基于系列标准靶标可见光成像侦察系统作用距离评估方法与流程

1.本发明涉及光电成像侦察系统评估技术领域，具体为基于系列标准靶标可见光成像侦察系统作用距离评估方法。


背景技术：

2.随着光电传感器技术和数字信息技术的发展，光电成像侦察系统已广泛应用于光电侦察、预警、遥感、目标搜索跟踪等军事领域。可见光成像侦察系统作用距离分为目标探测和识别距离，是最重要的两个关键指标，是指观察员通过可见光成像侦察系统在规定大气能见度条件下对规定背景上的指定目标探测/识别概率达到50％时的最大距离。探测识别的效果与目标/背景对比度特性、大气能见度、光电成像系统的传递特性、人眼视觉特性等因素有关。因此，可见光成像侦察系统的目标探测和识别距离均是指在特定能见度和背景条件下，对指定目标的探测和识别距离。如何评估可见光成像侦察系统的目标探测距离和识别距离成为装备论证单位和研制单位最为关切的问题。
3.目前，可见光成像侦察系统目标探测和识别距离评估一般是在外场开展试验评估获取，具体为：在规定气象条件(能见度)下，将指定的侦察目标(陪试目标)置于规定的背景环境中进行试验，多名(一般10人)观察员通过可见光成像侦察系统对侦察目标(陪试目标)进行探测识别，探测/识别概率达到50％时的最大距离即为目标探测和识别距离。
4.在外场试验时，经常遇到试验气象条件(能见度)不满足规定要求的情况，大部分要求能见度在不低于20km的条件下开展试验，部分地区全年出现高能见度天气天数特别少，造成试验等天气，试验周期长等问题；有些可见光成像侦察系统的侦察目标为特定的目标，这些特定侦察目标很难获取或协调到，试验的协调组织成本增高、试验实施难度加大；另外，如果可见光成像侦察系统探测和识别距离比较大，对试验场地通视条件也提出了较高要求。因此，现有的评估方法存在等天气和缺少特定侦察目标等情况，存在试验周期长、效率低等问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供基于系列标准靶标可见光成像侦察系统作用距离评估方法，以解决上述背景技术中提到的现有评估方法存在等天气和缺少特定侦察目标等情况，存在试验周期长、效率低的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于系列标准靶标可见光成像侦察系统作用距离评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
7.s1：计算侦察目标表观对比度；
8.s2：确定标准靶标对比度(或实际测试距离)；
9.s3：标准靶标尺寸；
10.s4：确定标准靶标周期及制作；
11.s5：对标准靶标进行试验测试,评估可见光成像侦察系统探测/识别。
12.其中针对s1中侦察目标表观对比度，以规定侦察目标的目标背景固有对比度为c0、规定的大气能见度v、规定达到的作用距离为r，计算可见光侦察系统处目标背景表观对比度cr。
13.针对s2中标准靶标对比度可利用准靶标在可见光侦察系统处表观对比度cr，实际试验能见度v1，实际试验时靶标与可见光侦察系统之间的距离r1，计算得到。针对s2中实际测试距离可利用已知的标准标靶对比度(c0)，结合能见度v1，标准靶标在可见光侦察系统处表观对比度cr，计算出能见度v1条件下标准靶标与可见光成像侦察系统应当满足的实际测试距离r1。
14.针对s3中标准靶标尺寸，利用规定侦察目标的尺寸为d、规定达到的作用距离为r、靶标与可见光侦察系统之间的距离为r1，计算靶标尺寸d1。
15.针对s4中确定标准靶标周期及制作，进一步为：根据s3中确定的标准靶标尺寸d1以及探测、识别要求，按照约翰逊准则确定标准靶标上明暗条纹周期数和宽度，并制作标准靶标。
16.针对s5中标准靶标进行试验测试，进一步为：在实际大气能见度和测试距离处，利用标准靶标进行试验测试。
17.优选的，所述s1中目标背景固有对比度为使用亮度计测量侦察目标平均亮度为c1，背景平均亮度为c2，按照c0＝|c
