Apa yang paling jauh yang bisa dilihat kamera?


23

Pada jarak berapa wajah tidak lagi dapat diidentifikasi menggunakan kamera? Pada jarak berapa sosok seseorang tidak lagi bisa ditangkap?


14
Saya pikir pertanyaan ini terlalu luas, karena itu tergantung pada resolusi kamera, lensa yang Anda gunakan, kondisi pencahayaan, dan sebagainya ...
Tomáš Zato - Reinstate Monica

2
@ Tomáš Zato dengan baik pertimbangkan kondisi ideal dengan lensa terbaik yang tersedia, tetapi saya benar-benar melihat fisika dengan ukuran lensa tidak menjadi batasan.
Muze Troll yang bagus.

7
OK, ukuran lensa bukan faktor. Lalu seberapa jauh teleskop ruang Webb bisa melihat?
Bob Jarvis - Reinstate Monica

5
@ Bob Jarvis: Saat ini, mungkin sejauh dinding dari bangunan apa pun yang disimpannya - dengan asumsi, tentu saja, itu bahkan sudah dirakit :-(
jamesqf

6
Apakah teleskop Hubble dianggap sebagai kamera?
Rafael

Jawaban:


55

Satu jawaban untuk pertanyaan ini bukanlah apa yang dapat dilakukan lensa & sensor yang ada dalam praktiknya, tetapi apa yang dapat dilakukan oleh sistem optik secara teori . Di sini 'dalam teori' berarti 'dalam kondisi penglihatan sempurna, tanpa gangguan atmosfer sama sekali'. Saya menduga (tetapi saya tidak yakin) bahwa untuk sistem optik yang relatif kecil seperti lensa kamera, dan kondisi atmosfer yang relatif baik, atmosfer tidak membatasi. Hal ini membatasi untuk sistem optik besar seperti teleskop meskipun ada beberapa teknik sangat menakjubkan yang pergi dengan nama 'optik adaptif' dan melibatkan, tentu saja, laser diikat ke teleskop yang dapat menangani hal ini. Anda juga bisa berada di luar angkasa.

Jadi, jawaban untuk ini adalah bahwa batas pada resolusi sudut dari sistem optik dengan diameter elemen depan d, bekerja pada panjang gelombang λ diberikan oleh

Δθ = 1.22 λ / d

Faktor fudge numerik 1,22 dapat disesuaikan sedikit tergantung pada apa yang Anda maksud dengan resolusi, tetapi tidak terlalu banyak. Batas ini disebut batas difraksi untuk sistem optik.

Jika Δθ kecil (yaitu jika Anda memiliki jenis lensa yang masuk akal) maka pada jarak maka panjang yang bisa Anda selesaikan adalah

Δl = 1.22 rλ / d

Mengatur ulang ini kita dapatkan

r = Δl d / (1.22 λ)

Ini adalah kisaran di mana perangkat optik dengan elemen depan diameter d dapat menyelesaikan Δl pada panjang gelombang λ.

Panjang gelombang lampu hijau adalah sekitar 500nm, dan mari kita asumsikan Anda perlu Δl = 1cm untuk dapat melihat detail sama sekali di wajah (saya tidak tahu apakah Anda bisa mengidentifikasi seseorang pada resolusi ini, tetapi Anda bisa tahu itu wajah).

Memasukkan angka-angka ini kita dapatkan r = 16393 d di mana r dan d berada dalam cm. Jika d adalah 5cm maka r sedikit di bawah 1 km. Artinya, betapapun besarnya perbesaran , jika elemen depan Anda berdiameter 5cm, ini adalah batas resolusi pada jarak itu: jika Anda memperbesar gambar lebih banyak, Anda hanya memperbesar keburaman.

Di jawaban lain seseorang menyebutkan zoom Sigma 150-600mm: ini tampaknya memiliki ukuran elemen depan 105mm. Ini menghasilkan r = 1,7km, jadi lensa ini mungkin mendekati atau sebetulnya terbatas difraksi: hampir dapat dipecahkan serta secara fisik dimungkinkan untuk melakukannya.

