La portata di rilevamento di un’ottica termica descrive solo la distanza alla quale un bersaglio può diventare rilevabile; riconoscimento e identificazione richiedono progressivamente più informazioni spaziali.
Per questo motivo, una singola indicazione come “portata di rilevamento: 1.800 m” non può rispondere alla domanda più ampia su quanto lontano un’ottica termica possa effettivamente fornire informazioni utili.
Le prestazioni dell’imaging termico a distanza vengono normalmente descritte in termini di tre attività diverse: rilevamento, riconoscimento e identificazione, spesso abbreviate in DRI. Ognuna richiede una diversa quantità di informazioni utili sul bersaglio.
La distanza alla quale queste attività possono essere svolte dipende non solo dal rilevatore, ma anche dal bersaglio, dall’ottica, dal campo visivo, dal contrasto termico, dall’atmosfera, dall’elaborazione dell’immagine e dai criteri usati per definire il successo.
Se stai confrontando prodotti completi anziché il solo DRI, inizia dalla nostra guida su come scegliere un’ottica termica.
Cosa significa “vedere” nell’imaging termico?
La parola “vedere” è troppo generica per descrivere con precisione una portata termica utile.
A lunga distanza, un bersaglio può occupare solo un numero molto ridotto di campioni del rilevatore. Ciò può essere sufficiente per rivelare la presenza di un’anomalia termica, ma fornire troppo poche informazioni strutturali per una classificazione affidabile.
Man mano che il bersaglio occupa più campioni utili dell’immagine, diventano disponibili maggiori informazioni su forma e struttura.
Da qui derivano le tre attività DRI.
Rilevamento: c’è qualcosa?
Il rilevamento è la meno impegnativa delle tre attività.
L’obiettivo è determinare se nella scena è presente un oggetto rilevante o una firma termica.
In questa fase, l’immagine può fornire pochissime informazioni su cosa sia esattamente l’oggetto.
Una firma termica rilevabile non deve quindi essere considerata equivalente a un bersaglio riconoscibile o identificabile.
Riconoscimento: di che tipo generale di oggetto si tratta?
Il riconoscimento richiede più informazioni spaziali utili.
L’osservatore o l’algoritmo deve essere in grado di classificare l’oggetto in una categoria significativa sulla base di caratteristiche quali dimensioni complessive, forma, movimento o struttura termica.
Ad esempio, il riconoscimento può distinguere una categoria generale di oggetti da un’altra senza fornire dettagli sufficienti per determinare un’identità specifica.
Identificazione: ci sono dettagli sufficienti per la decisione richiesta?
L’identificazione è l’attività DRI più impegnativa.
L’immagine deve contenere informazioni utilizzabili sufficienti per distinguere l’oggetto specifico o le caratteristiche richieste dall’applicazione.
Ciò che viene considerato “identificato” dipende dall’attività.
L’identificazione non è quindi una soglia visiva universale. La necessità di distinguere tra due categorie generali è diversa dalla necessità di distinguere tra oggetti visivamente simili.
I moderni modelli DRI riflettono questo aspetto associando diverse difficoltà dell’attività a diverse probabilità di discriminazione riuscita, anziché trattare l’identificazione come un’unica distanza fissa.
Rilevamento, riconoscimento e identificazione sono dichiarazioni di portata diverse
I tre termini non devono mai essere usati in modo intercambiabile.
| Attività DRI | Domanda principale | Quantità di informazioni utili sul bersaglio |
|---|---|---|
| Rilevamento | È presente un oggetto rilevante? | Minima |
| Riconoscimento | Di quale tipo o categoria generale si tratta? | Maggiore |
| Identificazione | Ci sono dettagli sufficienti per la distinzione richiesta? | Massima |
Un produttore può quindi dichiarare una distanza di rilevamento molto superiore alla distanza di riconoscimento o identificazione per lo stesso bersaglio e la stessa configurazione ottica.
Non è una contraddizione.
Riflette semplicemente la quantità crescente di informazioni necessarie man mano che l’attività diventa più impegnativa.
Per questo motivo, una dicitura in evidenza come portata massima di rilevamento non deve essere interpretata come la distanza alla quale il bersaglio può essere identificato con sicurezza.
Perché non esiste una distanza universale di rilevamento termico
Un sistema di imaging termico non ha una singola “distanza massima” assoluta valida per ogni oggetto.
Consideriamo due bersagli alla stessa distanza.
Uno può essere grande e termicamente distinto dallo sfondo. L’altro può essere molto più piccolo o avere un contrasto di temperatura molto ridotto rispetto all’ambiente circostante.
