Витягніть руку вперед і закрийте великим пальцем Місяць. Ось і вся проблема вимірювання розміру по зображенню в одному жесті: камера фіксує кути, а не розміри. Сірникова коробка поблизу об'єктива та вантажний контейнер далеко від нього можуть займати однакову кількість пікселів, і ніщо на фотографії не дозволить їх розрізнити. У XV столітті художники формалізували це як перспективу; комп'ютерний зір визначив це як проективну модель камери (класичним сучасним посібником є Multiple View Geometry in Computer Vision авторів Хартлі та Зіссермана); і кожному додатку в стилі «виміряй що завгодно телефоном!» доводиться якось вирішувати цю задачу.

Є два чесних шляхи вирішення. Перший — «навчити» телефон параметрам його власної оптики (фокусній відстані, геометрії сенсора, дисторсії об'єктива) і на основі цього оцінювати відстань. Саме це намагаються робити AR-додатки для вимірювання, хоча їхня точність залежить від апаратного забезпечення, освітлення, текстури та просто везіння. Другий шлях на століття старіший і взагалі не потребує знань про камеру: помістити в кадр об'єкт відомого розміру.

Секрет у тому, що масштаб передається через проекцію

Інструмент «Розмір» у Sentio йде другим шляхом. Сфотографуйте потрібний об'єкт поруч із еталоном — платіжною карткою або аркушем паперу формату A4 — а потім позначте на фотографії два відрізки: один уздовж еталона, інший уздовж об'єкта. Інструмент обчислює співвідношення та множить його:

реальний розмір = (пікселі об'єкта ÷ пікселі еталона) × відомий розмір еталона

Чому платіжна картка є надійною лінійкою? Тому що це один із найбільш стандартизованих предметів, які ви маєте. ISO/IEC 7810 визначає формат картки ID-1 розміром 85.60 × 53.98 mm — це стосується кожної банківської картки, картки лояльності чи готельного ключа у світі з точністю до часток міліметра. Аркуш формату A4 (297 × 210 mm, зі стандарту ISO 216) є його більшим аналогом для більших об'єктів. Ви все життя носите з собою високоточні еталони.

Геометрія, яка робить це співвідношення правильним, — це подібні трикутники: коли два об'єкти розташовані на однаковій відстані від об'єктива, в одній площині, проекція масштабує обидва з однаковим коефіцієнтом — яким би він не був. Фокусна відстань невідома? Скорочується. Відстань невідома? Скорочується. Який телефон, який об'єктив, яке збільшення? Все скорочується. Це принцип платформи «жодного калібрування для конкретного пристрою» у найчистішому вигляді: невідома камера з'являється в чисельнику та знаменнику і просто скорочується.

Pinhole camera diagram showing similar triangles. On the right, two arrows stand in the same object plane: a short reference of known height and a taller target. Rays from their tips pass through the pinhole on the left and land on an image plane behind it, producing two inverted projections. Because both objects share the same distance to the pinhole, the ratio of their image sizes equals the ratio of their real sizes, whatever the focal length or distance. image plane (sensor) object plane — both at the same distance pinhole target: ? mm card: 85.60 mm (ISO/IEC 7810) two image sizes, same scale factor target ÷ card is the same ratio in pixels as in millimetres focal length and distance appear in both projections — and cancel
Подібні трикутники через стеноп: об'єкти в одній площині масштабуються однаково, тому відомий еталон калібрує знімок — а не камеру.

Де метод точний, а де дає похибку

Усе описане вище діє точно за вказаних умов: еталон і ціль розташовані в одній площині, на однаковій відстані та видимі приблизно прямо. Бюджет похибки інструмента — це перелік чинників, через які реальні фотографії порушують ці умови:

Зробіть усе правильно — в одній площині, по центру, з великим еталоном — і точність на рівні відсотків стане цілком реальною: міліметр або два для об'єкта розміром з долоню. Це межа можливостей інструмента, і про неї заявляється відкрито, а не замовчується. Важливо, що збережене вимірювання містить обидва вихідні сегменти, вибір еталона та геометрію кадру, тож це значення можна перерахувати й перевірити пізніше — вимірювання, яке можна перевірити ще раз, завжди краще за цифру, якій доводиться вірити на слово.

Проти професійних інструментів

Професійний інструмент Інструмент вимірювання розмірів на телефоні Де проявляється різниця
Штангенциркулі (ноніусні/цифрові) ($20–$200): ±0.02–0.05 mm, прямий контакт Точність на рівні відсотків по фото; контакт не потрібен Будь-які роботи з допусками — посадка валів, розмір різьби, калібрування 3D-друку. Перевага у точності на два порядки не обговорюється
Рулетка ($5–$30): міліметрові поділки на метрах довжини, потрібен доступ до обох кінців Вимірює з місця, де ви стоїте; працює з об'єктами, до яких не можна доторкнутися або дістатися Великі відстані, коли немає плоскої поверхні, щоб покласти еталон; до того же рулеткою просто швидше скористатися, якщо до об'єкта можна дістати руками
Лазерний далекомір ($50–$500): ±1–2 mm на десятках метрів, відстань уздовж променя Розміри в площині, а не відстані; не потрібно цілитися у стіну Розміри кімнат, висота стелі, зйомка ділянки — інша геометрія, інший інструмент, лазер виграє беззаперечно
Обладнання для фотограмметрії / сканери структованого світла ($1,000+, відкалібровані мішені та ПЗ) Одне співвідношення з одного фото; свідомо без моделі камери та 3D Вигнуті поверхні, об'єми, повна 3D-реконструкція — цей інструмент вимірює довжину на плоских поверхнях і відкрито про це заявляє

Роль, яку він насправді відіграє: інструмент вимірювання розмірів призначений для випадків, коли інакше вимірювання взагалі б не відбулося — диван на блошиному ринку, ніша, про яку ви згадуватимете в будівельному магазині, листок, за ростом якого ви спостерігаєте тиждень за тижнем, фрукт, розмір якого використовується для функцій визначення стиглості. Його конкурент — це не штангенциркуль, а припущення на око. І на відміну від припущення, його результат зберігається разом з об'єктом у вашому каталозі із доданими фотографією, сегментами та датою.

Інструмент вимірювання розмірів належить до тієї ж категорії «камери-діловода», що й підрахунок та зчитування показників лічильників — див. рахувати, вимірювати, зчитувати — а ширше питання про те, коли телефон має поступатися місцем справжньому інструменту, є темою чесного аналізу.