Máy ảnh xa nhất có thể nhìn thấy là gì?

Ở khoảng cách nào một khuôn mặt không còn có thể được xác định bằng cách sử dụng máy ảnh? Ở khoảng cách nào một hình người có thể không còn bị bắt?

Một câu trả lời cho câu hỏi này không phải là những gì ống kính & cảm biến hiện có có thể làm trong thực tế, mà là những gì một hệ thống quang học có thể làm trong lý thuyết . Ở đây 'trong lý thuyết' có nghĩa là 'trong điều kiện nhìn hoàn hảo, không có sự xáo trộn trong khí quyển'. Tôi nghi ngờ (nhưng không chắc chắn) rằng đối với các hệ thống quang học tương đối nhỏ như ống kính máy ảnh và điều kiện khí quyển tương đối tốt, bầu khí quyển không bị giới hạn. Đó là hạn chế đối với các hệ thống quang học lớn như kính viễn vọng mặc dù có một số kỹ thuật đáng kinh ngạc sâu sắc mang tên 'quang học thích nghi' và dĩ nhiên, liên quan đến laser gắn vào kính viễn vọng có thể đối phó với điều này. Ngoài ra, bạn chỉ có thể ở trong không gian.

Vì vậy, câu trả lời cho điều này là giới hạn về độ phân giải góc của hệ quang có đường kính phần tử phía trước d, làm việc ở bước sóng được đưa ra bởi

Δθ = 1,22 / ngày

Hệ số fudge số 1,22 có thể được điều chỉnh một chút tùy thuộc vào ý của bạn bởi độ phân giải, nhưng không nhiều lắm. Giới hạn này được gọi là giới hạn nhiễu xạ cho một hệ thống quang học.

Nếu nhỏ (đó là nếu bạn có bất kỳ loại ống kính hợp lý nào) thì ở khoảng cách thì độ dài bạn có thể giải quyết là

Δl = 1,22 rλ / ngày

Sắp xếp lại chúng tôi nhận được

r = dl d / (1.22)

Đây là phạm vi mà tại đó một thiết bị quang có phần tử phía trước có đường kính d có thể phân giải Δl ở bước sóng.

Bước sóng của ánh sáng xanh là khoảng 500nm và giả sử bạn cần Δl = 1cm để có thể nhìn thấy bất kỳ chi tiết nào trên khuôn mặt (Tôi không biết bạn có thể nhận dạng một người ở độ phân giải này không, nhưng bạn có thể biết một khuôn mặt).

Cắm các số này ta được r = 16393 d trong đó cả r và d đều tính bằng cm. Nếu d là 5cm thì r là dưới 1km. Điều này có nghĩa là độ phóng đại rất lớn , nếu phần tử phía trước của bạn có đường kính 5cm, đây là giới hạn của độ phân giải ở khoảng cách đó: nếu bạn phóng to hình ảnh nhiều hơn, bạn chỉ phóng to mờ.

Trong một câu trả lời khác, ai đó đã đề cập đến zoom Sigma 150-600mm: cái này dường như có kích thước phần tử phía trước là 105mm. Điều này cho r = 1,7km, do đó, ống kính này có thể gần hoặc thực sự bị giới hạn nhiễu xạ: nó gần với khả năng phân giải cũng như có thể thực hiện được về mặt vật lý.

Cũng được đề cập là ống kính Canon 5200mm có lẽ là huyền thoại này. Thật khó để tìm thông số kỹ thuật cho điều này, nhưng tôi đã tìm thấy ở đâu đó có kích thước tổng thể 500mm x 600mm x 1890mm: nếu đó là chính xác thì phần tử phía trước có đường kính không quá 500mm để chúng tôi có được r = 8km cho ống kính này. Vì vậy, đặc biệt là, những gì nó sẽ không cho phép bạn làm là nhìn thấy khuôn mặt của hàng chục dặm, mà các loại quảng cáo thổi phồng của ngụ ý nó có thể.