1-c2|/c2计算得到，为标准靶标对比度设计提供依据。所述的目标背景表观对比度计算方法为其中，tc(r,v)为大气透过率，是传输距离r和能见度v的函数，tc(r,v)值也可以利用modtran等软件计算得到。
18.优选的，所述s2中距离r1是通过tc(r,v)＝tc(r1,v1)方程计算得出，其中v1是其它大气能见度值，为已知量。
19.优选的，所述s2中的标准靶标的设计对比度c1是通过c0tc(r,v)＝c1tc(r1,v1)方程计算得出，其中v1是其它大气能见度值，r1是实际测试距离，均为已知量。
20.优选的，所述s3中的靶标尺寸d1的计算方法是：d0/(n
·
r)＝d1/(n
·
r1)，其中d0为侦察目标尺寸，表征方法为w
×
h，靶标尺寸可提供与侦察目标相同的目标张角。
21.优选的，所述s4中的明暗条纹周期数和宽度确定方法为：探测所需的条纹周期数n为1，识别所需的条纹周期数n修正为3，明暗条纹设置为等宽度，靶标条纹周期可为可见光成像侦察系统提供判定目标探测和识别的条件。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该基于系列标准靶标可见光成像侦察系统作用距离评估方法通过研究分析不同气象条件下的大气传输特性，建立靶标对比度与气象条件关系模型，并研制了空间频率和对比度可调的标准靶标，用于替代侦察目标，条纹靶标的条纹宽度是由目标实际尺寸决定，条纹靶标对比度是由目标与环境形成的对比度决定；基于标准靶标，建立了可见光侦察距离评估模型，解决了可见光成像侦察系统探测/识别能力评估受“天气”和“目标”制约的难题，探测/识别评估试验可以在其它气象(能见度)条件下，利用标准靶标开展，降低了对侦察目标获取/协调难度和对试验场地通视距离要求。另外本方法可以在不满足规定要求的大气能见度条件下，在预定距离上对标准靶标进行试验，即利用标准靶标代替规定要求的侦察目标，通过改变标准靶标的尺寸、明暗条纹对比度、周期数，实现在预定距离上对标准靶标的探测识别，试验评估不依赖于严格的气象条
件和指定的侦察目标。对标准靶标的探测识别距离可等效为在特定的大气能见度条件下，对指定侦察目标的探测识别距离。这种方法降低了对大气能见度和指定侦察目标的依赖要求，同时也降低了对试验场地的要求，解决了特殊侦察目标不易获取或协调的问题，提高了试验测试的可实施性。
附图说明
23.图1为本发明基于系列标准靶标可见光成像侦察系统作用距离评估方法约翰逊准则示意图；
24.图2为本发明基于系列标准靶标可见光成像侦察系统作用距离评估方法基于系列标准靶标可见光成像侦察系统作用距离评估方法流程；
25.图3为本发明基于系列标准靶标可见光成像侦察系统作用距离评估方法标准靶标对比度设计为目标背景固有对比度的标准靶要素计算流程图；
26.图4为本发明基于系列标准靶标可见光成像侦察系统作用距离评估方法以实际测试距离为依据的标准靶要素计算流程图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.基于系列标准靶标可见光成像侦察系统作用距离评估方法是基于最小可分辨对比度(mrc)理论设计，其关键是实现目标的等效替代和不同气象条件(不同能见度)的等效替代，具体如下：
29.1、探测/识别距离等效替代试验理论基础：
30.最小可分辨对比度(mrc)是一种可定量描述可见光光电成像系统阈值对比度的评价参量，它综合了系统灵敏度和噪声、目标空间频率以及人眼视觉特性等因素，能较全面的反映光电成像系统的极限性能，是可见光成像侦察系统成像质量的主观和客观评价相结合的可测试性参量，对于扩展源目标，光电成像侦察系统能够探测、识别的条件是：(a)目标具有足够的张角；(b)目标与背景的表观对比度应不小于光电成像侦察系统的最小可分辨对比度，具体满足公式(1)，
[0031][0032]
其中，d为目标等效尺寸(目标尺寸为w
×
h，r为作用距离，c0为目标背景固有对比度，f为空间频率，tc为大气透射率；f
mrc
(f)为最小可分辨对比度，n为满足任务(探测、识别)所需要的目标条带周期数。满足公式(1)的最大距离rm即为光电成像侦察系在对应任务(探测、识别)及其概率条件下的作用距离。
