Вероятностные характеристики распознавания изображений объектов

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 18:49, 5 декабря 2016.

Одним из важнейших параметров процесса дешифрирования является вероятность обнаружения и распознавания изображений объектов до вида Pв, класса Pк и типа Pт.

Под вероятностью распознавания понимается частота Р правильного распознавания объекта

где число правильных распознаваний объекта;
общее число предъявлений аэроснимка для распознавания объекта.

Вероятность распознавания может колебаться в пределах от нуля до единицы. На величину вероятности распознавания объекта на аэроснимке влияют различные факторы:

  • высота полета ЛА с ОЭСВР,
  • характеристики ОЭСВР и аэрофотоматериалов,
  • условия фотолабораторной обработки аэрофотоматериалов.

Для оценки эффективности ОЭСВР графо-аналитическим методом применяются вероятностные характеристики распознавания изображений, представляющих собой зависимости вероятности обнаружения Ро и распознавания до требуемого уровня классификации (вида Pв, класса Pк и типа Pт) от величины линейного разрешения d ОЭСВР на местности: Pо(d), Pв(d), PК(d), Рт(d).

Методика определения вероятностных характеристик распознавания изображений объектов, получаемых ОЭСВР, содержит следующие этапы:

  • полевое дешифрирование;
  • получение реальных аэроснимков;
  • практические дешифрирование полученных аэроснимков группой дешифровщиков;
  • статистическую обработку результатов дешифрирования;
  • аппроксимацию полученных экспериментальных зависимостей;
  • оценку точности аппроксимации и обоснование требований к проведению эксперимента.

Рассмотрим этапы методики подробнее:

  • при полевом дешифрировании производится визуальное дешифрирование расположенных на местности объектов разведки, на топографическую карту наносятся характерные и легко опознаваемые на аэроснимках элементы местности, по отношению к которым указывается расположение объектов. Одновременно непосредственными измерениями определяются интересующие числовые и качественные характеристики объектов и характерных элементов местности. Реальные аэроснимки получают в результате аэросъемки одного и того же участка местности с расположенными па нем объектами разведки при различных значениях линейного разрешения d па местности, то есть с различных высот полета. Проэкспонированные аэрофотоматериалы подвергаются фотолабораторной обработке в соответствии с инструкциями к ним.
  • для практического дешифрирования привлекается группа подготовленных дешифровщиков, с которыми предварительно проводятся занятия по изучению особенностей формирования изображения в применяемых ОЭСВР. При дешифрировании дешифровщику предоставляется набор эталонных аэроснимков с указанием дешифровочных признаков объектов разведки. Аэроснимки для дешифрирования предъявляются последовательно от аэроснимков с большими значениями линейного разрешения на местности к аэроснимкам с малыми значениями линейного разрешения на местности с целью обеспечения независимости результатов дешифрирования.

При дешифрировании каждым дешифровщиком для каждого объекта и исследуемого значения линейного разрешения на местности выставляется оценка, представляющая собой «0» и «1» для соответствующего требуемого уровня классификации в соответствии с табл. 1.

Таблица 1. Выставление оценок при дешифрировании для определения вероятностных характеристик
Обнаружение Правильное обнаружение 1
Объект не обнаружен 0
Распознавание до вида Правильное распознавание до вида 1
Неправильное распознавание до вида или установление невозможности распознавания 0
Распознавание до класса Правильное распознавание до класса 1
Неправильное распознавание до класса или установление невозможности распознавания 0
Распознавание до типа Правильное распознавание до типа 1
Неправильное распознавание до типа или установление невозможности распознавания 0

При статистической обработке общее количество проведенных опытов по распознаванию объекта разведки до требуемого уровня классификации при одном фиксированном значении линейного разрешения па местности n2 (выборка) определяется как произведение числа участвующих в опыте дешифровщиков N на количество предъявленных однотипных объектов k:

Вероятность распознавания изображения объекта до требуемого уровня классификации оценивается частотой правильного распознавания:

где количество правильных распознаваний объекта (количество оценок «1» в выборке ).

На этапе аппроксимации совокупность значений вероятностей распознавания объекта в зависимости от значений линейного раз¬решения ОЭСВР на местности, рекомендуется описать экспоненциальной зависимостью вида:

где К - коэффициент распознавания формы объекта;
L — максимальный геометрический размер объекта, м;
d*— линейное разрешение на местности при реальном контрасте, м.

Поскольку значение линейного разрешения на местности у оптико-электронных систем воздушной разведки зависит от величины контраста, то аппроксимирующая функция преобразуется к виду:

где d — линейное разрешение на местности при абсолютном контрасте;
D = Do6—Dф - тоновый контраст изображений объекта и фона;
Do6оптическая плотность изображения объекта;
Dфоптическая плотность изображения фона.

Оценка вероятности по частоте является статистической оценкой, поэтому па этапе оценки точности аппроксимации определяется доверительный интервал, про который с известной вероятностью (надежностью) можно утверждать, что он включает оцениваемое постоянное значение вероятности.

При обеспечении независимости результатов дешифрирования частота подчиняется биномиальному закону, зависящему от постоянного значения вероятности и объекта выборки. Верхняя и нижняя границы доверительного интервала для биномиального закона определяются из уравнений

где Рннижняя граница доверительного интервала;
Pн* — верхняя граница доверительного интервала;
доверительная вероятность;
n — объем выборки, l = 0,1,2…

Для и объема выборки n2 = 1…1000 значения верхней и нижней границ доверительного интервала рассчитаны и приведены в таблице приложения 1.

Рис. 1. Значения относительной погрешности , рассчитанные для n2=50...200; β =0.95; Р= 0,4...0,9
Рис. 2. Вероятностные характеристики распознавания P(d) изображений объектов на аэроснимке и доверительные интервалы

Рассмотрим иллюстративный пример использования таблицы приложения 1 при P = 0,95. Пусть общее количество проведенных опытов по распознаванию объекта при одном фиксированном значении линейного разрешения на местности n2 = 50, а количество правильных распознаваний n1 = 30. Оценка величины вероятности правильного распознавания по частоте равна P = 30/50 = 0,6. В колонке «X» таблицы находим строку, при х = n1 = 30, в строке «n — х» таблицы колонку . На пересечении найденных строки и колонки находим искомые доверительные интервалы Pн* = 0,452, Pв* = 0,736. Таким образом, можно записать, что с доверительной вероятностью 95% в нашем случае вероятность правильного распознавания по частоте лежит в пределах 0,452 < Р < 0,736.

Относительная погрешность , которая может иметь место при принятии частоты правильного распознавания объектов в качестве вероятности распознавания, определяется выражением:

Рассчитанные значения относительной погрешности для n2 = 50…200, P = 0,95 и Р = 0,4…0,9 приведены на рис. 1. Задаваясь значением требуемой относительной погрешности, по рис. 1 можно определить требуемый объем выборки n2 для обеспечения заданной точности вероятностных характеристик распознавания изображений объектов. Например, в приведенном выше примере погрешность . Для обеспечения такой погрешности при принятии в качестве вероятности распознавания частоты правильного распознавания в случае Р = 0,6, как следует из рис. 1, требуется выборка n2 = 50, а для вероятности Р = 0,4 требуется n2 = 115.

Полученные экспериментальным путем вероятностные характеристики распознавания изображений объектов и рассчитанные доверительные интервалы оформляются графически, как показано па рис. 2, где Рт, Рк, Рв — вероятности распознавания объектов до типа, класса, вида соответственно, Ро — вероятность обнаружения.

См. также