Il primo può occupare più campioni utili del rilevatore e produrre un segnale termico più forte, anche se entrambi si trovano esattamente alla stessa distanza.
La portata DRI pratica dipende quindi dalla combinazione di:
- dimensioni del bersaglio;
- dimensione critica del bersaglio;
- contrasto termico tra bersaglio e sfondo;
- trasmissione atmosferica;
- risoluzione del rilevatore;
- pixel pitch;
- lunghezza focale dell’obiettivo;
- campo visivo;
- qualità ottica;
- sensibilità termica;
- messa a fuoco;
- elaborazione dell’immagine;
- condizioni di visualizzazione;
- prestazioni dell’osservatore o dell’algoritmo.
Teledyne FLIR osserva analogamente che i risultati DRI variano in funzione dell’ambiente, della sensibilità della telecamera, della configurazione del sistema e delle prestazioni dell’operatore e sono normalmente associati a una probabilità di completare l’attività specificata piuttosto che a una portata garantita.
Pixel sul bersaglio: la base geometrica del DRI
Uno dei concetti più importanti alla base del DRI è pixel sul bersaglio.
Un bersaglio distante proietta, attraverso l’obiettivo, una dimensione angolare sul rilevatore.
Se il bersaglio occupa pochissimi campioni del rilevatore, sono disponibili solo informazioni spaziali limitate.
Man mano che più campioni del rilevatore coprono la dimensione rilevante del bersaglio, può essere potenzialmente risolta una maggiore quantità di informazioni sulla forma.
Per questo una maggiore risoluzione del rilevatore può migliorare le capacità DRI quando la configurazione ottica e le altre condizioni sono comparabili: sul bersaglio possono essere disponibili più campioni del rilevatore.
Ma la sola risoluzione del rilevatore non è sufficiente.
Un rilevatore 640 × 512 dietro un campo visivo molto ampio può distribuire quei pixel su una scena estesa, mentre lo stesso rilevatore dietro un campo visivo più stretto può collocare più di quei campioni su un oggetto distante.
Per maggiori dettagli su come gli array del rilevatore creano immagini termiche, consulta la nostra guida su FPA termica e risoluzione del rilevatore.
La dimensione critica del bersaglio è importante
I calcoli DRI richiedono una definizione della dimensione del bersaglio rilevante per l’attività.
Questa viene spesso chiamata dimensione critica.
. Può rappresentare la larghezza, l’altezza o un’altra dimensione caratteristica del bersaglio, a seconda del modello e dell’attività valutata.
Questo è importante perché “una persona”, “un animale”, “un veicolo” o un’altra categoria di oggetti non ha una dimensione universale.
Modificare le dimensioni del bersaglio assunte modifica la portata stimata.
Una cifra DRI senza un bersaglio o una dimensione del bersaglio dichiarati è quindi incompleta.
Quando confronti due prodotti, assicurati che non utilizzino ipotesi di bersaglio diverse per produrre valori di portata apparentemente comparabili.
L’IFOV collega pixel pitch, obiettivo e distanza
L’Instantaneous Field of View, o IFOV, descrive la porzione angolare della scena rappresentata da un singolo pixel del rilevatore.
In una geometria semplificata:
IFOV ≈ pixel pitch ÷ focale
Un IFOV più piccolo significa che un elemento del rilevatore rappresenta una porzione angolare più piccola della scena.
Il numero approssimativo di campioni del rilevatore sul bersaglio può quindi essere compreso dalla relazione tra:
- dimensione angolare del bersaglio;
- IFOV del rilevatore;
- distanza del bersaglio.
Nella geometria semplificata dei piccoli angoli:
dimensione angolare del bersaglio ≈ dimensione critica del bersaglio ÷ distanza
e quindi:
pixel sul bersaglio ≈ dimensione angolare del bersaglio ÷ IFOV
Queste relazioni spiegano perché pixel pitch, lunghezza focale e dimensione del bersaglio influenzano il campionamento spaziale.
Sono utili per comprendere la geometria, ma i modelli DRI reali tengono conto anche di fattori quali ottica, trasferimento di modulazione, rumore, atmosfera, elaborazione e probabilità dell’attività.
Per la relazione dettagliata tra pitch, lunghezza focale e IFOV, consulta pixel pitch di 12 μm nell’imaging termico.
La risoluzione del rilevatore modifica il numero di campioni disponibili
Una maggiore risoluzione del rilevatore significa che sono disponibili più elementi del rilevatore nell’intera immagine.
