Introducción
Cuando usa una cámara para tomar fotos o un módulo de cámara para monitorear, navegar o detectar, en realidad solo está viendo parte del mundo. El área específica que la cámara puede capturar se llama campo de vista (FOV) en términos ópticos.
El campo de visión es una característica fundamental de los módulos y lentes de la cámara, que determina directamente cuánto de la escena puede "ver" su dispositivo. Comprender cuál es el campo de visión y qué factores lo afectan es crucial para elegirel módulo de cámara correctopara su aplicación.
¿Qué es el campo de visión (FOV)? Definiendo la escena visible
¿Cuál es la definición de FOV para el campo (FOV) se refiere a la extensión espacial o angular de una escena que se puede observar a través de un dispositivo óptico (como una lente de cámara). Define la amplitud del mundo que una cámara puede capturar en cualquier momento dado.
Piense en ello como mirar por una ventana: cuanto más grande sea la ventana, o cuanto más cerca estará, más podrá ver. El campo de visión de la cámara es el tamaño angular del mundo exterior que esta "ventana" puede enmarcar. Por lo general, se mide en grados (grado).
Aunque a veces también se llama "ángulo de vista", en muchas aplicaciones prácticas, las dos a menudo se usan indistintamente para representar la gama de escenas que una cámara puede capturar.
¿Qué determina el campo de visión de un módulo de cámara?
El campo de visión de un módulo de cámara está determinado principalmente por dos factores clave: distancia focal de lente y tamaño del sensor de imagen.
Lente focal
La distancia focal de la lente es el factor más importante que afecta el campo de visión. La distancia focal se puede entender simplemente como la distancia que la luz converge en el sensor de imagen después de pasar a través de la lente para formar una imagen clara.
- Longitud focal más corta=más grande (más ancho) Campo de visión. Al igual que mirar a través de una grieta de puerta muy ancha, aunque no entra mucha luz, puedes ver un amplio rango horizontal. Por ejemplo, una lente de peces (longitud focal extremadamente corta) tiene un campo de visión muy amplio (incluso más de 180 grados).
- Longitud focal más larga=Campo de visión más pequeño (más estrecho). Al igual que mirar a través de un telescopio, solo puede ver un pequeño rango en la distancia, pero este rango se magnifica. Por ejemplo, una lente de teleobjetivo (larga distancia focal) tiene un campo de visión muy estrecho. Esta relación es inversamente proporcional: cuanto más larga sea la distancia focal, más estrecho es el campo de visión de la cámara; Cuanto más corta sea la distancia focal, más amplia será el campo de visión.
Tamaño del sensor de imágenes
Incluso con la misma lente de distancia focal, los diferentes tamaños de sensores de imagen afectan el campo de visión resultante. La lente proyecta la luz desde la escena en un área de imagen circular (llamada "campo de imagen"), y el sensor de imagen se encuentra en este campo de imagen.sobre lo que es un sensor.
- Tamaño del sensor más grande=Campo de visión más grande (cuando se usa la misma lente de distancia focal). Al igual que usar un marco de imagen grande para capturar una pintura de tamaño fijo, cuanto más grande sea el marco de la imagen, más se captura la pintura. Un sensor grande puede capturar una parte más grande del campo de imagen proyectado por la lente.
- Tamaño del sensor más pequeño=Campo de visión más pequeño (cuando se usa la misma lente de distancia focal). Los sensores pequeños solo pueden capturar un área más pequeña en el centro del campo de la imagen. Esta relación es proporcional: cuanto mayor sea el tamaño del sensor, más amplio será el campo de visión.
Por lo tanto, el campo de visión de un módulo de cámara es el resultado de la interacción entre la distancia focal de la lente y el tamaño del sensor de imagen. La misma lente, montada en sensores de diferentes tamaños, tiene un campo de visión de cámara diferente. Esta es la razón por la cual una lente de 50 mm en una cámara de fotograma completo (sensor grande) producirá una imagen "más ancha" que una lente de 50 mm en una cámara APS-C (sensor pequeño) (hay un efecto de "factor de cultivo" en el sensor pequeño).
Medición del campo de visión
El campo de visión generalmente se expresa en grados (grado). Para una descripción más precisa, el campo de visión se puede dividir en:
- Campo de visión horizontal (FOV horizontal):El rango de ángulo incluido en las direcciones izquierda y derecha de la imagen.
- Campo de visión vertical (FOV vertical):El rango de ángulo incluido en las direcciones superior e inferior de la imagen.
- Campo de visión diagonal (FOV diagonal):El rango de ángulo incluido en la dirección diagonal de la imagen, generalmente el ángulo más grande.
En la especificación del módulo de la cámara, generalmente se dan uno o más valores de campo de visión en direcciones horizontales, verticales o diagonales. El campo de visión puede calcularse mediante fórmulas trigonométricas simples (que involucran distancia focal y tamaño del sensor), pero en la mayoría de los casos, los fabricantes proporcionarán estas especificaciones directamente.
