Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Принимают также, что задачи, решаемые при поиске, взаимно независимы, так что условные вероятности могут быть заменены беаусловными вероятностями Рвоопр = Ров озн Ррззврнпробнрвнз. (10.2) Сложность процесса поиска объекта можно оценить на основании составленного по опубликованным данным перечня факторов, влияющих на этот процесс.
Характеристики обьекта: отношение сигнала к шуму С/Ш; контраст относительно фона С; критический угловой размер 6,; градиенты иаменения яркости на краях крупных деталей изображения; сложность контуров; место в общей рассматриваемой картине; положение на экране индикатора; форма; ориентация; перспектива; раамер по отношению к размеру экрана; скорость движения по картине У; яркость; режим работы. Характеристики картины: яркость фона Лв, плотность помех или ложных сигналов; скорость движения картины по экрану; соотношение ширины и высоты картины.
Характеристики системы: оптическая передаточная функция и связанные с ней критерии разрешения; частота выборки во времени Р; частота выборки в пространстве (число строк сканирования Ь на критический угловой размер объекта); угловой размер экрана индикаторного устройства А', передача серой шкалы градаций яркости; динамический диапазон. Характеристики наблюдателя: тренированность; мотивировка действий; утомление; получение предварительного инструктажа; возраст; коэффициент интеллекта; индивидуальные особенности; рабочая нагрузка; метод поиска; число наблюдателей и степень связи между ними; периферическая острота зрения. Разнородные, в том числе тактические, факторы: требуемая площадь зоны поиска; освещенность в кабине наблюдателя; шумы и вибрации транспортного средства, на котором установлена система; вибрации изображения или наблюдателя; допустимое время поиска.
К общему числу перечисленных факторов, равному 40, можно добавить многие другие. Все эти факторы в той или иной мере исследовались, и в последующих разделах подытожены некоторые иа наиболее полезных экспериментальных результатов. Любая статья, посвященная исследованию процессов восприятия, описывает эксперименты, в которых для получения поддающихся обработке результатов выделено только несколько факторов из всего их многообразия. Поэтому, хотя в этой области имеется множество статей, невозможно найти точно совпадающие результаты двух аналогичных экспериментов разных авторов.
Самое большее, на что ВИЗУАЛЬНОЕ ВОСПРИЯТИЕ ОБЪГКТОВ можно надеяться, это извлечь из имеющейся противоречивой массы данных некоторые общие эмпирические положения, которые могут помочь продвинуться в нужном направлении. В большинстве экспериментов, которые будут здесь рассматриваться, выбирается некоторый переменный показатель качества изображения Г, фиксируются все другие возможные показатели качества и затем изменяется величина Р', чтобы определить влияние этого показателя на вероятность решения определенной задачи Т, т.
е. отыскивается зависимость РУ [Т] от У. В этих экспериментах обычно предполагается, что влияние таких параметров, как шумы, разрешение, характер выборки, тип объекта, в первом приближении можно разделить. В этом случае максимальное значение Рг! Т1 может не быть равно единице, поскольку максимально достижимая вероятность может быть ограничена фиксированными параметрами. По мнению автора, предварительная оценка поведения системы в реальных условиях полезна для общего понимания влияния переменных на Ру ~Т), но попытка точно предсказать результаты натурных испытаний — пустая трата времени. Лучший подход к проблеме определения характеристик заключается в проведении грамотно спланированных испытаний в натурных условиях и на моделях, а также в экстраполяции результатов на основе общих принципов для других условий.
Именно в этом духе построены последующие разделы главы. В них описаны некоторые заслуживающие доверия экспериментальные результаты, иллюстрирующие общие принципы поиска объектов. Известно немного публикаций, относящихся к исследованию тепловизионных систем, однако имеется множество описаний экспериментов в области фотографии и телевидения с использованием изображений, достаточно похожих на тепловые, чтобы представить для нас интерес. Прежде чем рассматривать исследования собственно тепловых изображений, рассмотрим результаты этих экспериментов в видимой области спектра.
Лучшим источником информации о визуальном восприятии объектов является монография П!. 10.2. Движения глаза во время визуального поиска Процесс визуального поиска объекта в пределах поля зрения в значительной мере определяется ограничениями скорости и частоты движений глаз. При свободном поиске центр поля арения останавливается на короткий период, быстро перемещается в другую точку, вновь фиксируется и процесс повторяется, пока глаз не обнаруживает объект. Скорость, с которой может перемещаться поле зрения глаза, ограничивается числом возможных фиксаций в секунду и траекторией поиска, которая обычно выбирается полу ГЛАВА 10 350 Срелиее расстояние между точками Фиксации Срелнее время Фиксации, с Узловое размер картины 0,578 0,468 0,384 0,361 0,355 0,307 0,87' 1,82 2,13 3,72 4,33 6,30 3' 6 0 18 24 51е18' 4.
При угловом размере, меньшем 9', эффективность поиска резко снижается, поскольку увеличивается число точек фиксации, лежащих за пределами картины, что следует из приведенных ниже данных: Число точен фиксации, лежащих за вреаеламй нартины, % Утловаз равмер картины ) э 6 3 10 50 75 5. При угловом раамере картины, большем 9', число точек фиксации в центре возрастает за счет точек на периферии бессознательно. Дальнейшее рассмотрение относится именно к этим проблемам, причем сначала рассматривается механизм поиска, а аатем приводятся соответствующие уравнения.
