J. Nolting und G. Dittmar Die Leistungsbewertung von Wärmebildgeräten

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August Gerhardt
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1 J. Nolting und G. Dittmar Die Leistungsbewertung von Wärmebildgeräten # 1

2 NETD (noise-equivalent temperature difference) radiometrische Auflösung MTF (Modulations-Transfer-Funktion) geometrische Auflösung (Pixelzahl allein reicht nicht aus) MRTD (minimum resolvable temperature difference) Gesamtleistung, die ein menschlicher Beobachter mit dem Gerät erreicht Im Gegensatz zu NETD und MTF ist MRTD eine subjektiv zu messende Größe Charakterisierende Parameter # 2

3 Der Reichweitenbegriff Aus welcher Maximalentfernung kann ein menschlicher Beobachter eine vorgegebene Aufklärungsaufgabe (z.b. Erkennen, Entdecken, Identifizieren) noch erfüllen? Definition der Aufgabe: - Objekttyp (Größe, Temperaturdifferenz, evtl. Form) - Aufklärungswahrscheinlichkeit (typ. 90% und 50%) - atmosphärische Bedingungen (z.b. Extinktion 0.2/km) - gewünschtes Aufklärungsergebnis (Entdecken, Erkennen, Identifizieren) Die Reichweite ist nur schwer und nicht gut reproduzierbar zu messen Definition einer nominellen Reichweite, abgeleitet aus der gut messbaren MRTD # 3

4 Johnson-Kriterien (1) Definition des Objekttyps (z.b. Fahrzeug, charakterisiert durch typische Abmessung 2.3 m x 2.3 m, Temperaturdifferenz 2 K) Zusammenhang zwischen gewünschtem Aufklärungsergebnis und erforderlicher Auflösung auf dem Objekt wurde in den 50er Jahren für militärische Anwendungen empirisch ermittelt Johnson-Kriterien Jeweils 50% Wahrscheinlichkeit # 4

5 Johnson-Kriterien (2) Die Johnson-Kriterien sind abhängig von der Orientierung des Obektes Jeweils 50% Wahrscheinlichkeit # 5

6 Standard-Johnson-Kriterien Entdecken (50%) Erkennen (50%) Identifizieren (50%) 1 Lp / Targetdimension 3 Lp / Targetdimension 6 Lp / Targetdimension Entdecken (90%) Erkennen (90%) Identifizieren (90%) 1.9 Lp / Targetdimension 5.3 Lp / Targetdimension 10.5 Lp / Targetdimension Bei nicht quadratischen Zielen wird üblicherweise anstelle einer Lineardimension die Wurzel aus der Fläche des Ziels eingesetzt. # 6

7 Bestimmung der Reichweite # 7

8 Bestimmung der Reichweite # 8

9 NATO-Standard STANAG 4347 Festlegung der Eigenschaften eines Standardobjektes (2.3 m, 2K) Festlegung einer Standard-Atmosphäre: Extintion 0.2/km (gutes Wetter), 1.0/km (schlechtes Wetter) Definition des Schnittpunktes aus ETD und MRTD als nominelle Reichweite # 9

10 MRTD 2 π NETD y v scan ω Q ( ω) = SNRmin 4 14 MTFsys ( ω) fn FR te ηovsc SNR min : minimales Signal/Rauschverhältnis nach(!) der psychophysischen Bildverarbeitung. Dieser Wert wird mit 2.25 angenommen. MTF sys : gesamte Modulationsübertragungsfunktion des Gerätes v scan : Scangeschwindigkeit in mrad/s ω : Ortsfrequenz in Linienpaare/mrad y : Sehfeld eines Detektorelements quer zur Scanrichtung in mrad F R : Bildfrequenz t E : Integrationszeit des visuellen Systems, meist als 0.2s angenommen η ovsc : Überabtastungsfaktor f n : Rauschbandbreite: f n = S(ω) : Rauschspektrum S max : maximaler Wert des Rauschspektrums MTF N : Produkt der MTF der Elektronik und evtl. vorhandenen Aperturkorrektion Q : wahrgenommene Rauschbandbreite: 2 2 sin πwω 2 Q = S( ω ) MTF ( ω ) ( ω ) ω N MTFeye d πwω 0 0 S( ω ) MTF S max ( ω ) dω W : Breite eines Balkens des Testtargets in mrad MTF eye : Augen-MTF N # 10

11 Grenzen des Modells Bei Unterabtastung versagt das Konzept: MTF nicht mehr definiert Auftreten von Aliasing-Effekten aber: Mensch kann trotzdem erkennen, identifizieren etc. # 11

12 Erweiterung des Modells MTDP (minimum temperature difference perceived) anstelle der MRTD: nicht Auflösung aller 4 Balken des Tests sondern von 2, 3 oder 4 Balken erforderlich AMOP (average modulation at optimum phase) anstelle von MTF: mittlere modulation bei optimaler Justierung der Sichtlinie Vorausberechnung der Reichweite als Schnittpunkt von ETD und MTDP Rechenmodell TRM 3 des Forschungsinstitut für Optik und Mustererkennung (Ettlingen) # 12

13 Berechnungsmodell TRM 3 # 13

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