Per esempio:
- 384 × 288 = 110.592 elementi del rilevatore
- 640 × 512 = 327.680 elementi del rilevatore
Se il campo visivo e le altre condizioni del sistema sono comparabili, il rilevatore a risoluzione più elevata può fornire più campioni sugli oggetti nella scena.
Ciò può aiutare a preservare le informazioni strutturali all’aumentare della distanza.
Tuttavia, ciò non significa che un dispositivo 640 × 512 supererà sempre ogni dispositivo 384 × 288 a qualsiasi distanza.
Lunghezze focali, campi visivi, pixel pitch, qualità ottica, sensibilità ed elaborazione differenti possono produrre risultati molto diversi a livello di sistema.
La risoluzione del rilevatore deve quindi essere valutata insieme al sistema ottico.
Lunghezza focale dell’obiettivo e campo visivo modificano il campionamento del bersaglio
L’obiettivo influisce fortemente su quanta parte della scena viene proiettata sul rilevatore.
Un campo visivo più ampio mostra una porzione maggiore dell’area circostante.
Può essere utile per la scansione e la consapevolezza situazionale, ma i campioni disponibili del rilevatore vengono distribuiti su una scena angolare più ampia.
Un campo visivo più stretto mostra meno dell’area circostante e fa sì che un bersaglio distante occupi una porzione maggiore dell’immagine del rilevatore.
Ciò può migliorare il campionamento spaziale di un oggetto distante.
Il compromesso è che un campo visivo più stretto rende più difficile la scansione di aree estese.
Per questo motivo, l’imaging termico a lunga distanza non deve essere valutato solo dalla lunghezza focale.
La combinazione rilevante è:
risoluzione del rilevatore + dimensioni del rilevatore + pixel pitch + lunghezza focale + campo visivo
Per una spiegazione pratica di questo compromesso, consulta la nostra guida su ingrandimento dei cannocchiali termici.
Il NETD può essere importante quando il contrasto termico è basso
Il campionamento spaziale è solo una parte del problema.
Il rilevatore necessita anche di un rapporto segnale/rumore sufficiente per preservare differenze di temperatura utili nella scena.
Il NETD, o Noise Equivalent Temperature Difference, viene comunemente utilizzato per descrivere la sensibilità termica in condizioni specificate.
Un NETD più basso indica generalmente che possono essere distinte differenze termiche più piccole quando le condizioni di misurazione sono comparabili.
Questo può essere importante quando bersaglio e sfondo hanno temperature simili.
Ma il NETD non specifica direttamente la portata DRI.
Un dispositivo con elevata sensibilità termica può comunque avere un campionamento spaziale insufficiente per un’attività di identificazione impegnativa, mentre un rilevatore ad alta risoluzione può comunque avere difficoltà quando il contrasto termico è basso.
La portata utile dipende sia dalle informazioni spaziali sia da quelle termiche.
Le condizioni atmosferiche possono ridurre la portata pratica
La radiazione infrarossa deve attraversare l’atmosfera prima di raggiungere il rilevatore.
Umidità, nebbia, pioggia, neve e lunghezza del percorso atmosferico possono influire sulla quantità di informazioni infrarosse utili che raggiungono il sistema di imaging.
Anche il disturbo dello sfondo e le variazioni della temperatura ambientale possono ridurre il contrasto del bersaglio.
FLIR identifica specificamente umidità, temperatura, riscaldamento solare, precipitazioni, disturbo dello sfondo, sensibilità della telecamera, configurazione del sistema ed esperienza dell’operatore tra le variabili che possono influenzare le prestazioni DRI pratiche.
Ciò significa che una portata modellata o misurata in condizioni favorevoli non deve essere considerata un risultato garantito in ogni ambiente.
L’imaging termico può rimanere utile quando l’illuminazione visibile è scarsa, ma non “vede attraverso” l’atmosfera o gli ostacoli fisici senza perdita.
Il contrasto termico cambia con la scena
Un bersaglio non genera lo stesso livello di contrasto termico rispetto a ogni sfondo.
La sua separazione apparente può cambiare in base a:
- temperatura ambiente;
- riscaldamento solare;
- ombra;
- materiali superficiali;
- vento;
- precipitazioni;
- ora del giorno;
- attività del bersaglio.
Una grande differenza di temperatura può rendere il rilevamento relativamente facile anche quando sono disponibili pochi dettagli strutturali.
Una piccola differenza di temperatura può rendere lo stesso bersaglio più difficile da distinguere dallo sfondo.
Questo è un altro motivo per cui il DRI non può essere ridotto alla sola risoluzione del rilevatore o alla lunghezza focale.
