Цель этого сообщения - понять, как работают камеры, и воспользоваться этим для вычисления расстояния до данного лица на изображении с помощью алгоритма обнаружения лиц, описанного в моем "предыдущий пост".

«Свет был первым творением Бога и одним из важнейших даров природы человечеству…»

Определения

Во-первых, вы можете задать вопрос: «Что такое свет?» Для начала вам следует дать рабочее определение света: свет - это субстанция, которую ощущает нормальный человеческий глаз.

Возможно, это не глубокое определение, но оно начинает нас с исследования света, давая нам проверку на наличие света. Когда мы видим объект, это происходит потому, что в глаза попадает свет. Если объект излучает свет, мы говорим, что это источник света. Объекты, которые сами по себе излучают свет, называются источниками света. Другие объекты, называемые освещенными источниками, излучают свет только тогда, когда на них светит свет от источников света (например, луна).

Термин Camera Obscura, что на латыни означает темная комната, можно сравнить с современной камерой, не требующей объектива или пленки; устройство проецирует перевернутое изображение на стену или холст.

Это простейшее оптическое устройство, позволяющее получать изображение предметов на экране. Также называется: камера-обскура.

История

Впервые китайцы обнаружили в V веке до нашей эры. что если проделать маленькое отверстие в стене затемненной комнаты, перевернутое изображение снаружи проецируется из точечного отверстия на стену напротив маленького отверстия. Независимо от расстояния до противоположной стены, изображение снаружи проецировалось на нее. Уменьшите или увеличьте расстояние, чтобы изменить размер проекции.

Арабский ученый Абу Али аль-Хасан ибн аль-Хайтам (10 век нашей эры), также известный под своим латинским именем Альхазен, описал камеру-обскуру в своих трудах ( Книга оптики). Альхазен подчеркнул важность взаимосвязи между размером апертуры и резкостью изображения.

Первое оптическое оборудование для создания художественных картин было создано великим мастером Леонардо да Винчи, жившим в 1452–1519 годах. Его описание можно прочитать в Трактате о живописи, где автор рассказал о принципе действия оптического прибора.

Примерно в 1519 году Леонардо да Винчи (1452–1519) писал:

«Когда изображения освещенных объектов… проникают через небольшое отверстие в очень темную комнату… вы увидите [на противоположной стене] эти объекты в их правильной форме и цвете, уменьшенные в размере… в перевернутом положении из-за пересечения лучи ».

Теория:

Случай 1. Камера-обскура

Теперь наша цель - найти взаимосвязь между фокусным расстоянием (f) с высотой объекта (HI = KJ), размером изображения (LM = EF) и расстоянием от объекта до камеры (d). Кроме того, если мы сможем его найти (по крайней мере, мы можем попробовать), мы сможем оценить расстояние от объекта до отверстия (камеры), зная размер изображения (ML = EF), размер объекта (HI = KJ = 18 см; средняя высота человеческого лица составляет около 18 см), а фокусное расстояние неизвестно.

Фокусное расстояние

Чтобы вычислить фокусное расстояние, вы можете положить 30-сантиметровую бумагу перед камерой, чтобы она полностью поместилась на экране, и измерить расстояние до камеры от бумаги (я нашел расстояние 19 см от моей камеры), Вы можете узнать отношение высоты изображения вашей камеры к его фокусному расстоянию, применив следующую аналогию:

Чтобы узнать это соотношение, вам нужно немного изучить основы математики. Зная, что два треугольника ABC и CDE похожи, мы можем написать:

Они похожи, потому что все три угла равны друг другу. Эта формула приводит к:

so

Из этой формулы

Видно, что если CG увеличивается в некотором N раз, то AB (высота изображения) уменьшится в N раз, потому что f и DE (высота объекта: лист бумаги или лицо…) являются константами.

Кроме того, это логически верно, потому что, если объект удалится далеко от камеры, изображение на экране будет маленьким.

Теперь нам нужно выяснить соотношение между высотой объекта и высотой изображения при движении перед камерой, как в следующей ситуации:

Объект перемещается от HI к KJ, высота изображения уменьшится с CD до EF. И мы знаем, что LM = EF, поэтому мы можем упростить изображение следующим образом:

два треугольника GLM и GJK похожи, поэтому это приведет к:

So

Вспомните из уравнения (1):

Итак, наконец, имеем:

Подтверждение

Это уравнение кажется логически истинным, потому что, если вы отойдете далеко от камеры, ваше изображение на картинке будет маленьким.

Единица измерения - см - ›True

Случай-2: фотоаппарат с одним объективом:

мы знаем, что два треугольника DFE и FBA похожи, поэтому можем вывести:

но

FG = f + расстояние от объектива камеры (f - фокусное расстояние)

DE = высота изображения на экране

AB = высота листа бумаги = 30 см

FF = di –f

so

проверка:

Если f = 0, должна получиться та же формула в (1) для камеры-обскуры:

di в камере-обскуре - это то же самое, что и фокусное расстояние (терминология)

после упрощения (2) мы можем вывести:

Стандартное фокусное расстояние для камеры составляет от 35 мм до 70 мм, давайте возьмем 50 мм. (5 см = 189 пикселей)

Как показано на рисунке выше, перемещение объекта из (A) в (B) уменьшит размер изображения с [c] до (D).

Используя ту же аналогию, что обсуждалась ранее, (Расстояние = d)

Код

Записав два предыдущих уравнения для точечного отверстия и камеры с объективом, мы можем найти расстояние до определенного человека на заданном изображении, как показано ниже.

Здесь мы видим, что оператор находится примерно в полутора метрах от актрисы.

Я думаю, что 1,5 метра - это не совсем корректно, потому что оператор может увеличить изображение, а также он может обрезать изображение во время редактирования (я не принимал во внимание эти два фактора).

Заключение

Камера-обскура была краеугольным камнем современных фотоаппаратов и, несмотря на ее простоту, может считаться одним из самых важных открытий в истории человечества.

Чтобы узнать больше о моем проекте, загляните в Мое репо.