Guns.ru Talks
Ночная оптика
Разрешение тепловизоров и их дальность ( 1 )

тема закрыта

вход | зарегистрироваться | поиск | реклама | картинки | календарь | поиск оружия, магазинов | фотоконкурсы | Аукцион
Srat
14-11-2011 02:02 Srat
В связи с моим интересом в покупке монокуляра - тепловизора а также в связи с путаницей в показаниях импортеров таких моноклей, не поленюсь выложить расчет дальности обнаружения цели в такие монокли, очень полезно надеюсь будет кому-то:

на 300 метрах поле зрения при объективе в 24 градуса будет составлять
2*tan(12deg)*300 м = 127 метров
фигура человека составит 1,8 м
1,8/127=0.01417 долей поля зрения
1 пиксел составляет 50мкм = 0.00005 м
поле зрения матрицы составляет 240/160 пикселей ->
-> размер матрицы - 0.012 м * 0.008 м , т.е. 1,2 см на 0,8 см
следовательно на 320 метров человеческая фигура занимает 0.012 * 0.01417 / 0.00005 = 3,4 пикселя
Так как по теории тепловидения обнаружение возможно если цель занимает
более 2 пикселей, распознавание - если 6 пикселей, идентификация - 12 пикселей, следовательно:

для 24d, 240*180 для фигуры 1,8 метра:
обнаружение: 508 метров
распознавание: 169 метров
идентификация: 84 метра

для 24d, 240*180 для фигуры 1 метр (подсвинок, собака):
обнаружение: 282 м
распознавание: 94 м
идентификация: 47 м

т.е. на 280 метров будет видно что там что-то есть, на 94 метрах будет видно что это животное а не человек, на 47 - что кабан

Вот так в теории кабан будет выглядеть на 50 метрах в теплик с матрицей 240*160 (длина кабана умещена в 12 пикселей):

180 x 180

edit log

Srat
14-11-2011 02:03 Srat
Для прибора с матрицей 320 и объективом в 24 градуса:

высота цели, м: 1.8
дальность обнаружения, м: 677
дальность распознавания, м: 226
дальность идентификации, м: 113

высота цели, м: 1
дальность обнаружения, м: 376
дальность распознавания, м: 125
дальность идентификации, м: 63

кабан на 50 метрах в теории выглядит так (ширина фигуры 15 пикселей):
180 x 180
на 63 метрах - смотри фото в посту N1

Лично для меня приведенный расчет стал неким отрезвляющим фактором, я понял что к видео выложенному в интернете надо относиться скептически и трезво оценивать возможности продаваемых приборов.

edit log

Srat
14-11-2011 02:12 Srat
Тема ИМХО нужная, если я в чем-то ошибаюсь, прошу меня поправить

edit log

МарКа
15-11-2011 00:05 МарКа
Американские милитари делают тепловизионные прицелы для стрельбы на 400 метров,это стандарт современного ближнего боя.Как это понимать?
Srat
15-11-2011 08:22 Srat
Там матрица 640*480 плюс объектив с более меньшим углом поля зрения

edit log

yevogre
15-11-2011 11:35 yevogre
quote:
Originally posted by Srat:

Тема ИМХО нужная, если я в чем-то ошибаюсь, прошу меня поправить


Эту тему затрагивали ТУТ
Ошибка в том, что разрешение матрицы никогда не отражает разрешение системы,
т.е. матрица + оптика.
Да и за базу разрешения матрицы берётся размер ДВОЙНОГО пикселя (т.н. частота Найквиста).
yevogre
15-11-2011 12:40 yevogre
quote:
Originally posted by Srat:

т.е. реально у матрицы разрешение не 160*120 как написано а 320*240?


С точностью до наоборот.
За базу берут не количество пикселей, а их размер.
Размер пикселя микроболометра (из доступных) 25 или 35 микрон.
В случае 25 микрон это 40 линий/мм.
При включении частоты Найквиста разрешение будет уже 20 линий/мм.
Отсюда и плясать.
Далее включается разрешение оптики - общее ещё больше падает.

А для того, чтобы в этом удостоверится, посмотрите на данные по ЭОПам.
Размер микроканала (усреднённо) 5 микрон, шаг каналов 6.5 микрон.
При простом делении получаем разрешение в 160 линий, а производитель в качестве
предела разрешения декларирует 80, т.е. половинку.
Но на дистанцию обнаружения это влияет слабо. Сигнал есть - объект обнаружен.
А вот с распознаванием уже серьёзно, надо учитывать всё.

