Pewnie niejeden raz widzieliście w telewizyjnym serialu, jak agenci powiększają w nieskończoność zdjęcie z marnego aparatu, dzięki czemu odzyskują obraz zabójcy odbity w ostatnim błysku życia w oku ofiary. Czy to faktycznie takie niemożliwe?
Wiadomo, że scenariusze filmów o pracy policyjnych ekspertów rządzą się swoimi prawami. Czy jednak postęp technologii faktycznie umożliwi kiedyś odzyskiwanie wyraźnych obrazów odbitych na rogówce oka postaci na fotografiach? Dwoje brytyjskich naukowców postanowiło sprawdzić to eksperymentalnie.
Przebieg eksperymentu
Naukowcy wykonali zdjęcia portretowe jednego z uczestników eksperymentu, w oczach którego odbijały się twarze postaci stojących naprzeciwko. Następnie powiększyli obszar oka i wyodrębnili twarze innych uczestników. Kolejne osoby miały za zadanie rozpoznać powiększone, zniekształcone obrazy.
Przebieg eksperymentu – powiększanie w stylu CSI
Osoby, które nie znały tych twarzy, identyfikowały je prawidłowo w 71% przypadków, z kolei osoby które znały dobrze wizerunki osób odbijających się w rogówce, identyfikowały je prawidłowo w 84% przypadków. Sugeruje to, że faktycznie obrazy odbite w rogówce mogą w przyszłości posłużyć jako wartościowy materiał dowodowy. Pozostaje jednak odpowiedzieć na podstawowe pytanie – w jakich warunkach przeprowadzano eksperyment?
Warunki eksperymentu
Jak możecie się pewnie domyślać, zdjęcia, które powiększano, nie pochodziły z kamery ulicznego monitoringu w ciemnym zaułku miejskiej uliczki. Eksperymentatorzy użyli profesjonalnego sprzętu fotograficznego. Zdjęcia wykonywano z odległości jednego metra aparatem średnioformatowym Hasselblad H2D-39 z matrycą o rozdzielczości 39 megapikseli (i ceną 30 000 dolarów 7 lat temu) oraz obiektywem makro 120 mm przy ustawieniach ISO 50, przysłona f8, czas 1/250. Bardzo ważne było także oświetlenie – za aparatem ustawiono dwie profesjonalne lampy Bowens DX1000, a twarze osób, które miały odbić się w oku bohatera fotografii doświetlono kolejnymi dwoma lampami tego samego modelu.
Wykonane fotografie miały rozmiary 5412 na 7216 pikseli (39 megapikseli), z czego ok. 12 milionów pikseli zajmowała twarz (nie licząc włosów), a samo oko zajmowało ok. 54 000 pikseli. Średnio każda z odbitych w rogówce twarzy zajmowała już tylko 322 piksele. Zdjęcia wynikowe poddano dodatkowej obróbce, ekstrapolując rozdzielczość oraz wyostrzając i rozjaśniając kadr. Następnie zdjęcia niskiej jakości zestawiano ze zdjęciami wysokiej jakości (na zmianę osób podobnych lub osób znajdujących się na pierwszym zdjęciu) i proszono uczestników eksperymentu o określenie, czy na obu zdjęciach znajduje się ta sama osoba. Wyniki okazały się bardzo obiecujące – ponad 70% uczestników zostało rozpoznanych prawidłowo, a w przypadku twarzy znajomych udział ten wynosił aż 84%.
O czym warto pamiętać
Autorzy eksperymentu informują, że cena jednego piksela matrycy aparatu cyfrowego maleje co 12 miesięcy o połowę, co ma być dowodem na to, że już wkrótce wszyscy będą robić zdjęcia w niesamowitej jakości. Oczywiście jest to twierdzenie dalekie od prawdy – więcej pikseli nie zawsze oznacza lepszą jakość zdjęcia. Mamy już jednak telefon z matrycą 41 megapikseli, mamy także monitory o rozdzielczości 3840 na 2160 pikseli – czy oznacza to, że szybko wzrośnie rozdzielczość wykonywanych i przechowywanych fotografii, a jednocześnie ich wartość dowodowa?
Za teorią, że jeszcze długo nie zobaczymy takich scen w prawdziwym świecie, przemawia jednak wiele argumentów:
- zdjęcia bardzo rzadko robione są w tak idealnych warunkach oświetleniowych,
- zdjęcia rzadko robione są za pomocą profesjonalnego sprzętu,
- zdjęcia rzadko udostępniane są w wysokiej rozdzielczości,
- zdjęcia stanowiące dowody w sądzie rzadko przedstawiają ujęcia portretowe, gdzie oczy bohatera są wyraźnie widoczne,
- wraz ze wzrostem ilości pikseli rośnie także problem zniekształceń takich jak dyfrakcja czy aberracja chromatyczna.