Disebutkan pula bahwa ini adalah lensa Canon 5200mm yang mistis. Sulit untuk menemukan spesifikasi untuk ini, tetapi saya menemukan suatu tempat yang mengklaim dimensi keseluruhan 500 mm x 600 mm x 1890 mm: jika itu benar maka elemen depan tidak lebih dari 500 mm, jadi kami mendapatkan r = 8 km kira-kira untuk lensa ini. Jadi, khususnya, apa yang tidak akan membiarkan Anda lakukan adalah melihat wajah puluhan mil jauhnya, yang menyiratkan semacam sensasi itu bisa.

Anda dapat menggunakan rumus ini untuk tujuan apa pun tentu saja: misalnya ia memberi tahu Anda mengapa Anda tidak dapat melihat situs pendaratan Apollo di Bulan dari Bumi dengan teleskop yang masuk akal: jika Anda ingin menyelesaikan 3m di bulan, yaitu sekitar 250.000 mil jauhnya, dalam lampu hijau, Anda memerlukan perangkat dengan diameter sekitar 80m. Ada teleskop sedang dibangun yang akan memiliki cermin lebih dari 30m, tetapi ini tidak terlalu dekat 80m.


Ada gagasan lain yang sebagian besar tidak berhubungan tentang 'seberapa jauh Anda bisa melihat' yaitu 'seberapa jauh Anda bisa melihat sesuatu di Bumi?'. Sekali lagi ada jawaban yang terlalu disederhanakan untuk pertanyaan ini. Jika Anda menganggap itu

  • Bumi adalah bola yang sempurna;
  • tidak ada pembiasan karena atmosfer;
  • atmosfer sebenarnya tidak ada atau sangat transparan;

lalu ada jawaban sederhana untuk pertanyaan ini.

Jika Anda berada pada ketinggian h1 di atas permukaan (yang, ingat, adalah bola yang sangat halus), dan Anda ingin melihat sesuatu pada ketinggian h2 di atas permukaan, maka jarak Anda dapat melihatnya diberikan oleh

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

di mana R adalah jari-jari Bumi, 'sqrt' berarti akar kuadrat dan semua jarak harus dalam satuan yang sama (meter mengatakan). Jika R besar dibandingkan dengan h1 atau h2 (yang biasanya!) Maka ini didekati dengan baik oleh

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

Jarak ini adalah panjang sinar cahaya yang hanya menyerempet cakrawala, jadi rumus ini juga memberi tahu Anda jarak ke cakrawala: jika Anda berada pada ketinggian h di atas permukaan maka jarak ke cakrawala adalah

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

atau jika h kecil dibandingkan dengan R (sekali lagi, biasanya benar kecuali Anda berada di luar angkasa)

sqrt (2 * R * h)

Dalam kehidupan nyata pembiasan atmosfer itu penting (saya pikir itu membuat cakrawala semakin jauh secara umum), atmosfer tidak transparan sempurna, dan sementara Bumi adalah perkiraan yang cukup baik untuk bola pada skala besar ada bukit dan sebagainya.

Namun kemarin saya menghabiskan satu jam menonton pulau-pulau yang secara bertahap menghilang di bawah cakrawala ketika saya berlayar jauh dari mereka, jadi saya pikir saya akan menambahkan ini, setelah menyelesaikan ini untuk hiburan saya sendiri di kapal.