Srat
15-11-2011 12:50 Srat
Картинка на экране будет формироваться исходя из 20 штрихов а не 40?

edit log

Srat
15-11-2011 12:52 Srat
quote:
С точностью до наоборот.

я и имел в виду что пикселей в ряду 320 штук а разрешение указывается 160

edit log

yevogre
15-11-2011 13:27 yevogre
Очень трудно дискутировать - ответы просто не публикуются.

quote:
Originally posted by Srat:

Картинка на экране будет формироваться исходя из 20 штрихов а не 40?


Именно так.
quote:
Originally posted by Srat:

я и имел в виду что пикселей в ряду 320 штук а разрешение указывается 160


Я так не думаю. В паспорте на микроболометр указывается реальное количество пикселей, а вот в рассчётах
надо учитывать половину от указаных.
При проектировании таких серьёзных приборов в паспорте на матрицу указывают:

MTF >= 40% Nyquist.

Это для проектировщика оптической системы. Означает, что если контраст междц 2-мя точками
изображения будет не менее 40%, то матрица будет полностью "вытянута" на частоте, равной 1/удвоенный размер пикселя.
В современных болометрах размер пикселя 25 микрон, размер матрицы - число пикселей умножить на размер (0,025мм),
угол поля зрения прибора - ATAN(размер матрицы/фокус объектива).
Ну и так далее....

Srat
15-11-2011 14:13 Srat
ну значит расчет правильный, надо только точнее узнать разрешение матрицы с учетом числа Найквиста (т.е. фактически разрешение картинки на экране) и угол поля зрения (или кратность) оптики
yevogre
15-11-2011 14:22 yevogre
quote:
Originally posted by Srat:

и угол поля зрения (или кратность) оптики


Не путайте базовые понятия!
Кратность - увеличение - и пр. есть соотношение углов.
Угол, под которым прибор показывает, к углу, под которым он видит. Не более.
Угол поля зрения формируется ФОКУСНЫМ РАССТОЯНИЕМ оптики.
Srat
15-11-2011 14:48 Srat
quote:
Кратность - увеличение - и пр. есть соотношение углов.

Погуглил, понял. Я оперировал понятием "угол зрения". Чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол зрения и наоборот, а кратность - внутренний показатель объектива который равен отношению фокусного расстояния к диагонали матрицы

Я имею в виду, что в монокулярах-тепловизорах (без использования насадок) угол поля зрения не изменяется, фокусное расстояние и кратность тоже заданы раз и навсегда при производстве матрицы и корпуса с объективом => количество пикселей которое занимает человеческая фигура (допустим на 300 м) на матрице можно вычислить исходя только из угла поля зрения и высоты данной фигуры

edit log

yevogre
15-11-2011 14:51 yevogre
quote:
Originally posted by Srat:

внутренний показатель объектива который равен отношению фокусного расстояния к диагонали матрицы


Это вам Гугль выдал?
Мне жаль тех, кто там ищет.....
Srat
15-11-2011 15:02 Srat
ПРосветите, серьезно.
Пока нашел что "Кратность увеличения объектива - Равна отношению фокусного расстояния объектива (в мм) к длине диагонали кадра (в мм)"

http://www.photorescue.ru/vocabulary/core?id=180

Srat
16-11-2011 10:59 Srat
Расчет-то и картинка с 15-ти пиксельным кабаном правильная или нет?
рустам1
16-11-2011 21:20 рустам1
отмечусь
Srat
23-11-2011 08:39 Srat
ап
yevogre
23-11-2011 11:40 yevogre
quote:
Originally posted by Srat:

Расчет-то и картинка с 15-ти пиксельным кабаном правильная или нет?


