Apa yang paling jauh yang bisa dilihat kamera?

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

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.

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 :

_{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:

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.

Berikut screenshot dari video:

 _{Di foto pertama, bagian atas bangunan berukuran kira-kira sama dengan tangan wanita di foto closeup terakhir.}

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.

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.

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 :)

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.

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.