A quale distanza non è più possibile identificare un viso usando una fotocamera? A quale distanza non può più essere catturata una figura di una persona?
A quale distanza non è più possibile identificare un viso usando una fotocamera? A quale distanza non può più essere catturata una figura di una persona?
Risposte:
Una risposta a questa domanda non è ciò che gli obiettivi e i sensori esistenti possono fare in pratica, ma ciò che un sistema ottico può fare in teoria . Qui "in teoria" significa "in perfette condizioni visive, senza alcun disturbo atmosferico". Ho il sospetto (ma non sono sicuro) che per sistemi ottici relativamente piccoli come obiettivi per fotocamere e condizioni atmosferiche relativamente buone l'atmosfera non sia limitante. Si è limitante per i grandi sistemi ottici come telescopi, anche se ci sono alcune tecniche profondamente sorprendenti, che vanno sotto il nome 'ottica adattiva' e coinvolgono, ovviamente, laser legato al telescopio in grado di far fronte a questo. Inoltre, puoi semplicemente essere nello spazio.
Quindi, la risposta a questa è che il limite sulla risoluzione angolare di un sistema ottico con un diametro dell'elemento frontale d, che lavora ad una lunghezza d'onda di λ è dato da
Δθ = 1,22 λ / d
Il fattore di sfumatura numerica di 1,22 può essere regolato leggermente a seconda di cosa si intende per risoluzione, ma non molto. Questo limite è chiamato limite di diffrazione per un sistema ottico.
Se Δθ è piccolo (lo è se si dispone di qualsiasi tipo di obiettivo ragionevole), allora a distanza la lunghezza che si può risolvere è
Δl = 1,22 rλ / d
Riordinando questo otteniamo
r = Δl d / (1.22 λ)
Questa è la gamma alla quale un dispositivo ottico con un elemento frontale di diametro d può risolvere Δl ad una lunghezza d'onda di λ.
La lunghezza d'onda della luce verde è di circa 500 nm e supponiamo che tu abbia bisogno di Δl = 1 cm per poter vedere qualsiasi dettaglio su una faccia (non so se potresti identificare una persona a questa risoluzione, ma potresti sapere che è una faccia).
Collegando questi numeri otteniamo r = 16393 d dove sia r che d sono in cm. Se d è 5 cm, r è leggermente inferiore a 1 km. Ciò significa che per quanto grande sia l'ingrandimento , se il tuo elemento frontale ha un diametro di 5 cm, questo è il limite della risoluzione a quella distanza: se ingrandisci l'immagine di più, stai solo ingrandendo la sfocatura.
In un'altra risposta qualcuno ha menzionato uno zoom Sigma 150-600mm: questo sembra avere una dimensione dell'elemento frontale di 105mm. Questo dà r = 1,7 km, quindi questo obiettivo è probabilmente vicino o effettivamente limitato alla diffrazione: è vicino alla capacità di risolversi così come è fisicamente possibile farlo.
Anche menzionato è questo forse mitico obiettivo Canon 5200mm. È difficile trovare specifiche per questo, ma ho trovato da qualche parte che ha richiesto dimensioni complessive di 500 mm per 600 mm per 1890 mm: se quelli sono corretti, l'elemento frontale non ha più di 500 mm di diametro, quindi otteniamo r = 8 km circa per questo obiettivo. Quindi, in particolare, ciò che non ti lascerà fare è vedere i volti a decine di miglia di distanza, cosa che l'hype implica che può.
Puoi usare questa formula per qualsiasi scopo ovviamente: ad esempio ti dice perché non puoi vedere i siti di atterraggio dell'Apollo sulla Luna dalla Terra con nessun telescopio plausibile: se vuoi risolvere 3m sulla luna, che è di circa 250.000 miglia di distanza, in via libera, è necessario un dispositivo con un diametro di circa 80 m. Ci sono telescopi in costruzione che avranno specchi di oltre 30 m, ma questo non è particolarmente vicino a 80 m.
C'è un'altra nozione, per lo più non correlata, di "quanto lontano puoi vedere" che è "quanto lontano puoi vedere qualcosa sulla Terra?". Ancora una volta c'è una risposta semplificata a questa domanda. Se lo supponi
allora c'è una semplice risposta a questa domanda.