Форум тормозит так, что писать не хочется.
Рассчёт верный, только за базу надо брать ДВОЙНОЙ размер пикселя как минимум.
Т.е. количество РЕАЛЬНЫХ пикселей 120 Х 90 при тех-же исходных.
И то результат будет очень приблизительный, т.к. в основе только матрица без
учёта "добавок" от оптики.
Причём в качестве дистанции ОБНАРУЖЕНИЯ можно брать и 1 пиксель, сигнал, ИМХО, будет.
А вот всё остальное - в 2 раза ближЕЕ, ИМХО
Srat
23-11-2011 11:58 Srat
мне вроде говорили менеджеры по этому вопросу, что 320*240 это количество именно двойных пикселей...
yevogre
23-11-2011 12:20 yevogre
Думаю, что это путаница.
320 Х 240 это количество рабочих пикселей.
Общее количество на матрице 384 Х 288
Но точно смогу сказать только определив размер поля матрицы.
Надо знать фокус объектива и угол поля зрения прибора.
Dunkel1
24-11-2011 23:05 Dunkel1
Field of View: 24.(H) x 18.(V) - область луча
Focal Length: 19mm Fixed Focus

Евгений эта информация необходима?

Srat
25-11-2011 01:03 Srat
сегодня общался с менеджером, он сказал что частота найквиста применяется только для измерительных приборов, для охранных и охотничьих 1 пиксель на матрице соответствует пикселю на дисплее
yevogre
25-11-2011 12:20 yevogre
quote:
Originally posted by Srat:

сегодня общался с менеджером, он сказал что частота найквиста применяется только для измерительных приборов


Менеджер, вероятно, после школы сразу?
Частота Найквиста есть основополагающая для рассчёта оптики.
Задаётся в виде ограничения по ЧКХ - MTF >= 60% Nyquist.
Такую фразу пишут НОРМАЛЬНЫЕ разработчики сенсоров.
Я сам пытался этот закон обойти, моделировал засветки и матричное восприятие.
Получил то-же самое - Найквист он и в Африке Найквист (вместе с Котельниковым)
Что-то вытягивают астрономы, но у них попиксельная обработка и частотка объективов саавсем другого порядка.
quote:
Originally posted by Dunkel1:

Евгений эта информация необходима?


Фокус есть, нужно поле зрения прибора (м/100м или угол)
verydarknight
25-11-2011 16:34 verydarknight
Обнаружение, распознавание и идентификация объектов:

www.pergam-vision.ru/files/file_name_19913aff8724bfac99cbed64764b7052.pdf
verydarknight
25-11-2011 16:38 verydarknight
Обнаружение, распознавание и идентификация объектов:
www.pergam-vision.ru/files/file_name_19913aff8724bfac99cbed64764b7052.pdf
verydarknight
26-11-2011 00:08 verydarknight
Обнаружение, распознавание и идентификация:
http://pergam-vision.ru/files/file_name_19913aff8724bfac99cbed64764b7052.pdf

edit log

yevogre
26-11-2011 11:28 yevogre
quote:
Originally posted by Srat:

он сказал что частота найквиста применяется только для измерительных приборов



Показывает уровень менеджера. В принципе, в школе теорему Котельникова не проходят.
Но от того, что её не проходят, улучшения не просматривается.
Для разработчиков оптики в паспортах на матрицу специально указывают - MTF >=40 (50...60)% Nyquist.
Расстояние между каналами МКП в ЭОПе 6...7 микрон. Теоретически разрешение такого прибора 140...160 линий.
Но указывают ровно половину - почему вдруг?
quote:
Originally posted by Dunkel1:

Евгений эта информация необходима?


Нужен указанный размер поля зрения - либо м/100м, либо угол.
Леша
26-11-2011 14:22 Леша
quote:
Originally posted by Srat:

Так как по теории тепловидения обнаружение возможно если цель занимает
более 2 пикселей, распознавание - если 6 пикселей, идентификация - 12 пикселей, следовательно:

для 24d, 240*180 для фигуры 1,8 метра:


На мой взгляд, все эти критерии достаточно неудобная и даже порочная вещь.
Вот вы взяли размер человека 1.8 м, но надо было взять 0,6-0,75 м, т.е. уже на этом этапе вы ошиблись в 3 раза.
Потом, эти критериии имеют еще и вероятность, которая составляет... 50% (либо сможете распознать-идентифицировать, либо нет шутка, конечно. Но про 50% не шутка).
Имхо самый удобный вариант, который, к тому же очень часто используется - указание разрешения прибора в мрад. А уж дальше сами решайте, что вы сможете и на каком расстоянии обнаружить, распознать и т.д.
Если вы хотите на практике оценить количество пикселей объекта, то можно использовать любой девайс с возможностью установки известного фокусного расстояния объектива, который потом легко пересчитать в мрад.
Srat
26-11-2011 19:24 Srat
Там дальше для метровой фигуры есть расчет
alexsi
7-12-2011 07:23 alexsi
Всем добрый день. Знающие люди ответте. Везде пишут,что тепловизар показует в поле,в редком лесу. Скажите,а в буреломах и плотном лесу он работать будит? Или деревья не дадут видить зверя на 200м ?
Srat
7-12-2011 07:55 Srat
нет, не будет.
angol
13-12-2011 21:11 angol
Позвольте внести ясность. Для распознавания ростовой фигуры, достаточно 6 пикселей на высоту фигуры. При условии, что оптика не ухудшает разрешение матрицы. Все Найквисты оставьте разработчикам критериев. Тем людям, которые сочли 6 пикселей достаточными. Вероятность тоже уже учтена в критерии

Этот критерий, соответствует определению в полевых условиях -левая или правая рука у фигуры поднята. Не количество звездочек или половая принадлежность. Критерий условен и предназначен исключительно для сравнения приборов между собой. Для определения, на какой дальности будет распознан кабан 2х2 или пулеметное гнездо, применяются коэффициенты пересчета по отношению к дальности распознавания ростовой фигуры.

Теперь собственно о дальности. Ее легко посчитать из подобных треугольников -фигура 1.7м на дальности Д и 6 пикселов на фокусном расстоянии f. Из этой пропорции Д=1.7м *f / 6*шаг пикселов.

При шаге матрицы 25 мкм и фокусном расстоянии объектива 50 мм, дальность распознавания фигуры ростом 1.7 м (6 пикселов) получается на 600 метрах. А при фоксном расстоянии 100 мм, правильно - на 1200 м.

edit log

yevogre
13-12-2011 22:21 yevogre
quote:
Originally posted by angol:

При условии, что оптика не ухудшает разрешение матрицы.


Это РАЗ. Ухудшает и всегда, ибо ЧКХ перемножается.
quote:
Originally posted by angol:

Все Найквисты оставьте разработчикам критериев.

Частота Найквиста определяет, что за РАБОЧЕЕ разрешение берётся размер двойного пикселя.
И никак этот критерий не перепрыгнуть.

Основная ошибка СЧИТАЮЩИХ заключается в том, что оптика априори идеальна,
имеет разрешение более 1000 линий и ни на какой спектр не реагирует.

Критерий Релея - для особо умных, а уж про число Штреля вааще молчим, ибо просто не ДОЧИТАЛИ.

злобный карлик
отмечусь для расширения кругозора и получения новых знаний, тема очень полезная.
ЕНС
14-12-2011 14:27 ЕНС
Интересная, но для меня сложная (в теоретическом плане) тема. Поэтому просто иллюстрации. Дистанция от 50 до 100 меторв.
click for enlarge 720 X 576  84,0 Kb picture
click for enlarge 720 X 576  75,6 Kb picture
click for enlarge 720 X 576  53,0 Kb picture
click for enlarge 720 X 576  76,5 Kb picture
click for enlarge 720 X 576  66,9 Kb picture
Srat
14-12-2011 14:49 Srat
Разрешение матрицы и угол поля зрения объектива какой?
angol
14-12-2011 16:25 angol
quote:
Это РАЗ. Ухудшает и всегда, ибо ЧКХ перемножается

Хотелось бы посмотреть живьем, как Вы перемножаете ФПМ (ЧКХ давно не употребляется) оптики на ФПМ квадратной не сканирующей апертуры элемента приемной матрицы . Не умножайте сущности не дающие результата.

quote:
Частота Найквиста определяет, что за РАБОЧЕЕ разрешение берётся размер двойного пикселя

Прекрасно, и вы знаете какое (рабочее разрешение)? Вот исследователи, изучавшие вопрос, пришли к выводу, чтоб определить руку, надо 6 пикселей на высоту объекта. Теперь, обратным расчетом, можете обратиться к Найквисту и общаться с частотами. А можете, как делают все, сразу взять 6 пикселей и забыть про частоты. По мне, удобнее штаны одевать через ноги, а критерием пользоваться напрямую. Хотя умножить на два, а потом поделить на два же, труд не непосильный, он просто лишний. Им злоупотребляли, когда пытались спрогнозировать свойства малоизвестных тепловизоров из всем известных приборов ночного видения. Сегодня тепловизоры не настолько экзотичны и статистика по ним достаточна. Там, где для распознавания (вижу руку) для ПНВ требуется различить 4 пары штрихов на высоту человека, для матричного тепловизора достаточно иметь 6 строк. Кстати, в этот критерий, входит и оптика объектива, работающая на дифракционном пределе.

