Wie lässt sich die Größe eines Objekts in der Nähe (~15 cm) mithilfe der Autofokus-Fokusentfernung genau bestimmen?

Das Problem

Ich versuche, die Größe eines Objekts anhand der Fokusentfernung zu bestimmen, die vom Autofokus einer Smartphone-Kamera (Galaxy Note 8) bestimmt wird. Aber ich scheine nicht in der Lage zu sein, einen genauen Wert für die Fokusentfernung zu erhalten.

Ich hoffe, die Ursache(n) zu finden, warum die Fokusentfernung nicht genau bestimmt werden kann, und möglicherweise eine Lösung zu finden, um sie genauer zu machen.

Was ich bisher gemacht habe

Beim Fokussieren auf nahe Objekte ist die Fokusentfernung ungefähr gleich der Objektentfernung. Also habe ich ein Foto von einem bekannten Objekt (Karte in Kreditkartengröße) in bekannter Entfernung gemacht, um alle Werte zu berechnen und zu vergleichen. Das Bild, das ich gemacht habe, ist dieses:

Foto der Karte bei 169 mm (Hinweis: zum Hochladen neu skaliert)

Und das sind die relevanten Werte:

Und dann für den Abstand der Karte zur Kamera:

Wobei die berechnete Entfernung mit der Gleichung aus diesem Thema erfasst wird :

Gleichung

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

Diskussion

Wie zu sehen ist, sind diese Werte nicht gleich, obwohl sie es sein sollten. Also versuche ich herauszufinden, woher diese Abweichungen stammen. Mögliche Erklärungen:

  • Brennweite stimmt nicht (siehe hier ), aber da Smartphone-Kameras eine Festbrennweite haben, kann ich mir das nicht als Problem vorstellen
  • Die Kamera weicht zu sehr von einem Lochkameramodell ab (Kamera ist aber kalibriert, ab hier )
  • Die Kalibrierung der Autofokus-Entfernung ist zunächst nicht wirklich genau

Lösungen?

Eine Lösung, die mir einfällt, besteht darin, die Autofokusentfernung selbst auf eine reale Entfernung zu kalibrieren. Aber müsste das für jedes Gerät gemacht werden oder funktioniert die Kalibrierung über alle Smartphones des gleichen Typs ohne Neukalibrierung?

Ich hoffe ihr könnt mir bei meinen Überlegungen helfen.

Bearbeiten

Ich habe noch ein paar Messungen gemacht, jetzt mit einem Schachbrettmuster. Ich habe die Kamera in einer bekannten Entfernung aufgestellt und die Größe eines Schachbrettquadrats und die von der Kamera angegebene Fokusentfernung gemessen. Das sind die Ergebnisse:

Ergebnistabelle

Wie in der Tabelle zu sehen ist, ist die von der Kamera angegebene Fokusentfernung tatsächlich überraschend genau (+/- 4 % bei Entfernungen < 170 mm). Die von der Kamera angegebene Brennweite ist jedoch nicht genau, ich würde sagen, der Grund dafür ist, dass die Kamera ihr Objektiv bewegt , um einen guten Fokus zu erhalten. Durch die Berechnung der Brennweite aus der bekannten Größe des Schachbrettmusters (siehe Ergebnistabelle) ist ersichtlich, dass sich die Brennweite tatsächlich ändert und die von der Kamera angegebene Brennweite (4,3 mm) daher mit hoher Wahrscheinlichkeit die Brennweite im Fokus ist ist unendlich. Bei der Berechnung der Objektgröße sollte dies berücksichtigt werden.