Основные статьи, в которых описывается механизм поиска, [2 — 4[. Эпох [2! использовал круглые аэрофотоснимки углового размера 3, 6, 9, 18 и 24' иа дистанции наблюдения 55 см и 51'18' на дистанции 34 см. Максимальная яркость картины составляла -200 кд/мв. Эпох регистрировал движения глаз наблюдателей в процессе поиска колец Ландольта на фоне атих снимков и пришел к следующим выводам: 1. Максимальное число точек фиксации приходится на центр картины. 2. Большее число точек фиксации сосредоточено в правой и нижней частях картины, в остальных участках точек меньше.
3. Времяефиксации уменьшается, а расстояние между точками фиксации увеличивается с увеличением углового размера картины, как следует из приведенной ниже таблицы: ВизуАльног Восприятии Оьъектов 35в и соответствующим образом уменьшается эффективность поиска. 6. Верхний левый угол картины обследуется реже всего. В соответствии с выводами Эноха оптимальный угловой размер картины составляет 9', а уменьшение и увеличение этого размера приводят к уменьшению эффективности поиска по причинам, укаэанным в пп.
4 и 5. Отсюда следует, что увеличение углового размера экрана индикатора сверх 9 оправдано лишь в тех случаях, когда избыточные участки экрана используютсяедля ориентации и навигации. Форд и др. !31 провели аксперимент по визуальному поиску с целью определения частоты фиксаций глаза, продолжительности фиксаций и расстояния между точками фиксации. Производя поиск небольшого объекта, диаметром 3мм, близкого к порогу восприятия, в поле 30' диаметром 305 мм прп яркости 8,5 кд/мв в течение 5 с, авторы установили, что частота фиксации заключена в диапазоне 2,2 — 4,4 с ' со средним значением 3,1 с '. Средняя продолжительность фиксаций 0,28 с, т.
е. фиксация занимает 85% времени. Среднее время движения 0,04~с,т.е. движение занимает 15% времени. Среднее расстояние между точками фиксации составляло 8,6'. Форд и др. !31 установили также, что имеется',тенденция пренебрегать центральным и внешним участками поля. Обобщающие соображения относительно движения глаза во время поиска приведены Уайтом !51, который утверждает, что время фиксации возрастает для более сложных картин и более жестких'требований.
Байкер и др. ~4! провели эксперименты яо наблюдению на экранах индикаторов неподвижных изображений произвольной формы. Плотность помех, или относительное число мешающих изображений, была постоянной, так что общее число помех было 50 и иЗп ф гп 10 0 50 100 ! Размер л данг, еме 1риг. 10Л. Время поиска в аависимости от площади экрана индикаторного устройства 14). 1 — средневрийметичесиое время; Š— среинегеометричесиое время..
Фиг. г0.2, Используемая в исследованиях классификация положений объекта на экране !4]. 352 глава 1о 2 3 т О Положение обаелта Фиг. 10.3. Время поиска а аааисимостп от положения объекта 14). пропорционально площади экрана. Авторы установили, что зависимость времени поиска от площади экрана имеет вид, показанный на фиг.
10.1. Напротив, если число помех не зависит от размера экрана, время поиска с увеличением площади экрана остается неизменным. Эти авторы разделили также круглый экран с неподвижными изображениями на пять кольцевых зон равной ширины (фпг. 10.2) и установили, что при поиске объекты быстрее всего отыскиваются в зоне 3 (фиг. 10.3.) 10.3. Теории свободного поиска Применим теперь представление о чередовании быстрого перевода взгляда и его фиксации в зрительном процессе для расчета вероятности видения одиночного объекта на экране индикатора.
Наиболее эффективный возможный процесс поиска можно в принципе представить как такой, при котором движение глаз обеспечивает периодический осмотр всего изображения на экране без перекрытий и без пропусков. Уравнение поиска для этого случая выводится следующим образом. Пусть телесный угол, соответствующий однократной фиксации взгляда, равен Йе, а телесный угол, соответствующий всей площади экрана индикатора, равен Йа. Тогда один полный цикл поиска будет содержать Й,/йе фиксаций взгляда.
Число результативных действий, в процессе которых мы увидели объект, равно единице, а число нерезультатнвных действий равно (Й,/Йе) — 1. Задача в том виде, как она здесь сформулирована, эквивалентна, таким образом, определению вероятности выбора черного шара в п попытках без пополнения шаров из сосуда, содержащего а черных шаров и Ь белых шаров. Возможное число нежелательных 353 ВИЗУАЛЬНОЕ ВОСПРИЯТИЕ ОБЪЕКТОВ событий равно Ь. Для такого биномиального распределения веро- ятность и — г результативных событий в п попытках равна и! Р(23 г) 3 р о, (10.3) где р и д вероятности результативного и нерезультативного исходов одной попытки. Величины р и д связаны с а и Ь соотно- шениями а Р а+5 ь о=— а.+Ь . (10.4) (10.5) В том случае, когда объект обнаруживается при первом взгляде на него, требуемое число результативных событий и — г равно 1 и а=1, Ь= —" — 1, ыа Тогда р = 173/й„ Д == 1 — (132/Я,), Поскольку имеется только один результативный исход попытки, можно оценить вероятность Р (1) не по уравнению (10.9), а проще: (3/2 )! =1 — (1 — — „' )'Иа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
