Системы тепловидения - Разрешение эквивалентных штриховых мир

1. Разрешение эквивалентных штриховых мир

На примере многих исследований показано, что наиболее важным единым параметром, характеризующим возможный уровень видения объекта с помощью системы, является разрешение различных штриховых мир, эквивалентных объекту. Такой подход справедлив независимо от природы имеющегося сочетания различных дефектов изображения. Он проиллюстрирован на фиг. 10.5 в предположении, что объект характеризуется критическим размером, определяемым размерами деталей объекта, существенных для его видения. В типичном случае этот минимальный габаритный размер проекции изображения объекта на плоскость, перпендикулярную линии наблюдения (фиг. 10.6). Штриховая мира, эквивалентная объекту, является одной из мир набора, в котором полная ширина мир равна критическому размеру объекта, а длина соответствует размеру объекта в направлении, перпендикулярном критическому.
На фиг. 10.7 показано несколько примеров влияния различных дефектов изображения на качество последнего. Объект один и тот же во всех случаях и характеризуется определенной средней кажущейся разностью температур черного тела АТ относительно фона. Объект имеет критический угловой размер 0С, так что он занимает часть поля зрения А системы, определяемую отношением QJA. На фиг. 10.7 система 1 ограничена случайными шумами, система 2 характеризуется недостаточным увеличением, параметры системы 3 ограничены МПФ, а системы 4 — растровой структурой изображения. В приведенном примере качество изображения в каждой последующей системе лучше, чем в предыдущей, и обеспечивает обнаружение в системе 7, классификацию в системе 2, различение в системе 3 и опознавание в системе 4.
Согласно теории, связывающей разрешение эквивалентной штриховой миры с видением объекта, качество видения можно предсказать, определив максимальную разрешаемую частоту эквивалентной миры, имеющей ту же кажущуюся разность температур АТ и наблюдаемой при тех же условиях, что и объект. Эта теория в несколько другом виде была впервые предложена Джонсоном [111, который пытался найти связь характеристик электронно-оптических преобразователей изображения в реальных условиях с с объективными лабораторными критериями.
Джонсон определил число разрешаемых штрихов, соответствующих критическому размеру объекта, для восьми типов военных

фиг. 10.5. Эквивалентные штриховые тест-объекты (миры).

Критический размер объекта.

Фиг. 10.7. Ограничения качества изображения различными характеристиками систем а — система I; б — система 2\ в — система з; *— система 4.

машин и стоящего человека. Широко известные теперь критерии Джонсона, усредненные по всем классам объектов, имеют следующие значения:

Эти критерии были непосредственно выведены из экспериментальных наблюдений и являются строгими только для безрастровой структуры изображения в электронно-оптических преобразователях.
Розелл и Вильсон [12] уточнили теорию, применив понятие воспринимаемого отношения сигнала к шуму, описанное в гл. 4. Они вывели выражения для условий разрешения штриховых мир на фоне аддитивных гауссовых шумов на экране телевизионного монитора и провели испытания для подтверждения теории. Они добавляли шумы к телевизионным изображениям автомашин, провели испытания с наблюдателями, чтобы определить зависимость вероятности различения и опознавания от воспринимаемого отношения сигнала к шуму, и построили графики полученных вероятностей в функции ожидаемых значений воспринимаемого отношения сигнала к шуму, требуемых для разрешения эквивалентных штриховых мир для каждого объекта. Розелл и Вильсон приняли, что для различения требуется разрешение 7-штриховой миры, а для опознавания — 11-штриховой.
Полученные результаты подтвердили простую теорию, согласно которой различение и опознавание объекта можно предсказать по разрешению эквивалентных штриховых мир. Эксперименты и полученные результаты подробно описаны в книге [1]. Строго говоря, эти данные применимы только для объектов, наблюдаемых на фоне шумов на телевизионном экране с числом строк 525 при условии, что в остальном телевизионное изображение идеально. Для широкого многообразия стандартов разложения, используемых в системах FLIR, эти данные могут и не быть справедливыми. Вильямс [13] провел аналогичные эксперименты с системами FLIR с обработкой изображений па ЭВМ и нашел, что степень различения хорошо согласуется с числом разрешаемых штрихов, укладывающихся в критическом размере объекта. Эти результаты можно использовать независимо от степени влияния на качество изображения растровой структуры, разрешения, контраста и шума; они подробно описаны в разд. 10.9.