Tất nhiên, bạn có thể sử dụng công thức này cho bất kỳ mục đích nào: ví dụ, nó cho bạn biết lý do tại sao bạn không thể nhìn thấy các địa điểm hạ cánh Apollo trên Mặt trăng từ Trái đất bằng bất kỳ kính viễn vọng hợp lý nào: nếu bạn muốn phân giải 3 m trên mặt trăng, tức là khoảng 250.000 dặm, trong ánh sáng màu xanh lá cây, bạn cần một thiết bị có đường kính khoảng 80m. Có những kính viễn vọng đang được xây dựng sẽ có gương hơn 30m, nhưng điều này không đặc biệt gần 80m.

Có một khái niệm khác, chủ yếu không liên quan đến "bạn có thể nhìn thấy bao xa", đó là "bạn có thể nhìn thấy một cái gì đó trên Trái đất bao xa?". Một lần nữa, có một câu trả lời đơn giản cho câu hỏi này. Nếu bạn cho rằng

• Trái đất là một hình cầu hoàn hảo;
• không có khúc xạ do bầu khí quyển;
• bầu không khí trong thực tế là vắng mặt hoặc hoàn toàn minh bạch;

sau đó có một câu trả lời đơn giản cho câu hỏi này

Nếu bạn ở độ cao h1 trên bề mặt (mà, hãy nhớ, là một hình cầu hoàn toàn nhẵn) và bạn muốn nhìn thấy một cái gì đó ở độ cao h2 trên bề mặt, thì khoảng cách bạn có thể nhìn thấy được đưa ra bởi

d = sqrt (h1 ^ 2 + 2 * R * h1) + sqrt (h2 ^ 2 + 2 * R * h2)

Trong đó R là bán kính Trái đất, 'sqrt' có nghĩa là căn bậc hai và tất cả các khoảng cách phải ở cùng một đơn vị (mét nói). Nếu R lớn so với h1 hoặc h2 (thường là vậy!) Thì điều này gần đúng với

d = sqrt (2 * R * h1) + sqrt (2 * R * h2)

Khoảng cách này là chiều dài của một tia sáng vừa sượt qua đường chân trời, vì vậy công thức này cũng cho bạn biết khoảng cách đến đường chân trời: nếu bạn ở độ cao h so với bề mặt thì khoảng cách đến đường chân trời là

sqrt (h ^ 2 + 2 * R * h)

hoặc nếu h nhỏ so với R (một lần nữa, thường là đúng trừ khi bạn ở trong không gian)

sqrt (2 * R * h)

Trong khúc xạ khí quyển trong đời thực có vấn đề (tôi nghĩ rằng nó làm cho đường chân trời nhìn xa hơn), bầu khí quyển không hoàn toàn trong suốt, và trong khi Trái đất là một xấp xỉ khá tốt đối với một quả cầu trên quy mô lớn có những ngọn đồi và vân vân.

Tuy nhiên, ngày hôm qua tôi đã dành một giờ để xem các hòn đảo dần biến mất dưới đường chân trời khi tôi rời khỏi chúng, vì vậy tôi nghĩ rằng tôi sẽ thêm điều này, đã làm việc này để giải trí trên tàu.

Nếu bạn chỉ đơn giản muốn các ví dụ trực quan với các ống kính và độ phân giải phổ biến có sẵn trên trang web: " Hướng dẫn nhận dạng hoặc nhận diện khuôn mặt: Độ phân giải, tiêu cự và Megapixels " có một số ví dụ.

