В фотография, угол обзора (AOV ) описывает угловой протяженность данной сцены, которая отображается камерой . Он используется взаимозаменяемо с более общим термином поле зрения.
. Важно отличать угол обзора от угла охвата, который описывает диапазон углов, который может отображать объектив. Обычно круг изображения, создаваемый линзой, достаточно велик, чтобы полностью покрыть пленку или датчик, возможно, включая некоторое виньетирование к краю. Если угол обзора объектива не заполняет датчик, круг изображения будет виден, как правило, с сильным виньетированием по направлению к краю, а эффективный угол обзора будет ограничен углом обзора.
В 1916 году Норти показал, как рассчитать угол обзора с помощью обычных плотницких инструментов. Угол, который он называет углом зрения, - это половинный угол или «угол, который прямая линия будет принимать от крайнего края поля зрения к центру линзы»; он отмечает, что производители линз используют вдвое больше этого угла. В этом моделировании регулировка угла обзора и расстояния до камеры при сохранении объекта в кадре приводит к сильно различающимся изображениям. На расстояниях, приближающихся к бесконечности, световые лучи почти параллельны друг другу, что приводит к «сглаженному» изображению. На малых расстояниях и больших углах обзора объекты кажутся «укороченными».Угол обзора камеры зависит не только от объектива, но и от сенсора. Цифровые датчики обычно меньше 35-миллиметровой пленки, и это приводит к тому, что объектив имеет более узкий угол обзора, чем у 35-миллиметровой пленки, с постоянным коэффициентом для каждого датчика (так называемый кроп-фактор ). В обычных цифровых камерах кроп-фактор может варьироваться от 1 (профессиональные цифровые SLR ) до 1,6 (потребительские SLR), от 2 (Micro Four Thirds ILC) до 6 (большинство компактные камеры ). Таким образом, стандартный 50-миллиметровый объектив для 35-миллиметровой фотографии действует как стандартный 50-миллиметровый «пленочный» объектив на профессиональных цифровых SLR, но будет действовать ближе к 80-миллиметровому объективу (1,6 x 50 мм) на многих цифровых зеркальных фотокамерах среднего размера, а 40 градусный угол зрения стандартного объектива 50 мм на пленочной камере эквивалентен объективу 80 мм на многих цифровых SLR.
Для объективов, проецирующих прямолинейных (не -пространственно-искаженные) изображения удаленных объектов, эффективное фокусное расстояние и размеры формата изображения полностью определяют угол обзора. Расчеты для линз, создающих непрямолинейные изображения, намного сложнее и, в конце концов, не очень полезны в большинстве практических приложений. (В случае объектива с искажением, например, объектива «рыбий глаз», более длинный объектив с искажением может иметь более широкий угол обзора, чем более короткий объектив с низким искажением). Угол обзора может измеряться по горизонтали ( от левого до правого края рамки), вертикально (сверху вниз) или по диагонали (от одного угла рамки к ее противоположному углу).
Для объектива, проецирующего прямолинейное изображение (сфокусированное на бесконечность, см. вывод), угол обзора (α) может быть рассчитан на основе выбранного размера (d) и эффективного фокусного расстояния (f) следующим образом:
представляет размер пленки (или датчика) в измеренном направлении (см. ниже: эффекты датчика). Например, для 35-миллиметровой пленки шириной 36 мм и высотой 24 мм, мм будет использоваться для получения горизонтального угла обзора и мм для вертикального угла.
Поскольку это тригонометрическая функция, угол обзора не изменяется совершенно линейно с обратной величиной фокусного расстояния. Однако, за исключением широкоугольных объективов, разумно приблизить радиан или градусов.
Эффективное фокусное расстояние почти равно заявленному фокусному расстоянию объектива (F), за исключением макросъемки, где расстояние от объектива до объекта сравнимо с фокусным расстоянием. В этом случае необходимо учитывать коэффициент увеличения (м):
(В фотографии обычно определяется как положительное, несмотря на перевернутое изображение.) Например, при коэффициенте увеличения 1: 2 мы находим и, таким образом, угол обзора уменьшается на 33% по сравнению с фокусировкой на удаленном объекте с помощью того же объектива.
