TRM4: Modell zur Bestimmung der Reichweitenleistung

Werkzeuge zur Entwicklung und Leistungsbeurteilung moderner optronischer Kamerasysteme.

Wozu werden Modelle zur Bestimmung der Reichweitenleistung benötigt?

Bei der Entwicklung und beim Einsatz von modernen elektro-optischen Systemen muss eine Vielzahl von Faktoren beachtet werden. Nicht nur die Eigenschaften des Systems, sondern auch die vorherrschenden atmosphärischen Verhältnisse sowie das momentane Erscheinungsbild des beobachteten Objektes bestimmen die tatsächlich erzielbare Leistungsfähigkeit.

Oft wird dabei nach der sogenannten „Reichweite“ eines Systems bezüglich einer bestimmten Wahrnehmungsaufgabe (typischerweise Detektion, Erkennung oder Identifikation) gefragt. Die Reichweite ist die maximale Entfernung zum Ziel, für welche ein Beobachter unter Verwendung des elektro-optischen Systems die ihm zugewiesene Wahrnehmungsaufgabe mit einer definierten Erfolgswahrscheinlichkeit erfüllen kann.

Für ein noch in der Entwurfsphase befindliches System kann die Reichweite naturgemäß nicht durch Feld- oder Laborexperimente bestimmt bzw. abgeschätzt werden. Sie spielt dennoch eine wichtige Rolle bei der Auswahl geeigneter Komponenten. Und auch später ist es wünschenswert aufwendige Experimente zu vermeiden, falls beispielsweise überprüft werden soll, ob das System für ein anderes als das ursprünglich geplante Anwendungsszenario einsetzbar ist.

Wesentliche Leistungskenngrößen von elektro-optischen Systemen sind durch analytische Modelle und bildhafte Simulationen zugänglich. Analytische Modelle, wie TRM4, haben dabei den entscheidenden Vorteil, ohne großen Rechenaufwand Ergebnisse für eine Vielzahl von möglichen Systemkonfigurationen und Umweltverhältnissen zu liefern. Sie erfordern jedoch eine vergleichsweise abstrakte und vereinfachte Beschreibung der beobachteten Objekte und des menschlichen Wahrnehmungsprozesses.

Details zum TRM4 Softwarepaket und Bewertungsansatz

Die TRM-Software wird seit vielen Jahren am Fraunhofer IOSB kontinuierlich weiterentwickelt. Während erste Versionen noch auf die Modellierung von Wärmebildgeräten beschränkt waren, ermöglichen die Versionen ab TRM4.v1 die Leistungsbewertung von gängigen elektro-optischen Systemen vom visuellen bis in den langwelligen infraroten Spektralbereich. Als Beobachtungsszenarien kann neben der horizontalen Sicht auch der Anflug oder Vorbeiflug an einem Ziel sowie die Schrägsicht in den Himmel modelliert werden. Alle Komponenten der Bildgebungskette vom Ziel und Hintergrund über die Atmosphäre zum Kamerasystem und Display bis hin zum Beobachter können dabei vom Benutzer individuell spezifiziert werden. Um den Benutzer hierbei zu unterstützen enthält die Software eine Bibliothek von generischen, spektral aufgelösten Daten für Beleuchtungsquellen, Objekt- und Hintergrundreflektivitäten, Detektorempfindlichkeiten und vieles mehr.

Neben Detektions-, Erkennungs- und Identifikationsreichweiten werden in TRM4 eine Vielzahl weiterer Leistungskenngrößen berechnet, welche die Nutzer darin unterstützen, die Eigenschaften des elektro-optischen Systems sowie die leistungsbegrenzenden Faktoren und Komponenten zu verstehen. Beispiele hierfür sind die Gütezahlen des Gesamtsystems MTDP (minimal wahrnehmbare Temperaturdifferenz) und MCP (minimal wahrnehmbarer Kontrast), die MTFs (Modulationstransferfunktionen) aller Systemkomponenten, das detektierte Signal sowie das zeitliche und stationäre Rauschen. Ab Version TRM4.v3 lässt sich zusätzlich die Qualität von Luftbildaufnahmen für das spezifizierte bildgebenden System anhand von berechneten NIIRS-Werten (National Imagery Interpretability Rating Scale) abschätzen.