Truyền thông Trục có cái mà họ gọi là Mô hình Mật độ Pixel :

_{Ví dụ về khoảng cách tối đa để nhận dạng (500 px / m hoặc 80 pixel / mặt). Định nghĩa trục của các yêu cầu phát hiện, nhận dạng và nhận dạng.}

Có nhiều yếu tố để tính toán: ánh sáng phía trước và phía sau góc chẵn, sương mù hoặc khói, màu sắc, khoảng cách, phần nào của ống kính xuất hiện ở (giữa hoặc góc), chất lượng ống kính, chất lượng cảm biến, góc camera, chuyển động của người (hoặc rung máy ảnh), nén hình ảnh, v.v.; đó là lý do tại sao các nhà sản xuất camera an ninh tạo ra các biểu đồ với hiệu suất nhận dạng được đảm bảo.

Trong điều kiện hoàn hảo, bạn sẽ mong đợi để xem thêm. Ngoài ra nếu có một danh sách những người đã biết để so sánh hình ảnh với người ta thường có thể nói rằng đó là một người chứ không phải một người khác. Phần mềm hiện đại có thể phân tích nhiều hình ảnh, thậm chí được chụp ở các góc khác nhau và cung cấp hình ảnh cuối cùng với độ phân giải nâng cao. Tất cả những yếu tố này làm cho các phép tính toán chính xác ít hữu ích hơn.

Ngoài ra, hãy xem bài viết về Phong cảnh Sáng: "Các cảm biến có giải quyết được các ống kính không? " Và Hướng dẫn về Tài nguyên hình ảnh Quang học của Edmond phần 4.3 giải thích:

"Các kết luận rằng hệ thống hình ảnh có thể không đáng tin cậy hình ảnh một tính năng đối tượng đó là 12.4μm kích thước là đối lập trực tiếp với những gì các phương trình trong ứng dụng lưu ý chúng tôi Nghị quyết chương trình, như toán học các đối tượng rơi trong khả năng của hệ thống. Sự mâu thuẫn này nổi bật các phép tính và xấp xỉ bậc một không đủ để xác định liệu một hệ thống hình ảnh có thể đạt được độ phân giải cụ thể hay không. Ngoài ra, phép tính tần số Nyquist không phải là một thước đo vững chắc để đặt nền tảng cho khả năng phân giải của hệ thống, và nên chỉ được sử dụng như một hướng dẫn về những hạn chế mà một hệ thống sẽ có. ".

Mặc dù thực hiện tất cả các tính toán, nó không phản ánh chính xác kết quả thế giới thực.

Một trong những xa xa (rất lớn) đối tượng từng thấy với kính viễn vọng là 13,4 tỷ năm ánh sáng (độ tuổi của Trái đất là 4,54 ± 0,05 tỷ năm tuổi), nhưng một đối tượng kích thước của một khuôn mặt con người không thể nhìn thấy rõ ràng từ rất xa.

Tại đây, 8000 hình ảnh đã được kết hợp để tạo ra một hình ảnh có thể thu phóng khổng lồ bằng cách sử dụng Canon 7D và ống kính 400mm f / 5.6 có chiều rộng 600.000 pixel, nó sẽ đo được 50 mét x 100 mét nếu được in ở độ phân giải ảnh:

Nó giống như có một ống kính zoom khổng lồ và nâng cao hình ảnh để cải thiện độ phân giải. Bạn hầu như không thể nhìn thấy những tòa nhà xa nhất, bị che khuất bởi bầu khí quyển.

Ống kính lớn nhất từng được bán (chỉ có 3 chiếc được sản xuất) được hiển thị trong video: " 5200mm Canon Lens World Super teloto siêu mạnh nhất EF FD (tải lên cập nhật) ", được mô tả trong bài viết này của Petapixel: " Ống kính Canon 5200mm trên eBay " như có khoảng cách lấy nét tối thiểu 393ft / 120m và nặng 220lb (100kg) mà không có chân đế. Nó có khả năng chụp ảnh của các đối tượng 18-32 dặm (30km để 52kms đi), tất nhiên điều đó phụ thuộc vào kích thước của đối tượng.

Dưới đây là ảnh chụp màn hình từ video:

 _{Trong bức ảnh đầu tiên, đỉnh của tòa nhà có kích thước tương đương với bàn tay của người phụ nữ trong bức ảnh chụp gần nhất.}

Nó phụ thuộc vào ống kính bạn đang sử dụng.