Угол обзора также можно определить с помощью таблиц FOV, бумажных или программных калькуляторов линз.
Логарифмические графики фокусного расстояния и кроп-фактора в зависимости от диагонального, горизонтального и вертикального углов обзора для пленки или датчиков Соотношение сторон 3: 2 и 4: 3. Желтая линия показывает пример, где 18 мм на 3: 2 APS-C эквивалентно 27 мм и дает вертикальный угол 48 градусов.Рассмотрим камеру 50 мм с объективом, имеющим фокусное расстояние F = 50 мм. Размеры изображения формата 35 мм составляют 24 мм (по вертикали) × 36 мм (по горизонтали), что дает диагональ около 43,3 мм.
В фокусе на бесконечность, f = F, углы обзора следующие:
Рассмотрим прямолинейный объектив в камере, используемый для фотографирования объекта на расстоянии , и формирование изображения, которое едва умещается в размере кадра (пленка или датчик изображения ). Обращайтесь с линзой как с точечным отверстием на расстоянии от плоскости изображения (технически центр перспективы прямолинейная линза находится в центре своего входного зрачка ):
Теперь - это угол между оптическая ось линзы и луч, соединяющий ее оптический центр с краем пленки. Здесь определяется как угол обзора, поскольку это угол, охватывающий самый большой объект, изображение которого может поместиться на пленке. Мы хотим найти связь между:
Используя базовую тригонометрию, находим:
который мы можем решить относительно α, давая:
Чтобы проецировать четкое изображение удаленных объектов, должен быть равен фокусное расстояние, , которое достигается установкой объектива на фокус на бесконечность. Тогда угол обзора определяется как:
Обратите внимание, что угол обзора незначительно меняется, когда фокус не находится на бесконечности (см. дыхание (линза) ), определяемый как изменение уравнения линзы.
Что касается макросъемки, мы не можем игнорировать разницу между и . Из формулы тонкой линзы,
Из определения увеличения, , мы можем заменить и с помощью некоторой алгебры найти:
Определение как «эффективное фокусное length ", мы получаем формулу, представленную выше:
Второй эффект, который играет роль в макросъемке, - это асимметрия объектива (асимметричный объектив - это объектив, у которого диафрагма кажется, что имеет разные размеры, если смотреть спереди и сзади). Асимметрия линзы вызывает смещение между узловой плоскостью и положением зрачка. Эффект можно количественно оценить с помощью отношения (P) между кажущимся диаметром выходного зрачка и диаметром входного зрачка. Полная формула для угла обзора теперь выглядит следующим образом:
В индустрии оптических приборов Чаще всего используется термин поле зрения (FOV), хотя измерения по-прежнему выражаются в углах. Оптические тесты обычно используются для измерения поля зрения UV, видимого и инфракрасного (длины волн около 0,1–20 мкм в электромагнитном спектре ) датчиков и камер.
Целью этого теста является измерение горизонтального и вертикального поля зрения объектива и датчика, используемых в системе формирования изображения, когда фокусное расстояние объектива или размер датчика неизвестны (то есть, когда вычисление выше не применимо сразу). Хотя это один из типичных методов, которые промышленность оптики использует для измерения поля обзора, существует множество других возможных методов.
УФ / видимый свет от интегрирующей сферы (и / или другого источника, такого как черное тело ) фокусируется на квадратной тестовой мишени в фокальная плоскость коллиматора (зеркала на схеме), так что виртуальное изображение тестовой цели будет бесконечно удалено тестируемой камерой. Тестируемая камера воспринимает реальное изображение виртуального изображения цели, и полученное изображение отображается на мониторе.
Отображение на мониторе считанного изображения с тестируемой камерыВоспринимаемое изображение, которое включает цель, отображается на мониторе, где его можно измерить. Размеры отображения полного изображения и части изображения, которая является целью, определяются путем осмотра (измерения обычно производятся в пикселях, но также могут быть дюймы или сантиметры).
