Como fotografar objetos distantes (10 km)?

Como fotografar objetos distantes, como homens e carros, com resoluções suficientes para identificar os números dos rostos e dos carros? Estou à procura de sugestões e custo, faixa de 10 km, com boa luz solar. Obrigado.

Por favor, não tome 10 km literalmente. Eu pensei que era a distância segura para fazer isso sem ser pego. O vídeo está aqui para sua referência, https://youtu.be/AhLsQPuwQbQ .

Você não pode. Eu não ligo para o que você viu no CSI, isso simplesmente não é possível no mundo real. Mesmo tirando a ridiculamente grande lente da Canon (e agora descontinuada. Ah, e US $ 100.000) de 1200 mm , a The Digital Picture diz:

rostos eram reconhecíveis a distâncias de até uma milha ou mais

No entanto, você está falando cerca de seis vezes essa distância. Você pode pensar em montar um telescópio, mas a atmosfera vai arruinar qualquer tiro. Mesmo na distância focal "relativamente curta" dos 1200 mm, a The Digital Picture descobriu que

O mais problemático para os 1200 L de um ponto de vista distante da qualidade da imagem do sujeito são as condições atmosféricas

e, novamente, você está procurando ter seis vezes o problema. Tudo o que você está tentando fazer, é hora de encontrar um plano diferente, porque este não vai funcionar.

Ao especificar que deseja fazer sua fotografia de vigilância com "boa luz solar", você já deu um tiro no pé. O melhor momento para fazer esse tipo de fotografia é à noite ou muito cedo, antes que o calor do sol tenha tempo para criar as "térmicas" que tornam a fotografia telefoto extrema quase impossível, mesmo com os melhores equipamentos.

Supondo que você esteja feliz em trabalhar à noite (ou perto do amanhecer) quando a "visão" for a melhor, precisamos considerar que tipo de óptica você precisará para realizar esse feito. Se, por uma questão de argumento, dissermos que os caracteres na chapa de matrícula de um carro possuem traços de 1 cm de largura, precisaremos resolver metade dessa largura (0,5 cm) do seu intervalo declarado de 10 km. Isso fornece uma resolução angular de 0,000028 graus ou 0,1 arco-segundos. Convenientemente, esse é o poder de resolução do Telescópio Espacial Hubble .

A chamada resolução angular do Hubble - ou nitidez - é medida como o menor ângulo no céu que ele pode resolver (ou seja, ver com nitidez). Isso é 1/10 de segundo de arco (um grau é 3600 segundos). Se o Hubble olhasse para a Terra - a partir de sua órbita de aproximadamente 600 km acima da superfície da Terra - isso em teoria corresponderia a 0,3 metros ou 30 cm. Bem impressionante! Mas o Hubble teria que olhar através da atmosfera, o que embaçaria as imagens e pioraria a resolução real.

Assim, com condições atmosféricas perfeitas e munido de uma cópia do HST, o seu próximo problema será encontrar e rastrear seu alvo e, mais importante, mantê-lo em foco. Se você tentou seguir a vida selvagem com equipamentos amadores decentes, sabe como isso pode ser difícil. O HST, a propósito, não tem foco automático.

A referência padrão em fotografia de vigilância é a Fotografia Clandestina de Siljander e Juusola. Faça o pedido na Amazon, se quiser, mas seus serviços de segurança locais podem se interessar por sua compra.

O consenso geral neste tópico é que a fotografia detalhada de um assunto a uma distância de 10 km é extremamente difícil e provavelmente impossível usando equipamentos disponíveis comercialmente - e há muitas evidências para apoiar isso nas outras respostas.

No entanto, não é uma maneira de fotografar alvos extremamente distantes no extremo detalhe - não é apenas comercialmente disponíveis para a maioria dos cidadãos. A NASA e outras agências espaciais usam esse tipo de hardware para rastrear os lançamentos visualmente.

Imagem cedida pela NASA, lançada em domínio público.

Esta montagem é a câmera de rastreamento de subida de longo alcance, montada no suporte de rastreamento Contraves-Goerz Kineto. É realmente mais um telescópio, mas faz um bom trabalho em rastrear alvos distantes com detalhes suficientes para cientistas de foguetes.

A Wikipedia alega que esse tipo de dispositivo possui uma câmera de vídeo de 200 polegadas (5.080 mm) e uma câmera de filme de 10 polegadas (10.160 mm). Essas câmeras são operadas a partir da praia de Playalinda; a distância mais curta de lá até a LC-39A, a mais ao sul das duas ex-plataformas de ônibus espaciais, é de 5.923 km; no entanto, essa câmera seria usada mais tarde durante um lançamento, quando uma embarcação estivesse muito mais afastada. Não é exagero dizer que poderia capturar imagens e filmagens detalhadas a 10 km.

De acordo com o site da NASA , existem outras câmeras (FLIR / infravermelho) em montagens similares com distâncias focais entre 20 e 150 polegadas (508mm a 3.810mm), usadas para rastreamento de médio alcance.