Die Kamera misst keine Entfernung zum Fokussieren, sie ändert nur den Fokus, um den Kontrast zu maximieren. Angesichts der Tatsache, dass das kurzbrennweitige Objektiv ihm eine sehr tiefe Schärfentiefe verleiht, erfordert dies nicht viel Genauigkeit.
@xenoid Mir ist bewusst, dass es nur den Fokus ändert, um den Kontrast zu maximieren. Da dies jedoch direkt mit der Objektentfernung verknüpft ist, sollten Sie in der Lage sein, die Objektentfernung aus der Fokusentfernung zu ermitteln, die gemäß den Dokumenten auf reale Entfernungen kalibriert ist . Darüber hinaus ist die Schärfentiefe beim Fokussieren auf nahe Objekte selbst bei kurzbrennweitigen Objektiven nicht so tief. Aus meinen Messungen ergibt sich eine Genauigkeit von ca. 7 mm bei 15 cm Objektabstand.
Wiederholen Sie zunächst Ihre Messungen mit einem kontrastreichen Muster anstelle eines leeren Blattes. Aber immer noch gehen Sie davon aus, dass die Kamera genau scharf stellt , was bei einem Kontrast-Fokus wahrscheinlich nicht der Fall ist. Es fokussiert genug .
Ich werde versuchen, einige weitere Messungen mit einem Schachbrettmuster durchzuführen. Das Foto ist jedoch kein leeres Blatt, es gibt eine Karte an der Ecke, die für die Berechnungen verwendet wird, aber ich habe die Details für Upload-Zwecke ausgeblendet.
Tatsächlich ist die Brennweite eine Messung, die durchgeführt wird, wenn die Kamera ein weit entferntes Objekt abbildet. In diesem Zustand ist der Abstand zwischen Objektiv und Sensor minimal. Wenn Sie Objekte näher als unendlich ∞ abbilden, wird das Objektiv weiter vom Sensor entfernt neu positioniert. Dieser verlängerte Abstand wird manchmal fälschlicherweise als Brennweite bezeichnet, obwohl es sich tatsächlich um den Backfokusabstand handelt. Es ist die Backfokusentfernung, die die Brennweite ersetzen sollte.

Antworten (2)

Dies ist eigentlich ein etwas einfaches Verhältnisproblem:

Sie können ein Dreieck aus bilderzeugenden Strahlen zeichnen. Abmessungen des Bilddreiecks: Finden Sie die Höhe jedes Pixels = 4,234 ÷ 3024 = 0,0014 mm. Finden Sie die Bildhöhe = 1059 x 0,0014 = 1,4827 mm Bilddreieck zwei Seiten sind hoch = Brennweite = 4,3 mm Bilddreieckbasis = 1,4827 mm Verhältnis ist 1,4827 ÷ 4,3 = 0,3448

Höhe des Objektdreiecks = Linse zu Objekt = 169 mm Die Höhe des Objekts beträgt 169 x 0,3448 = 58,27 mm

Die tatsächliche Höhe des gemessenen Objekts beträgt 53,49 mm. Diese Antwort ist zu 92 % genau. Die Ungenauigkeit liegt an einigen falschen Daten wie Brennweite oder Bildhöhe.

Sie gehen davon aus, dass die Kamera die tatsächlich verwendete Fokusentfernung genau meldet. Das ist mit ziemlicher Sicherheit eine falsche Annahme.
Ihre Berechnung der Pixelgröße ist gemäß den Spezifikationen des Sensors korrekt. Da ich nicht glaube, dass die Bildhöhe falsch ist, könnte es sein, dass die angegebene Brennweite nicht stimmt.
Siehe Bearbeiten, die Ungenauigkeit liegt ja an der falschen Brennweite. Was sich mit der Fokusentfernung in einer Smartphone-Kamera ändert.

Sie verwenden das falsche Werkzeug für den Job. Das Kameramodul dient zur Erstellung von Fotos, nicht von Messungen. Um die Entfernung genau zu messen, sollten Sie sich einen dafür vorgesehenen Sensor besorgen.

Ich verstehe, dass es nicht das perfekte Werkzeug für den Job ist, aber aufgrund von Einschränkungen bei der Anwendung ist es nicht möglich, etwas anderes als ein Smartphone zu verwenden.
Wie lässt sich die Größe eines Objekts in der Nähe (~15 cm) mithilfe der Autofokus-Fokusentfernung genau bestimmen?
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