удаленное виртуальное изображение коллиматора цель имеет определенный угол, называемый угловой протяженностью цели, который зависит от фокусного расстояния коллиматора и размера цели. Предполагая, что воспринимаемое изображение включает в себя всю цель, угол обзора камеры, ее FOV, равен этой угловой протяженности цели, умноженной на отношение полного размера изображения к размеру целевого изображения.
Угловой размер цели равен:
В этом случае общее поле зрения составляет приблизительно:
или, более точно, если система формирования изображения прямолинейна :
Этот расчет может быть горизонтальным или вертикальным полем обзора, в зависимости от того, как цель и изображение измеряются.
Объективы часто называют терминами, выражающими их угол зрения:
Зум-объективы являются особый случай, когда фокусное расстояние и, следовательно, угол обзора объектива можно изменять механически, не снимая объектив с камеры.
При заданном расстоянии от камеры до объекта более длинные линзы увеличивают объект в большей степени. Для данного увеличения объекта (и, следовательно, различного расстояния между камерой и объектом) кажется, что более длинные линзы сжимают расстояние; кажется, что более широкие линзы увеличивают расстояние между объектами.
Еще одним результатом использования широкоугольного объектива является более заметное перспективное искажение, когда камера не выровнена перпендикулярно объекту: параллельные линии сходятся с той же скоростью, что и в нормальный объектив, но больше сходится из-за более широкого общего поля. Например, кажется, что здания падают назад намного сильнее, когда камера направлена вверх от уровня земли, чем при съемке с обычным объективом на том же расстоянии от объекта, поскольку большая часть здания объекта видна в широком диапазоне. угол выстрела.
Поскольку для разных объективов обычно требуется разное расстояние между камерой и объектом для сохранения размера объекта, изменение угла обзора может косвенно исказить перспективу, изменяя видимый относительный размер объекта и передний план.
Если размер изображения объекта остается прежним, то при любой заданной диафрагме все объективы, широкоугольные и длинные линзы, будут давать одинаковую глубину резкости.
пример того, как выбор объектива влияет на угол обзора.
объектив 28 мм, 65,5 ° × 46,4 ° | объектив 50 мм, 39,6 ° × 27,0 ° |
объектив 70 мм, 28,9 ° × 19,5 ° | объектив 210 мм, 9,8 ° × 6,5 ° |
В этой таблице показаны диагональный, горизонтальный и вертикальный углы обзора в градусах для линз, создающих прямолинейные изображения, при использовании формата 36 мм × 24 мм (то есть 135 пленка или полнокадровый 35 мм цифровой с шириной 36 мм, высотой 24 мм и диагональю 43,3 мм для d в формуле выше). Цифровые компактные камеры иногда указывают фокусные расстояния своих объективов в эквиваленте 35 мм, которые можно использовать в этой таблице.
Для сравнения: зрительная система человека воспринимает угол зрения примерно 140 ° на 80 °.