Infelizmente, não consigo encontrar fotos marcadas como tendo sido tiradas com um desses dispositivos especificamente; pesquisar ao redor geralmente produz fotos das próprias câmeras.

EDIT: Este vídeo da falha de lançamento do Orbital ATK Antares em outubro de 2014 supostamente tem algumas partes filmadas com a câmera de rastreamento de subida de longo alcance.

EDIT 2: Pense bem, as câmeras usadas em drones militares podem detectar detalhes razoavelmente bem nessas distâncias. A cultura pop faria você acreditar que um drone pode ver as características faciais de uma pessoa a partir da altitude de cruzeiro.

A Wikipedia afirma que um drone Reaper passará a 25.000 pés, o que equivale a aproximadamente 7,5 km de AMSL. Supondo que a suposição de Hollywood esteja correta e que o drone nem sempre esteja olhando para baixo, e tendo em mente que o teto de serviço é o dobro da altitude regular de cruzeiro (50.000 pés de AMSL), é razoavelmente razoável supor que as câmeras lá possam veja os detalhes a 10 km, representando turbulência e ar quente e cintilante. Tenho certeza de que os detalhes sobre a óptica dessas máquinas não estão disponíveis ao público.

Eu realmente não esperaria que um drone militar de ponta estivesse amplamente disponível para civis!

Como já foi dito, 10 km não são viáveis ​​devido à física da luz e à distorção atmosférica. No entanto, gostaria de abordar outro aspecto disso que ainda não foi mencionado: se alguém estiver a 10 km de você e você estiver na mesma altitude, não poderá vê-lo porque estar atrás do horizonte!

Se uma pessoa tem 1,8 metros (~ 6 pés) de altura, o horizonte fica a 4,8 quilômetros de distância.

Calculado com a fórmula de https://en.wikipedia.org/wiki/Horizon

distance (kilometers) = 3.57 * sqrt(height (meters))
distance = 3.57 * sqrt(1.8 m)
distance = 3.57 * 1.34
distance = 4.7838 km

Para tirar uma foto de alguém parado a 10 quilômetros:

3.57 * sqrt(height) = 10 km
height = (10/3.57)^2
height = (2.80)^2
height = 7.84 m
1 meter = 3.28 ft
height = 7.84 m = 25.72 ft

Em outras palavras, você precisa estar a pelo menos 25 pés acima do solo em relação à outra pessoa, ou eles precisam estar a 25 pés acima do solo em relação a você, ou algum compromisso entre vocês dois.

Independentemente disso, sua lente não importará tanto quanto seu ponto de vista em relação ao objeto da foto, já que a curvatura da Terra interferirá no caminho!

Apenas mais uma coisa a considerar.

Estudos de universidades americanas indicam que um assunto pode ser reconhecido a uma distância de cerca de 45 metros. Para reconhecer um sujeito a 10 quilômetros, você precisa de um telescópio com energia suficiente para fazer com que o sujeito apareça como se estivesse a apenas 45 metros de distância. Matematicamente, a potência de um telescópio deve ser 222X (10 X 1000 ÷ 45 = 222). O uso de um instrumento nessa ampliação faz com que o assunto pareça estar a 45 metros de distância. Como apólice de seguro, vamos aumentar a ampliação para 250X. Tal amarração faz com que o sujeito pareça ter apenas 40 metros (10 X 1000 × 250 = 40).

Astrônomos são especialistas em telescópio. Eles publicam que, quando uma lente primária é usada para criar imagens fotográficas, eles dividem a distância focal por 50 para derivar a potência do instrumento. Usando esses critérios, se você montar uma lente telescópica de 50 X 250 = 12.000 mm, teoricamente poderá atingir seu objetivo.

Parece-me que uma lente com uma distância focal de 12.000 mm é uma escassez. Mas espere, nossas câmeras produzem uma imagem em miniatura que deve ser ampliada; caso contrário, as imagens que criamos não são úteis. Quando visualizamos nossas imagens em um computador ou quando fazemos uma impressão que mede 8 x 12 polegadas, o software do computador ou a impressora aplica uma ampliação de cerca de 8X se usarmos uma câmera full frame e cerca de 12X se usarmos um digital compacto. Essa ampliação aplicada para fazer uma imagem de exibição funciona a nosso favor. Podemos reduzir a distância focal da telefoto em um fator de 8 ou 12, dependendo do formato usado. Isso resulta em lentes de 12.000 × 8 = 1.500mm para a câmera full frame ou 12.000 × 12 = 1.000mm para uma câmera compacta.

Minha conclusão: para alcançar seu objetivo, você deve adquirir uma telefoto de qualidade com uma distância focal igual ou melhor que a acima. Usar uma lente tão longa em um alvo em movimento como um carro é uma tarefa desafiadora. Em outras palavras, quase impossível, mas talvez você possa triunfar.

Existe um cara chamado Trevor Paglen. Ele fez um projeto sobre fotografar bases militares classificadas localizadas em partes remotas dos Estados Unidos. Sua pergunta e o vídeo que você compartilhou me lembraram o trabalho dele. Ele desenvolveu uma técnica chamada "Limit Telephotography".