Se sei ad un'altezza h1 sopra la superficie (che, ricorda, è una sfera perfettamente liscia) e vuoi vedere qualcosa ad un'altezza h2 sopra la superficie, allora la distanza a cui puoi vederla è data da
d = sqrt (h1 ^ 2 + 2 * R * h1) + sqrt (h2 ^ 2 + 2 * R * h2)
dove R è il raggio della Terra, "sqrt" significa radice quadrata e tutte le distanze dovrebbero essere nelle stesse unità (dicono i metri). Se R è grande rispetto a h1 o h2 (che di solito è!), Allora questo è ben approssimato da
d = sqrt (2 * R * h1) + sqrt (2 * R * h2)
Questa distanza è la lunghezza di un raggio di luce che sfiora l'orizzonte, quindi questa formula ti dice anche la distanza dall'orizzonte: se sei ad un'altezza h sopra la superficie, allora la distanza dall'orizzonte è
sqrt (h ^ 2 + 2 * R * h)
o se h è piccolo rispetto a R (di nuovo, di solito vero a meno che tu non sia nello spazio)
sqrt (2 * R * h)
Nella vita reale la rifrazione atmosferica è importante (penso che renda l'orizzonte più lontano in generale), l'atmosfera non è perfettamente trasparente e mentre la Terra si avvicina abbastanza bene a una sfera su larga scala ci sono colline e così via.
Tuttavia ieri ho trascorso un'ora a guardare le isole scomparire gradualmente sotto l'orizzonte mentre mi allontanavo da loro, quindi ho pensato di aggiungere questo, dopo averlo elaborato per il mio divertimento sulla nave.
Se desideri semplicemente esempi visivi con obiettivi e risoluzioni comunemente disponibili, la pagina web: " Guida all'identificazione o al riconoscimento di un volto: risoluzione, lunghezza focale e megapixel " contiene numerosi esempi.
Axis Communications ha quello che chiamano un modello di densità pixel :
Esempi di distanze massime per l'identificazione (500 px / mo 80 pixel / faccia). La definizione dell'asse dei requisiti per il rilevamento, il riconoscimento e l'identificazione.
Esistono molti fattori da calcolare: angolo di illuminazione anteriore e posteriore pari, nebbia o fumo, colore, distanza, in quale parte dell'obiettivo appare il viso (al centro o nell'angolo), qualità dell'obiettivo, qualità del sensore, angolo della videocamera, movimento della persona (o vibrazione della fotocamera), compressione delle immagini, ecc .; ecco perché i produttori di telecamere di sicurezza creano grafici con prestazioni di riconoscimento garantite.
In perfette condizioni dovresti aspettarti di vedere oltre. Inoltre, se esiste un elenco di persone conosciute per confrontare l'immagine con una, spesso si può dire che si tratta di una persona piuttosto che di un'altra. I software moderni possono analizzare più immagini, anche prese da diverse angolazioni, e fornire un'immagine finale con una risoluzione migliorata. Tutti questi fattori rendono meno utili i calcoli matematici esatti.
Vedi anche l'articolo sul paesaggio luminoso: " I sensori risolvono le lenti? " E la Guida alle risorse di Edmond's Optics Imaging sezione 4.3 che spiega:
"La conclusione che il sistema di imaging non è in grado di rappresentare in modo affidabile una caratteristica di un oggetto di dimensioni di 12,4 µm è in diretta opposizione a ciò che mostrano le equazioni nella nostra nota applicativa Risoluzione , poiché matematicamente gli oggetti rientrano nelle capacità del sistema. Questa contraddizione evidenzia che i calcoli e le approssimazioni del primo ordine non sono sufficienti per determinare se un sistema di imaging può raggiungere o meno una determinata risoluzione. Inoltre, un calcolo della frequenza di Nyquist non è una metrica solida su cui gettare le basi delle capacità di risoluzione di un sistema e dovrebbe può essere utilizzato solo come linea guida delle limitazioni che avrà un sistema. ".
Nonostante abbia fatto tutti i calcoli, non riflette esattamente i risultati del mondo reale.
Uno degli oggetti (enormi) più lontani mai visti con un telescopio è a 13,4 miliardi di anni luce (l'età della Terra ha 4,54 ± 0,05 miliardi di anni ), ma un oggetto delle dimensioni di un volto umano non può essere visto chiaramente da molto lontano.