2
"mengapa kamu tidak bisa melihat situs pendaratan Apollo di Bulan dari Bumi dengan teleskop yang masuk akal!" +1, jawaban Anda juga menjelaskan mengapa Hubble bahkan tidak dapat menyelesaikan situs Apollo.
scottbb

jadi lensa ini mungkin mendekati atau sebenarnya terbatas-difraksi - Ada metamaterial yang memungkinkan proyeksi detail yang lebih kecil dari setengah panjang gelombang ( superlensa , hiperlensa ). Saya ragu ini akan pernah menemukan aplikasi dalam fotografi, tetapi saya pikir itu cukup menarik untuk disebutkan.
Ian

Saya mengalami kesulitan memahami "mengapa Anda tidak dapat melihat situs pendaratan Apollo di Bulan dari Bumi dengan teleskop yang masuk akal!" Juga, ketika Anda mengatakan masuk akal apakah yang Anda maksudkan adalah sebagai bagian dari uang atau rekayasa fisik lensa? Tolong jelaskan ini kepada saya dalam istilah awam sehingga saya bisa mengerti.
Muze Troll yang bagus.

Jika Anda ingin menjustifikasi peninggalan atmosfer, Anda bisa merujuk ke definisi metrologi untuk visibilitas: en.wikipedia.org/wiki/Visibilitas jelas 80 km dengan pegunungan dan sangat rendah kurang dari 100 m. Cuaca lokal adalah masalah yang lebih besar daripada atmosfer umum. Lebih buruk lagi adalah Horizon yang hanya ~ 5 km jauhnya en.wikipedia.org/wiki/Horizon untuk lensa yang lebih mewah.
TafT

1
1.22 bukan "faktor fudge". Ini adalah perkiraan numerik dari nol pertama dari fungsi Bessel biasa dari jenis pertama, dibagi dengan π. Ini sesuai dengan diameter Airy Disk - pola yang dibuat oleh titik fokus lensa yang sempurna dengan bukaan melingkar.
Floris

13

Jika Anda hanya menginginkan contoh visual dengan lensa dan resolusi yang tersedia secara umum, halaman web: " Panduan untuk Mengidentifikasi atau Mengenali Wajah: Resolusi, Panjang fokus, dan Megapiksel " memiliki sejumlah contoh.

Axis Communications memiliki apa yang mereka sebut Model Kepadatan Pixel :

Axis Communications - Gambar 1 & 2
Contoh jarak maksimum untuk identifikasi (500 px / m atau 80 piksel / wajah). Definisi Axis tentang persyaratan untuk deteksi, pengakuan, dan identifikasi.

Ada banyak faktor yang harus dihitung: pencahayaan depan dan belakang bahkan sudut, kabut atau asap, warna, jarak, bagian mana dari lensa yang muncul (tengah atau sudut), kualitas lensa, kualitas sensor, sudut kamera, gerakan orang (atau guncangan kamera), kompresi gambar, dll .; itulah sebabnya produsen kamera keamanan membuat grafik dengan kinerja pengakuan yang terjamin.

Dalam kondisi yang sempurna Anda harus berharap untuk melihat lebih jauh. Juga jika ada daftar orang yang dikenal untuk membandingkan gambar dengan satu sering dapat mengatakan bahwa itu adalah satu orang daripada yang lain. Perangkat lunak modern dapat menganalisis banyak gambar, bahkan diambil pada sudut yang berbeda, dan memberikan gambar akhir dengan resolusi yang ditingkatkan. Semua faktor itu membuat perhitungan matematis yang tepat kurang membantu.

Juga lihat artikel Lansekap Bercahaya: " Apakah Sensor Keluar Menyelesaikan Lensa? " Dan Panduan Sumber Daya Pencitraan Optik Edmond bagian 4.3 yang menjelaskan:

"Kesimpulan bahwa sistem pencitraan tidak dapat secara andal menggambarkan fitur objek yang berukuran 12,4 μm bertentangan langsung dengan apa yang diperlihatkan persamaan dalam aplikasi kami, Resolusi , karena secara matematis objek berada dalam kemampuan sistem. Kontradiksi ini menyoroti bahwa kalkulasi dan perkiraan urutan pertama tidak cukup untuk menentukan apakah suatu sistem pencitraan dapat mencapai resolusi tertentu atau tidak, kalkulasi frekuensi Nyquist bukanlah metrik yang solid untuk meletakkan dasar kemampuan resolusi suatu sistem, dan haruskah hanya digunakan sebagai pedoman keterbatasan yang dimiliki suatu sistem. "

Meskipun membuat semua perhitungan, itu tidak persis mencerminkan hasil dunia nyata.

