Расхождение размеров объекта в изображении (объект Round занимает больше пикселей, чем должно)

Question

Я фотографирую сферу (шар): на той же картинке я также поместил линейку. Мяч и линейка находятся в одной плоскости. то есть линейка расположена так, что она выровнена по центру шара.

Я пытаюсь предсказать размер изображения мяча от линейки:

1. Из линейки я считаю пиксели и выясняю, сколько пикселей равно 1 мм.
2. Позже я считаю пиксели диаметра шара и преобразую обратно в мм.

В результате изображение мяча больше, чем должно быть, согласно моим физическим измерениям. Кажется ясно, что есть проблема в изображении. Ребята, вы можете придумать причину этого?

Я использую объектив FL 5.5 со вспышкой. (Этот объектив имеет очень низкое искажение.)

Если я использую другой объектив с FL, равным 4,5, проблема менее выражена. Каким-то образом FL оказывает влияние, но я не могу понять, что.

Answer 1

Чтобы изображение было действительным инструментом измерения, должны быть соблюдены два критерия:

1. Объекты должны быть точно в одной плоскости.
2. Плоскость должна быть параллельна плоскости датчика изображения.

Критерий один легко проверить, оба объекта находятся на плоской поверхности? Имеет ли какой-либо из объектов значительную глубину по сравнению с расстоянием между камерой и плоскостью объекта? Например: 1-дюймовый шар из 10 дюймов, вероятно, будет иметь заметные эффекты, а 1-дюймовый шар, изображенный с нескольких сотен дюймов, не будет иметь заметного эффекта. Это использует ракурс в ваших интересах.

Критерии два немного сложнее. Размещение двух линейок перпендикулярно друг другу на плоскости изображения позволит проверить этот критерий. Подсчитайте количество пикселей на единицу линейки на обоих концах линейки. Если число равно, то эта линейка параллельна плоскости изображения. Сравните измерение между линейками, чтобы убедиться, что ваши пиксели квадратные.

Я создал следующее изображение, чтобы объяснить , что происходит, когда объект значительно выступает из плоскости измерения . В моем примере шар заполняет высоту изображения. Высота изображения на линейке составляет 1,35 шт. Зритель тогда предполагает, что шар имеет ширину 1,35 единицы. Это неправда. Любой объект можно заполнить, если поместить его достаточно близко к объективу.

Answer 2

Основная проблема в том, что линейка и горизонт шара НЕ находятся в одной плоскости. Подумайте о взгляде на сферу. Если вы посмотрите издалека, вы увидите почти половину. Когда вы приближаетесь, вы видите все меньше и меньше сферы, потому что горизонт движется к вам. То, что вы стоите на земле, является отличным примером того, как вы смотрите на сферу с очень близкого расстояния до крайности. Можете ли вы увидеть половину планеты с того места, где вы стоите? Конечно, нет. Даже из высокого здания или самолета вы все еще можете видеть только небольшой круговой участок земли. Если бы вы поставили линейку до этого небольшого круглого пятна и предположили, что вы видите полный диаметр земли, вы бы очень неправильно поняли размер всей земли.

Вы столкнулись с той же проблемой, но не так сильно. Круглый диск, который вы видите сферой на фотографии, составляет менее половины сферы. Допустим, вы смотрите на сферу из-за ее северного полюса. Горизонт, который вы видите, ближе, чем экватор. Это не только дает вам неправильное представление о диаметре сферы, но и горизонт ближе к камере, чем линейка, поэтому вы даже не можете измерить его должным образом.

Чтобы минимизировать этот эффект (вы никогда не сможете полностью устранить его), отойдите как можно дальше назад и используйте более длинную линзу для компенсации.

Answer 3

Я бы сказал, что вы наблюдаете искажение, и это очень хороший эксперимент, который вы пробовали.

Это похоже на то, как прямые линии могут выглядеть изогнутыми, а углы искажаться.

В зависимости от фокусного расстояния, которое вы можете использовать, вы сможете наблюдать различные расхождения, размещая сферу в центре изображения или вблизи границ: ожидайте, что искажение будет больше вблизи границ. Поэтому, возможно, несоответствие, которое вы видите в центре, заключается в небольшом количестве пикселей, и оно становится больше, если поместить сферу рядом с границами вашего поля зрения.

Answer 4

Я думаю, что это математическая угловая проблема.

Мяч - это трехмерный объект, линейка - это (в основном) двумерный объект, поэтому их соотношение зависит от точного выравнивания мяча и линейки.

Допустим, у вас есть уровень линейки с задней частью мяча (с точки зрения камеры), тогда шарик будет казаться больше, чем есть на самом деле по сравнению со шкалой линейки.

Однако не все так просто - потому что у вас широкоугольный объектив, я предполагаю, что ваша камера находится достаточно близко к объекту (объектам), поэтому вы столкнетесь с явлением, которое я не могу вспомнить под этим именем ... (насколько полезно не так ли? !!) из-за угла, под которым свет попадает в объектив, шарик заполняет большую часть кадра, чем предлагает шкала линейки.

Answer 5

Это имеет простое математическое / геометрическое объяснение: в любой книге по базовой геометрии вы обнаружите, что касательная к окружности перпендикулярна линии, которая идет от центра окружности к точке, где касательная касается касания окружности.

После этого касательные, которые касаются крайних значений диаметра для окружности, будут точно параллельными, то есть эти линии не будут сходиться ни в одной точке.

Если линии, сходящиеся в точке за пределами окружности, также касательны к окружности, точки касания не будут совмещены с центром окружности. Если вы соедините обе точки касания с центром, вы получите две линии, образующие угол. Если переместить точку схождения ближе к окружности, упомянутый угол будет более острым.

Если вы продолжите линии, пока они не пересекают диаметр окружности, вы обнаружите, что точка пересечения не попадает в окружность, а выходит за ее пределы, даже если на небольшую величину.

Кроме того, если вы измерите расстояние между точками касания, вы обнаружите, что оно фактически меньше диаметра окружности.

Когда вы видите изображение сферы, граница которой образована лучами света, которые тангенциально проходят от шара к точке конвергенции (предположительно внутри линзы), поскольку существует точка конвергенции, вы видите ту же самую эффект, описанный выше для 2D-контекста, но с точки схождения.

Другой способ думать об этом: если эти лучи света станут твердыми, они будут соответствовать конусу, который не сможет касаться диаметра шарика, единственное, что может касаться шарика по диаметру, будет трубка .

Эффект, который вы видите, неизбежен и связан не с фокусным расстоянием, а с расстоянием от камеры до объекта. Если вы удаляетесь от объектов дальше, угол так называемых тангенциальных линий становится острее, то есть ближе к параллели, что сводит к минимуму разницу, которую вы описываете.

(Извините, на данный момент у меня нет доступа к инструментам рисования. Графическое объяснение гораздо проще)