johnson Kriterleri - Wikipedia) ve literatürdeki ?zetler (Johnson Kriterleri - Wikipedia) (DRI nedir ve hesaplama i?in neye dayan?r?). Tespit Aral??? Hesaplamalar? G?rüntüleme analizinde ince - lens formüllerini takip edin (Otonom ara?lar i?in temel g?rüntüleme sistemi analizi). ?evresel ve da??n?kl?k etkileri takipte belgelenmi?tir -Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi) (Johnson Kriterlerinin Tarihi ve Evrimi). Pratik ?rnekler ve varsay?mlar üreticilerden ve teknik raporlardan gelir (DRI nedir ve hesaplama i?in neye dayan?r?).