[0033]
2、目标的等效替代：
[0034]
根据约翰逊准则，在50％的概率条件下，只要能分辨出1个周期的明暗条纹即可以认为能够探测到目标(即n取1)，能分辨出4个周期的明暗条纹即可以认为能够识别目标(即n取4)，如图1所示，对于面目标来说，识别所需的条纹周期数n修正为3。
[0035]
根据约翰逊准则，可以利用明暗相间的条纹靶标替代陪试目标，以反映光电成像侦察系统对目标探测/识别能力，条纹靶标的尺寸和对比度与陪试目标尺寸、对比度、试验距离相关。
[0036]
3、不同气象条件(不同能见度)的等效替代：
[0037]
两种不同能见度条件下，试验等效需要满足以下两个条件：
[0038]
首先，在光电成像侦察系统前的目标背景表观对比度一致。目标背景固有对比度为c0的侦察目标，光电成像侦察系统在规定能见度v条件下，规定达到的作用距离为r。c0经大气传输后，在光电成像侦察系统前的表观对比度为：
[0039]cr
＝c0tc(r,v)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0040]cr
应当满足光电成像侦察系统的最小可分辨对比度c
mr
，即c
mr
＝cr。
[0041]
相同目标背景条件下(即目标背景对比度为c0)，当为其它能见度时，若要探测/识别目标，目标在光电成像侦察系统前的表观对比度也同样需要达到c
mr
，即不同能见度条件下，在不同作用距离上的大气透过率要相等：
[0042]
tc(r1,v1)＝tc(r,v)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0043]
r1为能见度v1条件下目标和光电成像侦察系统应当满足的距离。
[0044]
对于对比度为c1的条纹靶标，则要满足如下公式：
[0045]
c0tc(r,v)＝c1tc(r1,v1)≥f
mrc
ꢀꢀꢀ
(4)
[0046]
计算出能见度v1条件下对对比度为c1条纹靶标应当达到的作用距离r1。这里条纹靶标对比度设计为c1，也可以根据需要，将条纹靶标对比度设计为侦察目标实际的目标背景对比度c0。
[0047]
其次，在两种能见度条件下试验时，目标对光电成像侦察系统的张角一致：
[0048][0049]
d1为能见度v1条件下探测/识别出的目标大小。
[0050]
在能见度v1不满足规定的气象条件时，选择对应的条纹靶标(目标等效尺寸为d1)进行试验，当被试装备作用距离满足r1时，即可认为被试装备作用距离满足规定能见度条件下的作用距离。
[0051]
综上所述，两种能见度条件下与作用距离相关的条纹靶标条带周期数、最小可分辨对比度、空间频率均相等，在一种能见度条件下获得的作用距离即可等效推算至另一种能见度条件下的作用距离。
[0052]
请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：基于系列标准靶标可见光成像侦察系统作用距离评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0053]
s1：计算侦察目标表观对比度：其中侦察目标表观对比度，以规定侦察目标的目标背景固有对比度为c0、规定的大气能见度v、规定达到的作用距离为r，计算可见光侦察系统处目标背景表观对比度cr。
[0054]
所述s1中目标背景固有对比度为使用亮度计测量侦察目标平均亮度为c1，背景平
均亮度为c2，按照c0＝|c
1-c2|/c2计算得到，为标准靶标对比度设计提供依据，所述的目标背景表观对比度计算方法为其中，tc(r,v)为大气透过率，是传输距离r和能见度v的函数，公式(2)中的为大气透过率，tc值也可以利用modtran等软件计算得到。
[0055]