Tipos de campo de visión
Según el tamaño del campo de visión, podemos dividir las lentes o módulos de cámara en varias categorías:
- FOV de gran ángulo:Por lo general, se refiere a un campo de visión de la cámara superior a 60 grados o incluso 90 grados. Puede capturar una amplia gama de escenas y es adecuada para disparar paisajes, edificios, imágenes en espacios pequeños o monitoreo que requiere una amplia cobertura. Las lentes de ángulo ultra ancho y de peces (que pueden exceder los 180 grados) pertenecen a esta categoría.
- FoV estándar/normal:Generalmente entre 40 grados y 60 grados. Este rango de campo de visión está cerca del rango claro que el ojo humano ve sin mover el globo ocular, y a menudo se usa para retratos o grabación ordinaria.
- Telephoto FOV:Generalmente menos de 30 grados. Puede capturar un rango más pequeño en una escena distante y magnificarla, que es adecuada para disparar vida silvestre, eventos deportivos, monitoreo de larga distancia o inspecciones industriales que necesitan magnificar los detalles.
Por qué el campo de visión es crítico para los módulos de cámara
El campo de visión es uno de los parámetros clave que debe determinarse primero al seleccionar un módulo de cámara, ya que está directamente relacionado con si el módulo puede cumplir con los requisitos básicos de la aplicación:
Los escenarios de aplicación determinan FOV:
- Si su sistema de visión necesita monitorear una habitación espaciosa o un vehículo autónomo necesita percibir el camino ancho por delante, necesita un módulo con un campo de visión de gran angular.
- Si su sistema necesita leer texto distante, identificar objetos distantes o verificar los detalles sin acercarse, necesita un módulo con un campo de visión de teleobjetivo.
- Si el módulo de la cámara se utilizará para la navegación de robots interiores, debe tener en cuenta tanto la percepción ambiental como la evitación de obstáculos, y puede requerir un campo de visión medio a ancho.
Artículo sobreCómo elegir el módulo de cámara para el sistema de visión.
Fundamentos de la selección de lentes:Una vez que se determina el tamaño de FOV y el sensor deseados que se utilizarán, la lente apropiada puede seleccionarse o diseñarse en función de estos parámetros.
Consideraciones de diseño del sistema:El FOV deseado afecta la ubicación, la altura y el ángulo del módulo de la cámara en el sistema general, y si se requieren múltiples módulos para cubrir el área de destino.
Conclusión
El campo de visión (FOV) es una medición angular de la gama de escenas que un módulo de cámara y una lente pueden "ver". Está determinado principalmente por la distancia focal de la lente y el tamaño del sensor de imagen con el que se combina. Cuanto más corta sea la distancia focal y cuanto más grande sea el sensor, más ancho es el FOV.
Comprender qué es FOV y determinar el FOV requerido en función de los requisitos de su aplicación específicos es la base para la selección exitosa del módulo de cámara y el diseño del sistema. Desde el monitoreo de grandes áreas hasta centrarse en detalles distantes, el FOV correcto asegura que su módulo de cámara pueda capturar toda la información visual necesaria para resolver el problema.
Preguntas frecuentes relacionadas
1. ¿Cuál es la relación entre el campo de visión (FOV) y el zoom?
A.Zoom se refiere a la capacidad de cambiar el ángulo de visión cambiando la distancia focal de la lente. Una lente de zoom permite que la distancia focal se ajuste dentro de un cierto rango, cambiando así el aumento y el campo de visión de la imagen (distancia focal más larga, campo de visión más estrecho e imagen más grande; distancia focal más corta, campo de visión más ancho e imagen más pequeña). Las lentes de distancia focal fija tienen un campo de visión fijo y no se pueden acercar.
2. ¿El campo de vista del módulo de cámara fijo?
A.Para los módulos de la cámara que utilizan lentes de distancia focal fija, el campo de vista es fijo (determinado por la distancia focal y el tamaño del sensor). Si se usa un módulo de lente zoom, el campo de visión se puede cambiar ajustando la distancia focal dentro del rango de zoom. Además, el zoom digital (zoom digital) a través del software es ampliar parte de la imagen, pero esto no cambia el campo de visión real, sino que solo cultiva la imagen, que perderá detalles.
3. ¿Los diferentes ángulos de visión afectan la distorsión de la imagen?
A.Sí, especialmente lentes de gran angular, para capturar un rango más amplio, el diseño óptico es más propenso a la distorsión de la imagen, como la "distorsión del barril" (los bordes de la imagen se doblan hacia afuera, común en las lentes de peces). Las lentes de teleobjetivo generalmente tienen un mejor control de distorsión. En los sistemas de visión que requieren una medición precisa, si se utilizan lentes de gran ángulo, generalmente se requiere corrección de distorsión.
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