priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2024-67-9-776-789pribor-71Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПЛЕКСЫOPTICAL AND OPTOELECTRONIC DEVICES AND COMPLEXESУсовершенствование расчетно-аналитической методики оценивания эффективности телевизионных камер при обнаружении и распознавании объектовImprovement of the Calculation and Analytical Method of TV-Camera Efficiency Assessment in Objects Detection and RecognitionОвсянниковВ. А.OvsyannikovV. A.

Владимир Александрович Овсянников, д-р техн. наук, гл. научный сотрудник

Казань

Vladimir A. Ovsyannikov, Dr. Sci., Chief Researcher

Kazan

jar_ovs@mail.ruОвсянниковЯ. В.OvsyannikovYa. V.

Ярослав Владимирович Овсянников, инженер-программист

Казань

Yaroslav V. Ovsyannikov,  Engineer-Programmer

Kazan

gipo@shvabe.comГосударственный институт прикладной оптикиState Institute of Applied Optics202426112024679776789Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/71

   Рассматривается усовершенствованная инженерная методика оценки вероятности обнаружения и распознавания объектов местности посредством телевизионных камер (ТК) воздушного и наземного базирования, работающих в видимом и/или ближнем инфракрасном диапазоне спектра в дневное и ночное время суток. Представленная методика концептуально схожа с таковой для тепловизионных приборов, что обеспечивает возможность получения сопоставимых оценок показателей эффективности этих видов аппаратуры наблюдения и, значит, прогнозирование эффективности всего оптико-электронного комплекса, состоящего из телевизионного и тепловизионного каналов. Предложенная расчетно-аналитическая методика, в отличие от известных, учитывает ряд дополнительных существенных факторов: работу ТК в зависимости от уровня естественной освещенности местности как в шумоограниченном, так и контрастно-ограниченном режиме, когда их эффективность лимитируется соответственно шумом ТК или же ограниченной контрастной чувствительностью зрительного анализатора человека-оператора; тип и балльность облачности, ослабляющей облученность объекта от Солнца; турбулентность атмосферы, размывающую изображение; дымку, увеличивающую фотонный шум ТК; возможность выбора условий дешифрирования изображения (яркости, контрастности, увеличения); усовершенствованную модель зрительного анализатора оператора при пространственно-временном интегрировании визуальных сигналов и его квалификацию.

   An improved engineering methodology for assessing the probability of detection and recognition of terrain objects using air- and ground-based television cameras operating in the visible and/or near infrared range of the spectrum during the day and night is considered. The presented methodology is conceptually similar to that for thermal imaging devices, which makes it possible to obtain comparable estimates of the performance indicators of these types of surveillance equipment and, therefore, to predict the performance of the entire optical-electronic complex, consisting of television and thermal imaging channels. The proposed calculation and analytical method, unlike the known ones, takes into account a number of additional significant factors: the television camera operation depending on the level of natural illumination of the area both in noise-limited and contrast-limited modes, when their efficiency is limited, respectively, by the noise of the camera or the limited contrast sensitivity of the visual analyzer of the human operator; the type and severity of cloudiness, weakening the irradiation of the object from the Sun; atmospheric turbulence, select image deciphering conditions (brightness, contrast, visible magnification); an improved model of the operator’s visual analyzer during spatial-temporal integration of visual signals and its qualifications.

