¿Cómo determinar con precisión el tamaño de un objeto cercano (~15 cm) utilizando la distancia de enfoque del enfoque automático?

El problema

Estoy tratando de determinar el tamaño de un objeto utilizando la distancia de enfoque determinada por el enfoque automático de la cámara de un teléfono inteligente (Galaxy Note 8). Pero parece que no puedo obtener un valor preciso para la distancia de enfoque.

Espero encontrar las razones por las que la distancia de enfoque no se puede determinar con precisión y posiblemente encontrar una solución para que sea más precisa.

lo que hice hasta ahora

Al enfocar objetos cercanos, la distancia de enfoque es aproximadamente igual a la distancia del objeto. Así que tomé una foto de un objeto conocido (tarjeta del tamaño de una tarjeta de crédito) a una distancia conocida para calcular y comparar todos los valores. La foto que tomé es esta:

Foto de tarjeta a 169 mm (nota: reescalado para cargar)

Y estos son los valores relevantes:

Y luego para la distancia de la tarjeta a la cámara:

Donde la distancia calculada se adquiere usando la ecuación de este tema :

Ecuación

distancia = (4,3 * 85,6 * 4032) / (1688 * 5,645) = 156 mm

Discusión

Como se ve, estos valores no son los mismos mientras deberían serlo. Así que estoy tratando de averiguar de dónde provienen estas desviaciones. Posibles explicaciones:

  • La distancia focal no es correcta (ver aquí ), pero dado que las cámaras de los teléfonos inteligentes tienen una distancia focal fija, no puedo imaginar que este sea el problema.
  • La cámara se desvía demasiado de un modelo de cámara estenopeica (sin embargo, la cámara está calibrada, desde aquí )
  • Para empezar, la calibración de la distancia de enfoque automático no es realmente precisa

¿Soluciones?

Una solución que se me ocurrió es calibrar yo mismo la distancia de enfoque automático a una distancia real. Pero, ¿es necesario hacer esto para todos los dispositivos o la calibración funcionará en todos los teléfonos inteligentes del mismo tipo sin recalibrar?

Espero que me puedan ayudar en mi pensamiento.

Editar

He hecho algunas medidas más, ahora con un patrón de tablero de ajedrez. Configuré la cámara a una distancia conocida y medí el tamaño de un tablero de ajedrez y la distancia de enfoque dada por la cámara. Estos son los resultados:

Tabla de resultados

Como se ve en la tabla, la distancia de enfoque proporcionada por la cámara es sorprendentemente precisa (+/- 4 % en distancias < 170 mm). Sin embargo, la distancia focal proporcionada por la cámara no es precisa, diría que la razón de esto es que la cámara mueve la lente para obtener un buen enfoque. Al calcular la distancia focal a partir del tamaño conocido del patrón de tablero de ajedrez (consulte la tabla de resultados), se puede ver que la distancia focal cambia y la distancia focal dada por la cámara (4,3 mm) es muy probable que sea la distancia focal en el foco. es infinito. Para calcular el tamaño del objeto esto debe tenerse en cuenta.

La cámara no mide la distancia para enfocar, solo cambia el enfoque para maximizar el contraste. Dado que la lente de distancia focal corta le da una profundidad de campo muy profunda, esto no requiere mucha precisión.
@xenoid Soy consciente de que solo cambia el enfoque para maximizar el contraste. Pero como esto está directamente relacionado con la distancia del objeto, debería poder encontrar la distancia del objeto a partir de la distancia de enfoque, que está calibrada a distancias reales de acuerdo con los documentos . Además, cuando se enfocan objetos cercanos, la profundidad de campo no es tan profunda, incluso para lentes de distancia focal corta. Según mis medidas, la precisión es de aproximadamente 7 mm en una distancia del objeto de 15 cm.
Para empezar, rehaga sus medidas con un patrón de alto contraste en lugar de una hoja en blanco. Pero aún asume que la cámara enfoca exactamente , lo que probablemente no sea cierto con un enfoque de contraste. Se enfoca bastante .
Intentaré hacer algunas medidas más con un patrón de tablero de ajedrez. Sin embargo, la foto no es de una hoja en blanco, hay una tarjeta en la esquina que se usa para los cálculos, pero borré los detalles para fines de carga.
En realidad, la distancia focal es una medida que se toma cuando la cámara está tomando imágenes de un objeto lejano. En esta condición, la distancia entre la lente y el sensor es mínima. A medida que toma imágenes de objetos más cerca del infinito ∞, la lente se vuelve a colocar más lejos del sensor. Esta distancia alargada a veces se denomina incorrectamente distancia focal, cuando en realidad ahora es la distancia de enfoque posterior. Es la distancia de enfoque posterior la que debe sustituir a la distancia focal.

Respuestas (2)

Este es en realidad un problema de proporción algo simple:

Puede trazar un triángulo de imagen formando rayos. Dimensiones del triángulo de la imagen: encuentra la altura de cada píxel = 4,234 ÷ 3024 = 0,0014 mm. Encuentre la altura de la imagen = 1059 X 0,0014 = 1,4827 mm Los dos lados del triángulo de la imagen tienen altura = distancia focal = 4,3 mm La base del triángulo de la imagen = 1,4827 mm La relación es 1,4827 ÷ 4,3 = 0,3448

Altura del triángulo del objeto = lente al objeto = 169 mm La altura del objeto es 169 X 0,3448 = 58,27 mm

La altura real del objeto medido es 53,49 mm Esta respuesta tiene una precisión del 92 %. La imprecisión se debe a algunos datos incorrectos, como la distancia focal o la altura de la imagen.

Está asumiendo que la cámara informa con precisión la distancia de enfoque real utilizada. Es casi seguro que es una suposición falsa.
Su cálculo del tamaño de píxel es correcto según las especificaciones del sensor. Como no creo que la altura de la imagen sea incorrecta, podría ser que la distancia focal informada esté desactivada.
Ver edición, la inexactitud es de hecho una distancia focal incorrecta. Que cambia con la distancia de enfoque en la cámara de un teléfono inteligente.

Está utilizando la herramienta incorrecta para el trabajo. El módulo de la cámara está diseñado para producir fotografías, no mediciones. Para medir la distancia con precisión, debe obtener un sensor hecho para ese propósito.

Entiendo que no es la herramienta perfecta para el trabajo, pero debido a las restricciones de la aplicación, no es posible usar nada más que un teléfono inteligente.
¿Cómo determinar con precisión el tamaño de un objeto cercano (~15 cm) utilizando la distancia de enfoque del enfoque automático?
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