Lo zoom digitale non aumenta le informazioni DRI native
Lo zoom digitale ingrandisce i dati già acquisiti dal rilevatore.
Non aumenta il numero di campioni fisici del rilevatore sul bersaglio.
Ad esempio, se un oggetto distante occupa un piccolo numero di pixel del rilevatore, applicare uno zoom digitale 4× ingrandisce quei campioni sul display ma non li trasforma in un numero quattro volte maggiore di misurazioni native.
FLIR fa la stessa distinzione nell’imaging termico: lo zoom può ingrandire i pixel visualizzati senza aumentare la capacità di misurazione spaziale sottostante.
L’interpolazione dell’immagine o la super-risoluzione basata sull’IA possono migliorare la presentazione o la ricostruzione, ma queste funzioni devono comunque essere distinte dal campionamento nativo del rilevatore.
L’ingrandimento di base non racconta l’intera storia della portata
L’ingrandimento di base è utile perché descrive la scala di visualizzazione iniziale del sistema.
Tuttavia, due ottiche termiche con lo stesso ingrandimento di base dichiarato possono comunque avere:
- risoluzioni del rilevatore;
- pixel pitch;
- campi visivi;
- progetti dell’obiettivo;
- NETD;
- elaborazione dell’immagine.
Analogamente, un sistema con un ingrandimento dichiarato più elevato non è automaticamente in grado di offrire una migliore identificazione a distanza.
Confronta sempre l’ingrandimento con la geometria del rilevatore e il campo visivo anziché considerarlo una specifica di portata isolata.
I modelli DRI in stile Johnson sono stime, non garanzie
I criteri di Johnson e i successivi modelli di prestazione delle attività sul bersaglio sono ampiamente utilizzati per stimare la probabilità che un sistema di imaging possa supportare il rilevamento, il riconoscimento o l’identificazione di un bersaglio definito.
Sono strumenti ingegneristici utili perché collegano le dimensioni del bersaglio e la difficoltà dell’attività alle informazioni spaziali fornite dal sistema di imaging.
Ma un risultato DRI modellato non è una promessa che ogni osservatore svolgerà la stessa attività esattamente a quella distanza.
I modelli moderni possono includere fattori quali:
- dimensione critica del bersaglio;
- contrasto del bersaglio;
- ottica;
- trasferimento di modulazione del sensore;
- prestazioni segnale/rumore;
- atmosfera;
- display;
- prestazioni dell’osservatore o dell’algoritmo;
- difficoltà dell’attività;
- probabilità di successo richiesta.
Ad esempio, FLIR descrive le previsioni DRI utilizzando metriche di prestazione dell’attività associate a una probabilità specificata, sottolineando al contempo che le prestazioni operative devono essere validate per la missione e le condizioni reali.
Per questo motivo, questo articolo non riduce rilevamento, riconoscimento e identificazione a un unico insieme universale di soglie di pixel fisse.
Come leggere una specifica DRI del produttore
Prima di confrontare due valori di portata dichiarati, verifica come è stato ottenuto ciascuno di essi.
- Identifica l’attività.
Il valore riguarda rilevamento, riconoscimento o identificazione? - Identifica il bersaglio.
Quale tipo di bersaglio e quali dimensioni fisiche sono stati ipotizzati? - Controlla la dimensione critica.
Quale larghezza, altezza o caratteristica è stata utilizzata nel calcolo? - Controlla l’ottica.
Quale lunghezza focale e quale campo visivo si applicano al risultato dichiarato? - Controlla la configurazione del rilevatore.
Risoluzione e pixel pitch influenzano il campionamento spaziale. - Controlla il criterio di probabilità.
Il valore è associato a una probabilità modellata di completare l’attività? - Controlla le ipotesi ambientali.
Atmosfera e contrasto termico influenzano la portata pratica. - Controlla se il valore è modellato o testato sul campo.
I due non devono essere considerati automaticamente equivalenti. - Controlla le ipotesi di elaborazione.
Determina se il risultato include modalità specifiche di miglioramento o elaborazione. - Confronta elementi omogenei.
Un valore di rilevamento per un bersaglio non deve essere confrontato direttamente con un valore di identificazione per un altro bersaglio.
Se queste ipotesi non sono disponibili, considera la portata dichiarata come un riferimento generale piuttosto che come una garanzia universale di prestazioni.
Cosa conta di più per l’osservazione termica a lunga distanza?
Se la priorità è ottenere informazioni utili a distanza, valuta il sistema completo.