Em seu site: http://www.paglen.com/?l=work&s=limit

"A tele-fotografia com limite envolve fotografar paisagens que não podem ser vistas a olho nu. A técnica emprega telescópios de alta potência cujas distâncias focais variam entre 1300 e 7000 mm. Nesse nível de ampliação, aspectos ocultos da paisagem se tornam aparentes".

Não consegui encontrar muito sobre a técnica em si, mas queria compartilhá-la porque poderia ser útil. Mais do site dele aqui:

"A telefotografia com limite se assemelha mais à astrofotografia, uma técnica que os astrônomos usam para fotografar objetos que podem estar a trilhões de quilômetros da Terra. Em alguns aspectos, porém, é mais fácil fotografar as profundezas do sistema solar do que fotografar os recessos entre a Terra e Júpiter (500 milhões de milhas de distância), por exemplo, existem cerca de oito quilômetros de atmosfera espessa e respirável.Em contraste, existem mais de quarenta quilômetros de atmosfera espessa entre um observador e os locais representados nesta série ".

edit: há um vídeo do homem no trabalho que acabei de encontrar: Trevor Paglen: Limit Telephotography | ART21 "Exclusivo"

Dependendo do assunto e da finalidade, a modificação da câmera para infravermelho pode ajudar a obter uma imagem mais legível. O IR pode cortar a névoa visivelmente melhor do que a luz visível.

Isso pode ser feito por um serviço especializado em muitos modelos de câmera. Você deseja o filtro de infravermelho pré-instalado para que sua câmera se torne um dispositivo somente de infravermelho. Nem todas as lentes jogam bem com o IR, algumas criam os chamados hot spots. Você precisaria fazer pesquisas adicionais ou testar lentes por conta própria.

Você precisará de uma estabilização muito boa da lente - provavelmente usando um tripé e uma cabeça de tripé muito bons.

Eu acho que o tipo de lente que você pode estar procurando é na verdade apenas telescópios de tamanho médio. Talvez um newtoniano de 8 "ou um catadióptrico sejam boas escolhas.

Eu olhei para árvores individuais em montanhas distantes> 10 km e pude ver os galhos maiores. Eles não eram realmente claros ou detalhados, mas era possível distingui-los e eles eram MUITO DISTANTES. O problema será rastrear constantemente e obter foco a essa distância. Com essas ampliações, pequenos movimentos se traduzem em movimentos muito maiores. Você definitivamente não vai fazer isso enquanto segura a câmera em pé ou mesmo sentado.

Outra idéia que eu acho que ninguém mencionou ainda está usando o vídeo combinado com o software de visão computacional para compensar o movimento atmosférico. A óptica adaptativa é necessária para a astrofotografia, em parte porque os níveis de luz são baixos. Teoricamente, durante o dia, você poderia filmar alguns segundos de vídeo em ... digamos 100fps e usar um algoritmo de análise de vetor de movimento entre quadros para fazer compensação de movimento de quadro parcial para produzir um quadro com maior resolução espacial e menor distorção do que qualquer quadro individual no conjunto.

Segundo o IIRC, esse tipo de técnica tem sido usada para (entre outras coisas) desfazer vídeos deliberadamente em blocos destinados a ocultar os traços faciais. Rastreando cuidadosamente o movimento do sujeito no quadro e aproveitando o conhecimento do algoritmo de desfoque - especificamente, os pesquisadores foram capazes de determinar como as partes menores da imagem original afetavam a cor dos blocos maiores em quadros diferentes e, em seguida, conseguiam reconstruir uma imagem aproximada e desmascarada do assunto do vídeo.

Suspeito que as mesmas técnicas possam ser aplicadas ao seu problema. Essa abordagem provavelmente se qualifica como ainda mais insana do que a óptica adaptativa, mas transforma o que, de outra forma, é um problema de hardware rígido em um problema de software pós-processamento, que pode ou não ser melhor, dependendo da situação. :-)

Isso ainda pressupõe que você pode colocar a câmera alta o suficiente para obter a linha de visão, é claro. :-)

O que você está procurando é um sistema de câmeras de segurança nas fronteiras. Um sistema de rastreamento combinado EO / IR que pode identificar e rastrear alvos de interesse em todas as condições climáticas de dia / noite. Aqui está um exemplo:

https://www.x20.org/product/m7-ptz-long-range-thermal-imager/

Mas isso não é realmente sobre fotografia ...

Alguém já pensou em tecnologia gigapixel? Esta imagem de 320 Gigapixel (360 graus de visão), tirada da torre bt em londres, permite ver pessoas individuais ao lado do olho de londres (a cerca de 2,7 km de distância), não é suficiente ver características faciais, mas você pode ver uma pessoa com uma jaqueta azul e calça cinza / preta com uma mochila branca / clara andando longe do olho de londres (à esquerda)

Se você estava atrás de um local específico, acho que você poderia obter mais distância escolhendo uma câmera / lentes e um alcance diferentes para as fotos a serem tiradas (e não 360). Mas eu concordo com todos que a atmosfera será sua inimiga antes do hardware .