Ллойд Дж. Системы тепловидения (1978) (1095910), страница 55
Текст из файла (страница 55)
(10.10) Недостатки этой простой модели заключаются в том, что свободный поиск такого типа невозможно реализовать, а также в том, что при взгляде на объект он не обязательно обнаруживается с первого раза. Лучшие модели были предложены или обоснованы в трех фундаментальных статьях по теории поиска: Кренделя и Водинского [6), Вильямса и Бороу [7[, а также Вильямса [8!. 23 — 0373 (10.7) (10.8) В этой простой модели поиска общее число попыток п равно отношению полного времени 2, отведенного на поиск, ко времени 13 одного скачка (движения и фиксации) глаза и = 2/23.
(10.6) ГЛАВА 1О Крендель и Водинский [6] постулировали модель случайного поиска и подтвердили ее справедливость тремя экспериментами. Они предположили, что процесс поиска случаен и что, если вероятность обнаружения объекта с первого взгляда равна Р,, вероятность обнаружения после п попыток равна Р= 1 — (1 — Р, )", (10.11) или, когда п велико и Р„мало: Р ж 1 — ехр [и 1п (1 — Р,з)).
(10.12) Поскольку п = Е/Ею Р (1) = 1 — ехр [Г 1п (1 — Р, )/1 1 = 1 — ехр ( — т/). (10.13) В первом эксперименте использовался акран размером 183 х Х 160 см и яркостью 17 кд/мз, рассматриваемый с расстояния 3 и, что соответствовало угловому размеру экрана 34,9 Х 30,4'. Объектом являлся кружок диаметром 3,87 мрад, условия видимости которого были близки к пороговым. Объект мог занимать одну иа 48 позиций.
Этот эксперимеят очень хорошо подтвердил принятую простую модель поиска. Во втором эксперименте использовался объект размером 1,2 мрадз на протяженном фоне яркостью 0,03 кд/м'. Угловые размеры полей, в которых производился поиск, составляли 0,22 и 0,098 ср. Адаптированные на темноту наблюдатели отыскивали 44 случайно расположенных объекта. Полученные результаты также подтвердили справедливость данной модели. В третьем эксперименте адаптированным на темноту наблюдателям предлагалось в течение 30 с произвести поиск в поле зрения диаметром 6,8; 18; 32 и 43' при яркости фона 42,5; 3,5; 0,35 и 0,035 кд/м'.
Объектами являлись кружки с угловыми размерами 1,41; 3,81; 7,03 и 13,48 мрад, и контрасты во всех этих случаях по меньшей мере вдвое превышали пороговые значения, необходимые для обнаружения объекта с вероятностью 95% при продолжительном времени наблюдения. Эти эксперименты показали, что экспоненциальная модель поиска является удовлетворительной при выполнении следующих трех условий: 1. Время поиска не превышает 30 с. 2. Параметры изображения таковы, что контраст или размер не изменяется во время поиска. 3. Наблюдатели сознательно не применяют метода поиска, отличного от случайного. Ко времени проведения этих исследований характер движений и фиксаций взгляда в зрительном процессе еще не был изучен, поэтому используемая модель не могла учитывать роль фиксаций.
Исследования Кренделя и Водинского [61 покааали также, что ВпзуАльнок восигпнтпк овъкктов 335 тренировка (приооретение наблюдателями опыта в решении поставленной задачи поиска) в среднем не оказывает заметного влияния на получаемые результаты. Вильямс н Бороу (71 показали для различных значений плотности помех и скорости движенпя элементов картины по экрану индикатора, что вероятность различения принимает простую форму Р = 1 — ехр ( — тг). Вильямс (8) разработал несколько отличную теорию донска, основанную па том факте, что последовательные фиксации внутри интервала в несколько секунд имеют тенденцию группироваться, в результате чего наблюдается частично упорядоченный процесс поиска.
Обозначая через Х общее число циклов сканирования взглядом всего поля за время данного эксперимента и через Р долю последнего цикла до момента, когда произошло обнаружение, Вильямс показал, что вероятность обнаружения объекта за Х + Р циклов сканирования равна Р (Х+ Р) = 1 — (1 — Р,,) —; РР„(1 — Р„)~, (10.14) где Р„, — вероятность обнаружения объекта за один полный цикл сканирования поля. Поскольку полное время поиска 1 есть число, кратное времени одного цикла Г,,„ Уилльямс получил Р (1) = 1 — ехр ( — т1), где т = — 1п (1 — Р„)Й„ (10.15) Во всех приведенных выше уравнениях время ц отведенное на поиск, может быть связано с физическими условиями поиска, такими, как скорость поворота приемного устройства или скорость самолета, высота, угол наклона и поле зрения приемного устройства, как показано в равд.
