Giơ ngón tay cái của bạn ra xa hết tầm tay và nó sẽ che khuất mặt trăng. Đó là toàn bộ vấn đề của việc đo kích thước từ một bức ảnh, chỉ trong một động tác: camera ghi lại góc chứ không phải kích thước. Một bao diêm ở gần ống kính và một thùng container ở xa có thể chiếm số lượng pixel chính xác như nhau, và không có gì trong bức ảnh có thể phân biệt chúng. Các họa sĩ đã chính thức hóa điều này thành luật xa gần vào thế kỷ mười lăm; thị giác máy tính đã chính thức hóa nó thành mô hình camera chiếu (tài liệu hiện đại tiêu chuẩn là cuốn Multiple View Geometry in Computer Vision của Hartley & Zisserman); và mọi ứng dụng kiểu "đo mọi thứ bằng điện thoại của bạn!" đều phải giải quyết vấn đề này bằng cách nào đó.
Có hai cách giải quyết trung thực. Một là dạy cho điện thoại hiểu về quang học của chính nó — tiêu cự, hình học cảm biến, độ méo ống kính — và ước tính khoảng cách, đây là điều các ứng dụng đo lường AR cố gắng thực hiện, với độ chính xác phụ thuộc vào phần cứng, ánh sáng, vân bề mặt và sự may mắn. Cách còn lại đã có từ nhiều thế kỷ trước và hoàn toàn không cần biết gì về camera: đặt một vật thể có kích thước đã biết vào trong ảnh.
Bí quyết: tỷ lệ truyền qua phép chiếu
Công cụ Kích thước của Sentio chọn con đường thứ hai. Chụp ảnh vật thể bạn cần đo cùng với một vật tham chiếu bên cạnh — một chiếc thẻ thanh toán hoặc một tờ giấy A4 — sau đó đánh dấu hai đoạn thẳng trên ảnh: một đoạn cắt qua vật tham chiếu, một đoạn cắt qua mục tiêu. Công cụ sẽ tính toán một tỷ lệ và nhân lên:
kích thước thực tế = (pixel mục tiêu ÷ pixel tham chiếu) × kích thước đã biết của vật tham chiếu
Tại sao thẻ thanh toán lại là một cây thước hợp chuẩn? Bởi vì đó là một trong những vật thể được tiêu chuẩn hóa nghiêm ngặt nhất mà bạn sở hữu. ISO/IEC 7810 quy định định dạng thẻ ID-1 cố định ở mức 85.60 × 53.98 mm — áp dụng cho mọi thẻ ngân hàng, thẻ thành viên và khóa từ khách sạn trên trái đất, với dung sai dưới một milimét. Giấy A4 (297 × 210 mm, từ loạt tiêu chuẩn ISO 216) là người anh em lớn hơn dành cho các mục tiêu lớn hơn. Bạn đã luôn mang theo các vật tham chiếu chính xác bên mình suốt cuộc đời.
Hình học giúp tỷ lệ này chính xác là các tam giác đồng dạng: khi hai vật thể nằm ở cùng một khoảng cách so với thấu kính, trên cùng một mặt phẳng, phép chiếu sẽ thu phóng cả hai theo cùng một hệ số — bất kể hệ số đó là bao nhiêu. Tiêu cự không xác định? Tự triệt tiêu. Khoảng cách không xác định? Tự triệt tiêu. Điện thoại nào, thấu kính nào, độ thu phóng nào? Tất cả đều triệt tiêu. Đây là dạng thuần khiết nhất của nguyên lý không-hiệu-chuẩn-theo-thiết-bị của nền tảng: camera không xác định xuất hiện ở cả tử số và mẫu số, rồi tự triệt tiêu lẫn nhau.
Những điểm chính xác, và những nơi xuất hiện sai số
Mọi điều trên đều đúng chính xác trong các điều kiện được nêu: vật tham chiếu và mục tiêu nằm trên cùng một mặt phẳng, ở cùng một khoảng cách, được nhìn gần như trực diện. Phạm vi sai số của công cụ chính là danh sách những cách mà các bức ảnh thực tế vi phạm các điều kiện này:
- Hiện tượng rút ngắn phối cảnh. Khi nghiêng mặt phẳng, độ dài sẽ bị nén lại dọc theo chiều nghiêng — một chiếc thẻ được chụp nghiêng sẽ hiển thị ngắn lại, và mọi vật được đo so với nó đều có kết quả đo dài hơn thực tế. Chụp ảnh trực diện vuông góc là thói quen có giá trị nhất.
- Độ sâu khác nhau. Một chiếc thẻ đặt trên bàn cạnh một chiếc hộp sẽ đo mặt phẳng của mặt bàn; nhưng cạnh trên cùng của chiếc hộp lại nằm gần thấu kính hơn vài centimet và hiển thị lớn hơn một cách tương ứng. Hãy đặt vật tham chiếu lên trên, chứ không phải bên cạnh, vật bạn đang đo.