s2：确定标准靶标对比度(或实际测试距离)：其中标准靶标对比度可利用准靶标在可见光侦察系统处表观对比度cr，实际试验能见度v1，实际试验时靶标与可见光侦察系统之间的距离r1，计算得到。针对s2中实际测试距离可利用已知的标准标靶对比度(c0)，结合能见度v1，标准靶标在可见光侦察系统处表观对比度cr，计算出能见度v1条件下标准靶标与可见光成像侦察系统应当满足的实际测试距离r1。
[0056]
所述s2中的靶标对比度c1可利用准靶标在可见光侦察系统处表观对比度cr，能见度v1，实际试验时靶标与可见光侦察系统之间的距离r1，通过c0tc(r,v)＝c1tc(r1,v1)方程计算得出，其中v1是其它大气能见度值，r1是实际测试距离，均为已知量；所述s2中的实际测试距离可以根据标准靶标对比度c0，能见度v1，标准靶标在可见光侦察系统处表观对比度为cr，通过tc(r1,v1)＝tc(r,v)，计算出能见度v1条件下标准靶标与可见光成像侦察系统应当满足的距离r1，其中，标准靶标对比度c0、能见度v1、表观对比度为cr均为已知量。
[0057]
s3：标准靶标尺寸：其中标准靶标尺寸，利用规定侦察目标的尺寸为d、规定达到的作用距离为r、靶标与可见光侦察系统之间的距离为r1，计算靶标尺寸d1；
[0058]
所述s3中的靶标尺寸d1的计算方法是：d0/(n
·
r)＝d1/(n
·
r1)，其中d0为侦察目标尺寸，表征方法为w
×
h，靶标尺寸可提供与侦察目标相同的目标张角。
[0059]
s4：确定标准靶标周期及制作：其中确定标准靶标周期及制作，进一步为：根据s3中确定的标准靶标尺寸d1以及探测、识别要求，按照约翰逊准则确定标准靶标上明暗条纹周期数和宽度，并制作标准靶标；
[0060]
所述s4中的明暗条纹周期数和宽度确定方法为：对于面目标，一般取目标等效尺寸(目标尺寸为w
×
h，)，探测所需的条纹周期数n为1，识别所需的条纹周期数n修正为3，明暗条纹设置为等宽度，靶标条纹周期可为可见光成像侦察系统提供判定目标探测和识别的条件。
[0061]
s5：对标准靶标进行试验测试：其中标准靶标进行试验测试，进一步为：在实际大气能见度和测试距离处，利用标准靶标进行试验测试,评估可见光成像侦察系统探测/识别。
[0062]
综上所述，将结合以下实施例作进一步说明。
[0063]
实施一：以某机载可见光成像侦察系统为例说明
[0064]
假设机载可见光成像侦察系统工作高度为5000m，指标要求在规定能见度为20km的气象条件下，对某坦克(尺寸d为3.3m
×
6m，目标背景固有对比度c0，相对湿度10％)的探测/识别距离分别不小于25km、20km。
[0065]
首先，计算机载可见光成像侦察系统在5000m高空时，对地面距其25km和20km侦察时，侦察方向上的大气透过率，如表1所示：
[0066]
能见度20km透过率
探测距离25km0.168识别距离20km0.236
[0067]
表1空中某机载可见光成像侦察系统探测、识别距离方向上的大气透过率
[0068]
其次，采用通用大气辐射传输软件cart 2.0，计算参数选择afgl中纬度夏季、干净大陆型(opac)、相对湿度10％。计算能见度分别为10km和5km条件下，当对应侦察方向上透过率分别约为0.168和0.236时，对应的侦察探测距离和识别距离，如表2所示：
[0069]
能见度10km作用距离能见度5km作用距离透过率为0.170探测距离13.2km透过率为0.168探测距离7.5km透过率为0.238识别距10.6km透过率为0.238识别距离6km
[0070]
表2在能见度分别为(10km/5km)时侦察方向上的大气透过率
[0071]
最后，利用对比度测试设备测量侦察目标(某坦克)在环境中的目标背景固有对比度c0，根据计算出的探测距离和识别距离、对应的标准靶标尺寸、暗条纹的周期数、目标背景固有对比度c0，按照表3、表4要求制作标准靶标如下：
[0072][0073]
表3不同能见度下探测距离试验靶标及距离条件
[0074][0075]
表4不同能见度下识别距离试验靶标及距离条件
[0076]
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。