10.4. Блумфилд (9)показал,что поиск объекта на картине с высокой плотностью помех облегчается с увеличением контраста или размера объекта по отношению к помехам. Аналогичным образом Петерсен и Дугас (10! установили, что время поиска уменьшается, когда контраст или скорость перемещения объекта относительно фона увеличиваются. Они установили также, что в случае движения объекта в уравнение свободного поиска должен быть введен коэффициент при экспоненте. Для скорости объекта относительно картины У, меньшей 5 град!с, этот коэффициент равен С (1 + -'- 0,45 г'э), где 0,3( С < 0,5. 10.4. Геометрические соотношения прн поиске Для проведения сравнительного анализа параметров при поис- ке необходимо конкретизировать вид и порядок поиска. Простым примером является поиск объектов па земной поверхности, осу- 23* ГЛАВА 10 Фиг.
10А. К выводу соотношений прн поиске объектов на земле с воздуха. ществляемый с движущегося самолета. Для упрощения уравнений предположим, что приемное устройство находится на постоянной высоте и что движение относительно земли происходит по прямой линии. Пусть А и  — размеры поля зрения приемного устройства по азимуту и по углу места; Оа — угол наклона приемного устройства, отсчитываемый от горизонтали до центра поля зрения приемного устройства; Н вЂ” высота и Рз — скорость приемного устройства относительно земли. Эти величины показаны на фиг. 10.4 вместе с вырезаемым на земной поверхности участком. Упомянутые величины связаны между собой соотношениями Н/В, = згп (Ол — В/2), (10.16) Н/В, = вьн (О„ + В/2), (10.17) Н/Р1 = сГя (90' — (О„+ В/2)), (10.16) Н/Вз = сгд [90' — (Ол — В/2)), (10.19) И'1/В1 = 2гд (А/2), (10.20) И'з/Вз = 2гд (А/2).
(10.21) Площадь участка земной поверхности в пределах поля зрения равна Н = (/), — В,)/((И', + И' )/2). (10. 22) ВИЗУАЛЬНОЕ ВОСПРИЯТИЕ ОБЪЕКТОВ 357 Если объект входит в поле зрения в точке 2 (фиг. 10.4) и выходит из него в точке 1, то время ~ нахождения объекта в поле зрения равно (10.23) г = (б, — й„)!Т'х 10.5. 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 ЬТ относительно фона. Объект имеет критический угловой размер 6„ так что он занимает часть поля зрения А системы, определяемую отношением О,!А . 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 1, классификацию в системе 2, различение в системе 3 и опознавание в системе (. Согласно теории, связывающей разрешение эквивалентной штриховой миры с видением объекта, качество видения можно предсказать, определив максимальную разрешаемую частоту эквивалентной миры, имеющей ту же кажущуюся равность температур ЬТ н наблюдаемой при тех же условиях, что и объект. Эта теория в несколько другом виде была впервые предложена Джонсоном Н11, 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 Г:1АЗА 10 360 машин и стоящего человека. Широко известные теперь критерии Джонсона, усредненные по всем классам объектов, имеют сле- дующие значения: Число разрешаемых штрихов, требуемых для обеспечения ббк-ноа вероятности правильного решения Качество видения Обнаружение Определение ориентации Различение Опознавание 1,0+0,25 1,4+0,35 4,0+0,8 6,4+>,5 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 выра>кения для условий разрешения п>триховых мир на фоне аддитивных гауссовых шумов на экране телевизионного монитора и провели испытания для подтверждения теории. Они добавляли п>умы к телевизионным изображениям автомашин, провели испытания с наблюдателями, чтобы определить зависимость вероятности различения и опознавания от воспринимаемого отношения сигнала к шуму, н построили графики полученных вероятностей в функции ожидаемых значений воспринимаемого отношения сигнала к шуму, требуемых для разрешения эквивалентных штриховых мир для каждого объекта. 1'овеял 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 мпр. Эксперименты и полученные результаты подробно описаны в книге !1!. Строго говоря, этн данные применимы только для объектов. наб:поднемых на фоне шумов на телевизионном экране с числом строк 525 прп условии, что в остальном телевизионное изображение идеально. Для шврокого многообразия стандартов разложения, используемых в системах г1 1В, эти данные могут и не бь>ть справедливыми.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