И еще, Евгений, поверьте на слово, критерий Релея и число Штреля мне хорошо известны. А не употребляю их по той простой причине, что они не имеют никакого отношения к определению дальности распознавания тепловизором. Чего и Вам советую. Чтоб не путаться во множестве лишних сущностей.

yevogre
14-12-2011 17:14 yevogre
quote:
Originally posted by angol:

Хотелось бы посмотреть живьем, как Вы перемножаете ФПМ (ЧКХ давно не употребляется)


ФПМ - Функция Передаточной Модуляции - есть прямой перевод MTF (Modulation Transfert Funktion),
которая всю жизнь по русски называлась Частотно - Контрастная Характеристика.

По поводу перемножения - при получении ПОЛНОГО паспорта матрицы (я имею в виду CMOS, там видел)
указывается прямо - MTF >= 60% Nyquist для проектирования оптики.
Это позволяет ВЫТЯНУТЬ матрицу по полной на частоте Найквиста.

Пиксели, по которым определяется (в картинках) критерий Джонсона есть пиксели матрицы экрана.
Перенос отнюдь не 1:1, а именно на частоте Найквиста (исходно).
Т.е. за размер рабочего пикселя микроболометра надобно брать не 25 микрон, а 50 и отсюда считать.
Вы правы, мне не попадалась MTF матрицы, только ссылка на предельный контраст.
Но беру по аналогии с ЭОПом. Там "всё включено" - внутренние шумы, рассеяние из-за расстояний и пр.
У микроболометра это также имеется и можно составить график MTF для каждого энджина в отдельности.
Затем чтобы получить результат эти графики надобно перемножить (системы и оптики) именно по модуляции.
Т.к. у обоих компонентов модуляция в районе Найквиста будет меньше 1-цы, то и результат будет соответствующий.

Релея я вспомнил потому, что критерий определения наименьшего расстояния между точками никто не отменял.
Надо только знать этот самый наименьший контраст - у Релея 20%, у тепловиков, ИМХО, несколько больше.
А Штрель много чего показывает, в частности как работает оптика во всём диапазоне, к которому чувствительна матрица.
Там тоже хроматизм имеется, только исправить его на порядок сложнее.

angol
14-12-2011 20:26 angol
ФПМ уже лет 20 как заменила ЧКХ в ГОСТе, на этом ее жизнь закончилась "по-русски" еще в СССР.
quote:
По поводу перемножения ... 60% Nyquist для проектирования оптики.

Так, так, почти вижу живьем перемножение одной цифры на целую МТФ "вытягиванием" с применением "хроматизма"...

quote:
беру по аналогии с ЭОПом

Вот тут, Евгений, ошибка. Дискретный растр не имеет аналогии с аналогом (простите невольный каламбур). Каковым является экран ЭОПа. Поскольку, не смотря на наличие дискретных структор в ЭОПе -МКП и волоконной шайбы, его суммарное разрешение весьма далеко от возможностей МКП с учетом критерия Найквиста, что и позволяет применять понятие ФПМ.

Именно дискретная структура приемной матрицы обесценивает частотный подход. Никакой ФПМ здесь не построишь, в силу неопределенности реакции растра на растровое изображение, без точной привязки координат.

Представьте себе реакцию приемной матрицы на миру аналогичного шага, штрихи которой совпадают с элементами и реакцию на ту же миру, штрихи которой сдвинуты на полпиксела. Волосы дыбом не встают? А ведь, в рамках частотной модели, это один и тот же случай...

А Штрель, Рэлей, хроматизм совершенно лишние как и Цернике, Аббе и Герцбергер с Русиновым (надеюсь софорумники оценят нашу с Вами образованность ). Если речь идет о дальности распознавания матричного тепловизора. Только цель и положенное количество пикселей на ней. И больше ничего между Вами

edit log


Guns.ru Talks
Ночная оптика
Разрешение тепловизоров и их дальность ( 1 )