- Độ méo của thấu kính. Thấu kính góc rộng của điện thoại làm cong các đường thẳng gần rìa khung hình. Việc giữ cả hai đoạn thẳng gần tâm sẽ đảm bảo tính chính xác của hình học.
- Độ chính xác khi chạm. Bạn đánh dấu các đoạn thẳng bằng tay, và một đầu ngón tay rộng tới vài pixel. Quy tắc thực nghiệm rút ra rất rõ ràng: vật tham chiếu trong khung hình càng lớn, kết quả càng chính xác. Một chiếc thẻ chỉ chiếm một phần mười bức ảnh sẽ khiến vài pixel sai lệch đó trở nên đắt giá; nhưng nếu chiếm một nửa bức ảnh, chúng chỉ là nhiễu.
Thực hiện tốt các điều này — cùng mặt phẳng, căn giữa, vật tham chiếu lớn — và độ chính xác ở mức phần trăm là hoàn toàn khả thi: sai số chỉ một hoặc hai milimét trên một vật thể có kích thước bằng bàn tay. Đó là giới hạn tối đa của công cụ, và nó được công khai rõ ràng chứ không bị che giấu. Đáng chú ý là kết quả đo được lưu sẽ giữ lại cả hai đoạn thẳng thô, lựa chọn vật tham chiếu và hình học khung hình, nhờ đó con số này có thể được tính toán lại và kiểm chứng sau đó — một kết quả đo mà bạn có thể kiểm tra lại luôn tốt hơn một con số mà bạn buộc phải tin tưởng.
So tài với các thiết bị chuyên nghiệp
| Thiết bị chuyên nghiệp | Công cụ Đo kích thước trên điện thoại | Nơi bộc lộ sự chênh lệch |
|---|---|---|
| Thước kẹp cơ/điện tử ($20–$200): ±0.02–0.05 mm, tiếp xúc trực tiếp | Độ chính xác ở mức phần trăm từ một bức ảnh; không cần tiếp xúc | Bất kỳ công việc nào cần dung sai — lắp trục, đo cỡ ren, hiệu chuẩn in 3D. Độ chính xác vượt trội hơn hai bậc là điều không thể thương lượng |
| Thước cuộn ($5–$30): vạch chia milimét trên khoảng cách hàng mét, cần tiếp cận được cả hai đầu | Đo từ ngay vị trí bạn đứng; hoạt động trên những vật bạn không thể chạm tới hoặc bắc cầu qua | Khoảng cách dài mà không có bề mặt phẳng nào để đặt vật tham chiếu; thước cuộn cũng đơn giản là nhanh hơn khi bạn có thể với tới |
| Máy đo khoảng cách laser ($50–$500): ±1–2 mm trên khoảng cách hàng chục mét, đo khoảng cách dọc theo tia | Đo kích thước trong mặt phẳng thay vì khoảng cách; không cần điểm nhắm từ bức tường | Kích thước phòng, chiều cao trần nhà, khảo sát công trình — hình học khác nhau, thiết bị khác nhau, laser thắng tuyệt đối |
| Hệ thống đo ảnh / máy quét ánh sáng có cấu trúc ($1,000+, vật bia hiệu chuẩn và phần mềm) | Một tỷ lệ từ một bức ảnh; chủ ý không dùng mô hình camera, không dựng 3D | Bề mặt cong, thể tích, tái tạo 3D hoàn chỉnh — công cụ này chỉ đo chiều dài trên mặt phẳng phẳng và hiển thị rõ ràng điều đó |
Vai trò thực tế của nó: công cụ Đo kích thước dùng để đo những kích cỡ mà bình thường sẽ không thể đo được — chiếc sofa tiềm năng ở chợ đồ cũ, hốc tường mà bạn sẽ đắn đo khi đứng ở cửa hàng kim khí, chiếc lá bạn đang theo dõi qua từng tuần, hay loại quả có kích thước là dữ liệu đầu vào cho các tính năng xác định độ chín. Đối thủ của nó không phải là thước kẹp, mà là sự ước chừng. Và khác với việc ước chừng, kết quả đo của nó được lưu trữ dưới vật thể trong danh mục của bạn kèm theo ảnh, các đoạn thẳng đo và ngày tháng.
Công cụ Đo kích thước thuộc cùng nhóm "camera ghi chép" với tính năng đếm và đọc số đo — xem thêm đếm, đo, đọc — và câu hỏi rộng hơn về việc khi nào điện thoại nên nhường chỗ cho một thiết bị thực sự là chủ đề của bài viết đánh giá trung thực.