Tôi có ống kính sigma 150-600mm trên máy ảnh Nikon D850 và tôi có thể nhận dạng mọi người một cách an toàn trong khoảng cách 1,2km

Có một ống kính CANON 5200mm, với tầm với xa hơn nhiều:

Prime 5200mm, được sản xuất tại Nhật Bản, có khoảng cách zoom điên cuồng. Nó được thiết kế để tập trung vào đối tượng 18-32 dặm. Về cơ bản, nếu Prime 5200mm mạnh hơn nhiều, độ cong của Trái đất sẽ bắt đầu ảnh hưởng đến kết quả

https://www.geek.com/gadgets/canons-5200mm-prime-lens-is-super-rare-and-quite-massive-1534367/

kiểm tra Video trong liên kết cho một demstation ngắn.

Tôi đã cầm chiếc máy cầm tay này (hoặc có thể có sự hỗ trợ từ nền tảng phẳng nhưng không phải chân máy) với Nikon D750 và Tamron 150 - 600 mm ở 600 mm, f / 11, 1/2000 s và ISO 1600. Tôi không nghĩ của các cài đặt quá nhiều vì tôi chỉ đang giới thiệu máy ảnh cho một người bạn. ISO dường như ở mức cao hơn cho các điều kiện này nhưng các cảnh khác lại có nhiều bóng hơn :)

Khoảng cách ban đầu là khoảng 430 mét, vì vậy tôi đã thu nhỏ cây trồng này xuống còn 43% kích thước ban đầu để mô phỏng nó trông như thế nào từ 1 km. Có thể cho rằng kết quả này mờ hơn nhiều so với nguyên nhân tỷ lệ lẻ như vậy.

Tôi có vẻ khá dễ nhận ra nếu bạn biết người đó và có lẽ cô ấy không đeo kính. Nhưng vùng da mặt chỉ rộng 14 pixel vì D750 có "chỉ" 24 Mpixels. Với D810 và cùng một ống kính, bạn có thể dễ dàng nhận ra khuôn mặt của một người bạn ở cách xa 1,5 km, thậm chí có thể từ 2 km. Tôi hy vọng ai đó làm bài kiểm tra :)

Để tiếp tục với các cuộc biểu tình ... Nikon P900 có cảm biến 16MP và zoom 83x. Họ đã làm một vài bài kiểm tra, không chính xác theo yêu cầu của bạn nhưng khá gần gũi. Xem video: https://www.youtube.com/watch?v=mRp13pRzzWQ

Nói tóm lại, họ có thể đọc các chữ cái lớn trên một tờ giấy với tốc độ khoảng 1KM. Ngoài ra, mọi thứ đã đi sai một chút và mức độ phóng to không giống như bạn có thể chọn ra một khuôn mặt cực kỳ dễ dàng. Họ cũng có một số bức ảnh bắt buộc về mặt trăng, nhưng thật đáng buồn là đã không gắn máy ảnh rất tốt.

Một ống kính máy ảnh là một loại kính viễn vọng. Do đó, nó có giới hạn độ phân giải đã biết bằng / D, trong đó λ là bước sóng của ánh sáng quan sát được và D là đường kính của vật kính. Giá trị thu được được tính bằng đơn vị góc, không phải centimet.

Đối với ánh sáng màu vàng có bước sóng 580nm, máy ảnh có mục tiêu đường kính 12 cm nên có độ phân giải khoảng 1 cung giây.

Giả sử bạn cần ít nhất 50 pixel trên khuôn mặt để có ảnh nghệ thuật hợp lý và khuôn mặt có đường kính khoảng 24 cm (0,24 m), điều này giải quyết được khoảng 1000 mét với Wolfram .

Khó nói nhưng đâu đó trên núi cao không khí có thể đủ trong suốt để đạt đến giới hạn này.