Inizia da:
- risoluzione nativa del rilevatore;
- pixel pitch;
- lunghezza focale;
- campo visivo;
- IFOV, se disponibile;
- NETD;
- qualità ottica;
- messa a fuoco;
- comportamento dell’elaborazione dell’immagine.
Considera poi il bersaglio e l’ambiente reali.
Un dispositivo destinato principalmente alla scansione di aree ampie può ragionevolmente dare priorità al campo visivo.
Un dispositivo destinato all’osservazione a distanze maggiori può privilegiare un campionamento angolare più fine.
Nessuna delle due configurazioni è universalmente superiore.
Per un confronto più ampio a livello di sistema, consulta ciò che definisce un cannocchiale termico di fascia alta.
Portata di rilevamento e portata LRF sono specifiche diverse
Una cifra relativa alla portata di rilevamento termico e una specifica del telemetro laser descrivono due sistemi diversi.
Il rilevamento termico si riferisce alla capacità del sistema di imaging di rivelare un bersaglio termico rilevante.
Un LRF misura la distanza utilizzando il proprio processo di telemetria.
Il fatto che un’immagine termica possa rilevare un oggetto non garantisce che un LRF integrato possa ottenere una misurazione valida dello stesso oggetto alla stessa distanza.
Allo stesso modo, la presenza di un LRF non migliora la risoluzione nativa del rilevatore né il NETD.
Se un prodotto include un LRF, valuta la sua specifica di telemetria attuale separatamente dalle prestazioni DRI termiche.
Non presumere che un LRF significhi anche che il dispositivo includa calcolo balistico o correzione automatica della mira. Queste funzioni devono essere confermate indipendentemente per il prodotto esatto.
Una portata utile è la distanza alla quale può essere completata l’attività richiesta
La domanda più utile non è:
“Quanto lontano può vedere questa ottica termica?”
È:
“A quale distanza questo sistema può fornire informazioni sufficienti per l’attività di cui ho realmente bisogno?”
Per il semplice rilevamento, le informazioni richieste possono essere limitate.
Il riconoscimento ne richiede di più.
L’identificazione ne richiede ancora di più.
E ogni distanza dichiarata dipende dal bersaglio e dalle condizioni utilizzate per definirla.
Per questo un sistema di imaging termico deve essere scelto in base a rilevatore, ottica, sensibilità, campo visivo e applicazione prevista, non in base al valore di portata più alto riportato in una tabella di specifiche.
Una volta chiariti questi requisiti, puoi confrontare le gamma termica Yubeen attuale utilizzando le specifiche degli esatti modelli attuali.
FAQ
La portata di rilevamento termico è uguale alla portata di identificazione?
No. Il rilevamento richiede solo informazioni sufficienti per stabilire che è presente un bersaglio rilevante. L’identificazione richiede molte più informazioni spaziali utilizzabili per la specifica distinzione da effettuare.
Un rilevatore a risoluzione più elevata aumenta la portata DRI?
Può migliorare il campionamento spaziale quando ottica, campo visivo e altre condizioni sono comparabili, con un possibile miglioramento delle prestazioni DRI. Da solo non garantisce una portata specifica, perché contano anche ottica, contrasto, atmosfera, sensibilità ed elaborazione.
Lo zoom digitale può aumentare la portata di rilevamento o identificazione?
Lo zoom digitale ingrandisce i dati già acquisiti dal rilevatore e non crea campioni nativi aggiuntivi. Può rendere più facile esaminare l’immagine visualizzata, ma lo zoom digitale massimo non deve essere considerato un aumento diretto della capacità DRI nativa.
Un NETD più basso significa una portata di rilevamento maggiore?
Non automaticamente. Un NETD più basso indica generalmente una migliore sensibilità termica in condizioni comparabili, il che può aiutare quando il contrasto termico è basso. La portata DRI dipende anche dal campionamento spaziale, dall’ottica, dalle dimensioni del bersaglio, dall’atmosfera e da altri fattori.
L’imaging termico può vedere attraverso nebbia o vegetazione?
Non in senso letterale. L’umidità atmosferica e gli ostacoli fisici possono ridurre le informazioni infrarosse che raggiungono il rilevatore. L’imaging termico può rimanere utile in alcune condizioni di visibilità difficili, ma le prestazioni non sono immuni a nebbia, pioggia, umidità o vegetazione fitta.
La portata di un LRF è uguale alla portata di rilevamento termico?
No. L’LRF e il sistema di imaging termico svolgono attività diverse. Le rispettive portate massime utili devono essere verificate separatamente per il prodotto esatto.