телевизионная камераоперациональная модельобнаружениераспознавание объектовtelevision cameraoperational modelobject detectionobject recognitionReferencesСмелков В. М. Экспресс-расчет дальности наблюдения телевизионной системы // Специальная техника. 2004. № 5. С. 13–16.Smelkov V.M. Spetsial'naya tekhnika, 2004, no. 5, pp. 13–16. (in Russ.)Шипунов А. Г., Семашкин Е. Н., Володикова Е. В. Дальность действия телевизионного канала с матричным фотоприемником // Оборонная техника. 2006. № 5–6. С. 78–81.Shipunov A.G., Semashkin E.N., Volodikova E.V. Oboronnaya tekhnika, 2006, no. 5–6, pp. 78–81. (in Russ.)Дунаев А. С., Шлычков В. И. Расчет дальности наблюдения для активно-импульсной телевизионной системы // Оптич. журн. 2005. Т. 72, № 4. С. 48–51.Dynaev A.S. and Shlichkov V.I. Journal of Optical Technology, 2005, no. 4(72), pp. 330–333.Гринкевич А. В. Особенности расчета дальности действия телевизионной системы в ночном режиме // Оптич. журн. 2004. Т. 71, № 10. С. 63–65.Grinkevich A.V. Journal of Optical Technology, 2004, no. 10(71), pp. 699–701.Волков В. Г., Кощавцев Н. Ф. Модель расчета дальности действия низкоуровневого телевизионного оптико-электронного прибора наблюдения // Оптич. журн. 1996. Т. 63, № 6. С. 53–55.Volkov V.G., Koshchavtsev N.F. Opticheskii Zhurnal, 1996, no. 6(63), pp. 53–55. (in Russ.)Holst G. Electro-optical imaging system performance. SPIE press, 2003. 442 р.Holst G. Electro-optical imaging system performance, US, SPIE press, 2003, 442 р.Балоев В. А., Ильин Г. И., Овсянников В. А., Филиппов В. Л. Эффективность, помехозащищенность и помехоустойчивость видовых оптико-электронных систем. Казань: Изд-во КГТУ, 2015. 424 с.Baloev V.A., Ilyin G.I., Ovsyannikov V.A., Filippov V.L. Effektivnost', pomekhozashchishchennost' i pomekhoustoychivost' vidovykh optiko-elektronnykh system (Efficiency, Noise Immunity and Noise Stability of Species-Specific Optical-Electronic Systems), Kazan, 2015, 424 р. (in Russ.)Пустынский И. Н., Кирпиченко Ю. Р. К оценке чувствительности и разрешающей способности телевизионных датчиков // Изв. вузов. Приборостроение. 2005. Т. 48, № 11. С. 5–9.Pustynsky I.N., Kirpichenko Yu.R. Journal of Instrument Engineering, 2005, no. 11(48), pp. 5–9. (in Russ.)Вахромеева О. С., Манцветов А. А., Шиманская К. А. Характеристики чувствительности телевизионных камер на матричных приборах с зарядовой связью // Изв. вузов. Радиоэлектроника. 2004. № 4. С. 25–35.Vakhromeeva O.S., Mantsvetov A.A., Shimanskaya K.A. Izv. vuzov. Radioelektronika, 2004, no. 4, pp. 25–35. (in Russ.)Гейхман И. Л., Волков В. Г. Видение и безопасность. М.: Изд-во РАЕН, 2009. 840 с.Geykhman I.L., Volkov V.G. Videniye i bezopasnost' (Vision and Safety), Moscow, 2009, 840 р. (in Russ.)Грузевич Ю. К. Оптико-электронные приборы ночного видения. М.: Физматлит, 2014. 276 с.Gruzevich Yu.K. Optiko-elektronnyye pribory nochnogo videniya (Optoelectronic Night Vision Devices), Moscow, 2014, 276 р. (in Russ.)Грязин Г. Н. Оптико-электронные системы для обзора пространства: системы телевидения. Л.: Машиностроение, 1988. 224 с.Gryazin G.N. Optiko-elektronnyye sistemy dlya obzora prostranstva: sistemy televideniya (Optical-electronic Systems for Space Surveillance: Television System), Leningrad, 1988, 224 р. (in Russ.)Соколов Б. З. Расчет спектральной яркости дневной атмосферы Земли // Измерительная техника. 2001. № 9. С. 40–43.Sokolov B.Z. Izmeritel'naya tekhnika, 2001, no. 9, pp. 40–43. (in Russ.)Кринов Е. Л. Спектральная отражательная способность природных образований. М.: Изд-во АН СССР, 1947. 272 с.Krinov E.L. Spektral'naya otrazhatel'naya sposobnost' prirodnykh obrazovaniy (Spectral Reflectivity of Natural Formations), Moscow, 1947, 272 р. (in Russ.)Новицкий Л. А., Степанов Б. М. Оптические свойства материалов при низких температурах: Справочник. М.: Машиностроение, 1980. 224 с.Novitsky L.A., Stepanov B.M. Opticheskiye svoystva materialov pri nizkikh temperaturakh. Spravochnik (Optical Properties of Materials at Low Temperatures. Handbook), Moscow, 1980, 224 р. (in Russ.)Зуев В. Е., Кабанов М. В. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере. М.: Сов. радио, 1977. 368 с.Zuev V.E., Kabanov M.V. Perenos opticheskikh signalov v zemnoy atmosphere (Transfer of Optical Signals in the Earth's Atmosphere), Moscow, 1977, 368 р. (in Russ.)http://speclib.jpl.nasa.gov.http://speclib.jpl.nasa.gov.Бычков А. Н. О влиянии частотно-контрастной характеристики объектива и спектрального состава источника излучения на разрешающую способность телевизионного датчика // Изв. вузов. Приборостроение. 2008. Т. 51, № 5. С. 52–55.Bychkov A.N. Journal of Instrument Engineering, 2008, no. 5(51), pp. 52–55. (in Russ.)Куликов А. Н. Реальная разрешающая способность телевизионной камеры // Специальная техника. 2002. № 2. С. 20–26.Kulikov A.N. Spetsial'naya tekhnika, 2002, no. 2, pp. 20–26. (in Russ.)Richardson P., Driggers R. Atmospheric turbulence effects on 3<sup>-rd</sup> generation FLIR performance // Proc. SPIE. 2006. Vol. 6207. Р. 620706-1–620706-11.Richardson P., Driggers R. Proc. SPIE, 2006, vol. 6207, рр. 620706-1–620706-11.Матвеев Л. Т. Курс общей метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 751 с.Matveev L.T. Kurs obshchey meteorologii (General Meteorology Course), Leningrad, 1984, 751 р. (in Russ.)Овсянников В. А., Овсянников Я. В. Оценка контрастной силы излучения воздушных объектов для наземной телевизионной аппаратуры // Авиакосмическое приборостроение. 2022. № 2. С. 3–12. DOI: 10.25791/aviakosmos.2.2022.1263.Ovsyannikov V.A., Ovsyannikov Ya.V. Aerospace Instrument-Making, 2022, no. 2, pp. 3–12, DOI: 10.25791/aviakosmos.2.2022.1263. (in Russ.)Holst G. Optimum viewing distance for target acquisition // Proc. SPIE. 2015. Vol. 9452. Р. 94520К-1–94520К-7.Holst G. Proc. SPIE, 2015, vol. 9452, рр. 94520К-1–94520К-7.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.