Salah satu benda terjauh (luar biasa) yang pernah dilihat dengan teleskop adalah 13,4 miliar tahun cahaya (usia Bumi 4,54 ± 0,05 miliar tahun ), tetapi sebuah benda seukuran wajah manusia tidak dapat dilihat dengan jelas dari sangat jauh.

Di sini 8000 gambar digabungkan untuk membuat gambar yang sangat besar yang dapat diperbesar menggunakan Canon 7D dan lensa 400mm f / 5.6 berukuran lebar 600.000 piksel, akan berukuran 50 meter kali 100 meter jika dicetak pada resolusi fotografi:

Memperbesar gambar besar

Ini seperti memiliki lensa zoom yang sangat besar dan meningkatkan gambar untuk meningkatkan resolusi. Anda hampir tidak dapat melihat bangunan terjauh, yang dikaburkan oleh atmosfer.

Lensa terbesar yang pernah dijual (hanya 3 yang dibuat) ditunjukkan dalam video: " 5200mm Lensa Canon Dunia Super telefoto EF FD yang paling kuat (unggah terbaru) ", dijelaskan dalam artikel Petapixel ini: " Lensa Canon 5200mm Ginormous di eBay " memiliki jarak pemfokusan minimum 393ft / 120m dan berat £ 100 (100kg) tanpa dudukannya. Ini mampu mengambil foto objek yang berjarak 18 hingga 32 mil (30 km hingga 52 km), tentu saja itu tergantung pada ukuran objek.

Lensa Cermin Canon 5200mm

Berikut screenshot dari video:

Bangunan - 50mm dibandingkan dengan 5200mm
Di foto pertama, bagian atas bangunan berukuran kira-kira sama dengan tangan wanita di foto closeup terakhir.


Di sisi lain, satelit pengintai yang mengorbit 500 km (+300 mil) atau lebih tinggi dapat mengatasi wajah. Satelit komersial dapat menyelesaikan 10cm hari ini, jadi tidak ada yang tahu apa yang bisa dicapai satelit 'mata-mata'. thescienceexplorer.com/technology/...
cmason

@ cmason di luar teori konspirasi omong kosong itu tidak mungkin bahwa satelit mata-mata dapat melakukan jauh lebih baik: ukuran lensa (mungkin cermin) yang Anda butuhkan terlalu besar. Bahkan angka-angka terbaik secara signifikan lebih buruk dari 10cm: WorldView-4 mengklaim sekitar 30cm yang membutuhkan sesuatu cermin lebih dari 1m diameternya. Jika Hubble berada di orbit yang sama, ia dapat menyelesaikan sekitar 15cm. Saya tidak tahu apa cermin terbesar yang bisa Anda terbang (atau bisa, di era pesawat ulang-alik), tetapi kemungkinannya tidak jauh lebih besar dari Hubble's.

3

Itu tergantung pada lensa yang Anda gunakan.

Saya memiliki lensa 150-600mm sigma pada Nikon D850 dan saya dapat mengidentifikasi orang-orang dengan jarak 1,2 km dengan aman

Ada lensa CANON 5200mm, dengan jangkauan yang jauh lebih lama:

5200mm Prime, yang diproduksi di Jepang, memiliki jarak zoom gila. Ini dirancang untuk fokus pada objek yang berjarak 18 hingga 32 mil. Pada dasarnya, jika 5200mm Prime jauh lebih kuat, kelengkungan Bumi akan mulai mempengaruhi hasil

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

periksa Video di tautan untuk demonstation pendek.