Das Fraunhofer IOSB verteilt die TRM4-Software mit graphischer Benutzeroberfläche kostenlos an Lizenznehmer, damit diese beispielsweise Systeme für Ausschreibungen spezifizieren können. Daneben werden auch kundenspezifische TRM4-Versionen angeboten, die in Nutzeranwendungen eingebunden oder im Batchbetrieb genutzt werden können. Mehr hierzu finden Sie unter „Erwerb einer TRM4 Lizenz“  und ,,Kundenspezifische TRM4-Version für den Batch-Betrieb"

Das Zielobjekt wird durch ein äquivalentes Balkenmuster ersetzt.
Johnson Kriterien: Das Zielobjekt wird durch ein äquivalentes Balkenmuster ersetzt. Gezeigt sind äquivalente Balkenmuster für Detektion (links), Erkennung (Mitte) und Identifikation (rechts).

Die Berechnung der Reichweitenleistung in TRM4 basiert auf modifizierten Johnson-Kriterien. Hierbei werden tatsächliche Zielobjekte durch äquivalente Balkenmuster ersetzt, wie in der Abbildung dargestellt. Die Größe, Anzahl der Linienpaare und Signaldifferenz des Balkenmusters sind durch das Zielobjekt, den Hintergrund und durch Wahrnehmungsaufgabe (Detektion, Erkennung, Identifikation) bestimmt. Die Reichweitenleistung ergibt sich als der maximale Abstand, für welchen der Beobachter die Modulation des äquivalenten Balkenmuster gerade noch wahrnehmen kann.

Der TRM4-Bewertungsansatz ist eng mit der experimentell bestimmbaren Gütezahl MTDP (minimal wahrnehmbare Temperaturdifferenz) für Wärmebildgeräte. Die MTDP ist definiert als die minimale Temperaturdifferenz eines 4-Balkenmusters mit gegebener Raumfrequenz, bei welcher ein Beobachter mit dem Wärmebildgerät die Modulation des Balkenmusters gerade noch wahrnehmen kann. Gemessene MTDP-Werte können direkt in TRM4 zur Berechnung der Reichweitenleistung genutzt werden, ebenso lässt sich die MTDP mit TRM4 vorhersagen. Der Vergleich von gemessener und berechneter MTDP wird am Fraunhofer IOSB zur Validierung von TRM4 genutzt.

Weitere, tiefergehende Informationen zum TRM4 Bewertungsverfahren entnehmen Sie bitte den unten angefügten Infoboxen.

Übersicht der TRM Versionen

TRM4 ist eine der Kernkomponenten von ECOMOS (European Computer Model for Optronic System Performance Prediction). ECOMOS ist ein neuartiger Bewertungsansatz, der es langfristig ermöglichen soll auch den Einfluss von erweiterten digitalen Signalverarbeitungsverfahren auf die Leistungsfähigkeit optronischer Systeme zu bewerten. Mehr Informationen zu dem europäischen ECOMOS Projekt können Sie der entsprechenden Publikation und der ECOMOS Homepage entnehmen.

 

TRM4 Lizenz Erwerb

Sie erfahren wie Sie eine Lizenz von TRM4 erhalten können. Zudem ist eine kurze Zusammenfassung der Lizenzvereinbarung aufgeführt.

 

Kundenspezifische TRM4-Versionen für den Batch-Betrieb

 

TRM4 Schulungen

Das Fraunhofer IOSB bietet regelmäßig Schulungen zu TRM4 an. Diese Schulungen richten sich vor allem an TRM4 Anfänger und bestehen aus Schulungsvorträgen und praktischen Übungen.

Momentan leider nur Online.

 

Sensorsimulation

Sie wollen mehr über unsere Projekte und Kompetenzen im Bereich Modellierung und Simulation von elektro-optischen Systemen erfahren? Dann besuchen Sie doch die Seite der Forschungsgruppe Sensorsimulation.

 

Abteilung Optronik

Sie wollen mehr über unsere Projekte und spezifischen Kompetenzen im Bereich Optronik erfahren?