Фокусное расстояние (мм) | Диагональ (°) | По вертикали (°) | По горизонтали (°) |
---|---|---|---|
0 | 180,0 | 180,0 | 180,0 |
2 | 169,4 | 161,1 | 166,9 |
12 | 122,0 | 90,0 | 111,1 |
14 | 114,2 | 81,2 | 102,7 |
16 | 107,1 | 73,9 | 95,1 |
20 | 94,5 | 61,9 | 82,4 |
24 | 84,1 | 53,1 | 73,7 |
35 | 63,4 | 37,8 | 54,4 |
50 | 46,8 | 27,0 | 39,6 |
70 | 34,4 | 19,5 | 28,8 |
85 | 28,6 | 16,1 | 23,9 |
105 | 23,3 | 13,0 | 19,5 |
200 | 12,3 | 6,87 | 10,3 |
300 | 8,25 | 4,58 | 6,87 |
400 | 6,19 | 3,44 | 5,15 |
500 | 4,96 | 2,75 | 4,12 |
600 | 4,13 | 2,29 | 3,44 |
700 | 3,54 | 1,96 | 2,95 |
800 | 3,10 | 1,72 | 2,58 |
1200 | 2,07 | 1,15 | 1,72 |
Как отмечалось выше, угол обзора камеры зависит не только от объектива, но и от используемого датчика. Цифровые датчики обычно меньше 35-миллиметровой пленки, из-за чего объектив обычно ведет себя так же, как и объектив с большим фокусным расстоянием, и имеет более узкий угол обзора, чем у 35-мм пленки, с постоянным коэффициентом для каждого датчика (так называемый кроп-фактор ). В повседневных цифровых камерах кроп-фактор может варьироваться от 1 (профессиональные цифровые SLR ) до 1,6 (SLR среднего класса) и от 3 до 6 для компактных камер. Таким образом, стандартный 50-миллиметровый объектив действует как 50-миллиметровый стандартный «пленочный» объектив даже на профессиональных цифровых SLR, но на многих он будет действовать ближе к 75-мм (1,5 × 50 мм Nikon) или 80 мм (1,6 x 50 мм Canon). зеркалки среднего размера, а угол обзора стандартного 50-мм объектива пленочной камеры в 40 градусов эквивалентен объективу 28–35 мм на многих цифровых зеркальных фотокамерах.
В таблице ниже показаны горизонтальный, вертикальный и диагональный углы обзора в градусах при использовании формата 22,2 мм × 14,8 мм (то есть Canon DSLR с размером кадра APS-C ) и диагональ 26,7 мм.
Фокусное расстояние (мм) | Диагональ (°) | По вертикали (°) | По горизонтали (°) |
---|---|---|---|
2 | 162,9 | 149,8 | 159,6 |
4 | 146,6 | 123,2 | 140,4 |
7 | 124,6 | 93,2 | 115,5 |
9 | 112,0 | 78,9 | 101,9 |
12 | 96,1 | 63,3 | 85,5 |
14 | 87,2 | 55,7 | 76,8 |
16 | 79,6 | 49,6 | 69,5 |
17 | 76,2 | 47,0 | 66,3 |
18 | 73,1 | 44,7 | 63,3 |
20 | 67,4 | 40,6 | 58,1 |
24 | 58,1 | 34,3 | 49,6 |
35 | 41,7 | 23,9 | 35,2 |
50 | 29,9 | 16,8 | 25,0 |
70 | 21,6 | 12,1 | 18,0 |
85 | 17,8 | 10,0 | 14,9 |
105 | 14,5 | 8,1 | 12,1 |
200 | 7,6 | 4.2 | 6.4 |
210 | 7.3 | 4.0 | 6.1 |
300 | 5.1 | 2,8 | 4,2 |
400 | 3,8 | 2,1 | 3,2 |
500 | 3,1 | 1,7 | 2,5 |
600 | 2,5 | 1,4 | 2,1 |
700 | 2.2 | 1,2 | 1,8 |
800 | 1,9 | 1,1 | 1,6 |
Соотношение | Разрешение 1080p | Общее название | Формат видео / объектив |
---|---|---|---|
32:27 | 1280x1080p | DVCPRO HD | |
4: 3 | 1440x1080p | ||
16: 9 | 1920x1080p | Широкоэкранный | |
2: 1 | 2160x1080 | 18: 9 | Univisium |
64:27 | 2560x1080p | Ультра-широкоэкранный | Cinemascope / Анаморфотный |
32: 9 | 3840x1080p | Сверхширокоформатный | Сверхширокий экран 3,6 / Анаморфный 3,6 |
Изменение угла просмотр во времени (известный как масштабирование ) - часто используемый кинематографический прием, часто сочетающийся с движением камеры для создания знаменитого эффекта «масштабирование тележки » по фильму Vertigo. Использование широкого угла обзора может преувеличить воспринимаемую скоростью камеры и является распространенной техникой в отслеживающих снимках, фантомных поездках и гоночных видеоиграх. См. Также Поле зрения в видеоиграх.