Czy zatem eksperyment naukowców był całkiem bez sensu? Co prawda nie odwzorowywał on rzeczywistych warunków wykonywania fotografii, lecz zwrócił uwagę na ważny aspekt problemu – by rozpoznać cudzą twarz nie potrzeba zdjęcia wysokiej jakości. W przypadku znajomych twarzy wystarczy kilkaset pikseli, by z dużą wiarygodnością zidentyfikować daną osobę. Być może zatem za kilka lat faktycznie sceny do tej pory budzące uśmiech na twarzach widzów zyskają na wiarygodności.
Komentarze
A co z aplikacją która pozwala w sposób 'inteligentny’ powiększać obraz, bez utraty jakości, wykrywający kolory pikseli i rozszerzając je w trakcie powiększenia – o ile taka istnieje. (W sumie w trakcie pisania tego postu zrozumiałem, że to chyba niemożliwe z prostego powodu – skąd algorytm miałby wiedzieć, że np. jeden piksel o w kolorze ludzkiej skóry, rozszerzyć na ludzką twarz.)
W rzeczy samej, to tak jakbyś miał z jednego piksela uzyskać twarz – możliwych wyników jest nieskończenie wiele. ;)
A pomysl skad taki zip rar wie ze po 1 ma byc 0 lub kolejna1 :) zrob sobie prosty test otworz w paincie jakies zdiecie i maksymalnie je powiekszaj zauwaz ze piksele nie beda z białego w czarny lub z niebieskiego w zielony gwałtownie przechodzic beda miały kilka odcieni lub szarosci na tej zasadzie mysle działaja programy do powiekszania obrazow.
na większości kierunków technicznych masz coś takiego jak „teoria sygnałów”, tam dowiesz się co i jak.
Jest dowody zamiast dowodowy
Dzięki, poprawione.
Na Z3S nie wyzywa sie od grammar nazi? To takie nietrendowe jakies :D
Wyzywa się czasami jak nie ma racji :)
„wraz ze wzrostem ilości pikseli rośnie także problem zniekształceń takich jak dyfrakcja czy aberracja chromatyczna.” skąd takie informacje? zawsze wydawało mi się że dyfrakcje i aberracje to wady obiektywów i zastanawia mnie jaki jest związek z liczbą pikseli.
Problemem jest to, że jakość i ilość informacji, które otrzymuje piksel, czyli strumienia fotonów, jest tym mniejsza, im mniejszy piksel. A wraz ze wzrostem liczby pikseli maleją ich rozmiary (bo rozmiar matrycy pozostaje stały). Zatem na mniejszych pikselach bardziej uwidaczniają się problemy optyczne.
Taką samą argumentacją można przekonywać ludzi, że na zdjęciach z martyc o większej ilości pikseli ludize mają większe pryszcze (co w sumie jeśli podawać rozmiary pryszczy w pikselach jest prawdą). Niemniej ilość pikseli może wpływać na szumy przesunięcia czasowe itp. ale aberacja to kwestia optyki.
Pieprzysz bez zastanowienia. Mowa jest o jakości pojedynczego piksela a nie całego obrazu. Wniosek jest prosty – coraz to gęstsze upakowanie pikseli na matrycy nie będzie polepszać jakości obrazu w nieskończoność, napotkane przeszkody będzie coraz trudniej pokonać. Nie jest to nawet kwestią jakości wykonania obiektywu gdyż wspomniane efekty wystąpią nawet w obiektywie idealnym. Do tego dołożyłbym jeszcze problemy z jakimi spotykają się teleskopy astronomiczne – zniekształcenie obrazu przez powietrze (zanieczyszczenia, załamania światła spowodowane różną gęstością czy składem powietrza…).
Jan Kowalski na dole przypomina, jakim aparatem jest zrobione zdjęcie. Hasselblad H2D-39, że przytoczę. Obiektyw 120mm makro, a zdjęcie zrobione z 1 (jednego) metra. Światło. A Wy tu o aberracji..
W odpowiednich warunkach moje cinquecento 0,9 jedzie 160km/h.
Ciekawa historia
Juz około 8 lat temu bawiłem sie programem nazwa jakies spire pro lub bardzo podobnie brzmiaca gdzie zdiecia marnej jak na tamte czasy jakosci mozna było powiekszac kilkaset razy prawie sf ale miało algorytm ktory w miare powiekszania kopiował pixsele sasiadujace co wywoływało faktyczne powiekszenie jednak tyle ramu zarło ze szok
Co z tego, jak i tak wszystko jest interpolowane? Równie dobrze mógłbym wrzucić zdjęcie do Photoshopa i je powiększyć x razy z interpolacją dwusześcienną i efekt wiele by się nie różnił.
Hasselblad H2D-39. Dziękuję, postoję.