"Ini dirancang untuk fokus pada objek 18 hingga 32 mil jauhnya." Kalimat itu sama sekali tidak masuk akal.
David Richerby

@ DavidRicherby Dia mungkin berbicara tentang jarak pemfokusan minimum
GPS

@ GPS Tidak: artikel tersebut mengatakan bahwa jarak pemfokusan minimum adalah 120 m. (Meter, bukan mil. 🙂)
David Richerby

1
@ DavidRicherby Saya mengerti bahwa untuk jarak yang lebih pendek, lensa yang lebih kecil akan lebih murah dan lebih mudah dikelola. Dan dengan atmosfir 32 mil, lensa tidak lagi dapat menyelesaikan hal yang berguna.
Eric Duminil

3

Saya mengambil alat genggam ini (atau mungkin mendapat dukungan dari platform datar tetapi bukan tripod) dengan Nikon D750 dan Tamron 150 - 600 mm pada 600 mm, f / 11, 1/2000 dt dan ISO 1600. Saya tidak berpikir pengaturan terlalu banyak karena saya hanya demo kamera ke teman. ISO tampaknya berada di ujung yang lebih tinggi untuk kondisi ini tetapi adegan lain lebih dalam bayangan :)

Jarak aslinya sekitar 430 meter jadi saya mengurangi panen ini hingga 43% dari ukuran aslinya untuk mensimulasikan seperti apa tampilannya dari 1 km. Bisa dibilang hasil ini lebih kabur daripada seharusnya karena faktor skala yang aneh.

menghadapi

Kelihatannya cukup dikenali bagi saya jika Anda mengenal orang itu dan mungkin dia tidak mengenakan kacamata. Tetapi area kulit wajah hanya selebar 14 piksel atau lebih karena D750 memiliki "hanya" 24 MPiksel. Dengan D810 dan lensa yang sama Anda dapat dengan mudah mengenali wajah teman dari jarak 1,5 km, bahkan mungkin dari jarak 2 km. Saya harap seseorang melakukan tes :)


2

Untuk melanjutkan demonstrasi ... Nikon P900 memiliki sensor 16MP dan zoom 83x. Mereka melakukan beberapa tes, tidak persis dengan kebutuhan Anda tetapi cukup dekat. Lihat videonya: https://www.youtube.com/watch?v=mRp13pRzzWQ

Singkatnya, mereka bisa membaca huruf besar di selembar kertas sekitar 1 KM. Selain itu, ada sedikit kesalahan, dan tingkat zoom tidak terlihat seperti Anda akan dapat memilih wajah dengan sangat mudah. Mereka juga memiliki beberapa foto bulan wajib, tetapi sayangnya tidak memasang kamera dengan baik.


Perhatikan bahwa "83x zoom" adalah ukuran relatif dan hanya berarti bahwa panjang fokus terpanjang 83 kali lebih pendek. Apa yang sebenarnya perlu Anda ketahui di sini adalah panjang fokus terpanjang yang mungkin: lensa 83x bisa, katakanlah, 10mm-830mm, atau 15mm-1245mm, atau apa pun yang lain, memberikan jawaban yang sangat berbeda.
David Richerby

1

Lensa kamera adalah sejenis teleskop. Oleh karena itu ia memiliki batas resolusi yang diketahui yaitu sama dengan λ / D, di mana λ adalah panjang gelombang cahaya yang diamati, dan D adalah diameter tujuan. Nilai yang diperoleh adalah dalam satuan sudut, bukan sentimeter.

Untuk lampu kuning dengan panjang gelombang 580 nm, kamera dengan diameter objektif 12 cm harus memiliki resolusi sekitar 1 arc detik.

Dengan asumsi Anda membutuhkan setidaknya 50 piksel di atas wajah untuk seni foto yang masuk akal dan diameter wajah sekitar 24 cm (0,24 m), ini berubah menjadi sekitar 1000 meter dengan Wolfram .

Sulit dikatakan tetapi di suatu tempat di pegunungan tinggi udaranya mungkin cukup transparan untuk mendekati batas ini.


Batas resolusi biasanya dikutip sebagai $ 1,22 \ lambda $ / D - diameter Airy Disk.
Floris
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.