Qui 8000 immagini sono state combinate per creare un'enorme immagine zoomabile utilizzando una Canon 7D e un obiettivo 400mm f / 5.6 che misura 600.000 pixel di larghezza, misurerebbe 50 metri per 100 metri se stampato a risoluzione fotografica:
È come avere un enorme obiettivo zoom e migliorare l'immagine per migliorare la risoluzione. Riesci a malapena a vedere gli edifici più lontani, che sono oscurati dall'atmosfera.
Il più grande obiettivo mai venduto (ne sono stati realizzati solo 3) è mostrato nel video: " Obiettivo Canon 5200 mm più potente al mondo Super teleobiettivo EF FD (upload aggiornato) ", descritto in questo articolo di Petapixel: " Obiettivo Canon 5200 mm Ginormous su eBay " una distanza minima di messa a fuoco di 393 piedi / 120 metri e un peso di 100 kg senza supporto. È in grado di scattare fotografie di oggetti a 18 a 32 miglia di distanza (da 30 km a 52 km di distanza), ovviamente a seconda delle dimensioni dell'oggetto.
Ecco alcuni screenshot del video:
Nella prima foto la parte superiore dell'edificio ha approssimativamente le stesse dimensioni della mano della signora nell'ultima foto del primo piano.
Dipende dall'obiettivo che stai usando.
Ho un obiettivo sigma 150-600mm su una Nikon D850 e riesco a identificare le persone in tutta sicurezza a una distanza di 1,2 km
C'è un obiettivo CANON da 5200 mm, con una portata molto più lunga:
Il Prime 5200 mm, prodotto in Giappone, ha distanze di zoom insane. È progettato per concentrarsi su oggetti a 18 a 32 miglia di distanza. Fondamentalmente, se il 5200mm Prime fosse molto più potente, la curvatura della Terra avrebbe iniziato a influenzare i risultati
https://www.geek.com/gadgets/canons-5200mm-prime-lens-is-super-rare-and-quite-massive-1534367/
controlla il video nel link per una breve demonstation.
Ho preso questo palmare (o forse avendo il supporto da una piattaforma piatta ma non un treppiede) con Nikon D750 e Tamron 150-600 mm a 600 mm, f / 11, 1/2000 se ISO 1600. Non pensavo delle impostazioni troppo da quando stavo solo dimostrando la videocamera ad un amico. L'ISO sembra essere al limite per queste condizioni, ma altre scene erano più nell'ombra :)
La distanza originale era di circa 430 metri, quindi ho ridimensionato questo raccolto fino al 43% delle dimensioni originali per simulare l'aspetto che avrebbe da 1 km. Probabilmente questo risultato è più sfocato di quanto dovrebbe essere a causa di un fattore di scala così strano.
Mi sembra abbastanza riconoscibile se conoscessi la persona e forse non indossasse gli occhiali. Ma l'area della pelle del viso è larga solo 14 pixel circa poiché D750 ha "solo" 24 Mpixel. Con un D810 e lo stesso obiettivo è possibile riconoscere facilmente il volto di un amico a 1,5 km di distanza, forse anche a 2 km. Spero che qualcuno faccia il test :)
Per continuare con le dimostrazioni ... La Nikon P900 ha un sensore da 16 MP e uno zoom 83x. Hanno fatto alcuni test, non esattamente secondo le vostre esigenze ma abbastanza vicini. Guarda il video: https://www.youtube.com/watch?v=mRp13pRzzWQ
In breve, potevano leggere grandi lettere su un pezzo di carta a circa 1 km. Oltre a ciò le cose sono andate un po 'male e il livello di zoom non sembra che saresti in grado di scegliere una faccia terribilmente facilmente. Hanno anche alcuni scatti obbligatori della luna, ma purtroppo non hanno montato la fotocamera molto bene.
Un obiettivo fotografico è una specie di telescopio. Quindi ha il limite di risoluzione noto che è uguale a λ / D, dove λ è la lunghezza d'onda della luce osservata e D è il diametro dell'obiettivo. Il valore ottenuto è in unità angolari, non in centimetri.
Per una luce gialla con una lunghezza d'onda di 580 nm, una fotocamera con obiettivo di diametro 12 cm dovrebbe avere una risoluzione di circa 1 secondo d'arco.
Supponendo di aver bisogno di almeno 50 pixel sopra il viso per la foto ragionevole e il viso ha un diametro di circa 24 cm (0,24 m), questo si risolve a circa 1000 metri con Wolfram .
Difficile a dirsi ma da qualche parte in alta montagna l'aria può essere abbastanza trasparente da avvicinarsi a questo limite.