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视场角

时间:2012-08-25来源:www.shixinhua.com石鑫华视觉网 作者:石鑫华 点击:

视场角 field angle; Angle of view; field angle


视场角定义

光学系统成像范围的量度。在光学仪器中,以光学仪器的镜头为顶点,以被测目标的物象可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角,称为视场角。如图一。
光学系统中的视场角
图一 光学系统中的视场角
视场角的大小决定了光学仪器的视野范围,视场角越大,视野就越大,光学倍率就越小。通俗地说,目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。
在显示系统中,视场角就是显示器边缘与观察点(眼睛)连线的夹角。例如在图二中,AOB角就是水平视场角,BOC就是垂直视场角。
显示系统中的视场角
图二 显示系统中的视场角

视场角分类

  视场角分物方视场角和像方视场角。一般光学设备的使用者关心的是物方视场角。对于大多数光学仪器,视场角的度量都是以成像物的直径作为视场角计算的。如:望远镜、显微镜等。而对于照相机摄像机类的光学设备,由于其感光面是矩形的,因此常以矩形感光面对角线的成像物直径计算视场角,如图一左。也有以矩形的长边尺寸计算视场角的,如图一右。计算方法可参看图一。
  也可以使用度量的方法获得视场角参数。度量一般使用广角平行光管,因其形似漏斗,俗称:漏斗仪。测量方法如图三。在被测镜头的一端,查看广角平行光管底部玻璃平面上的刻度,读取其角度值,其最大刻度值即为该被测光学仪器的视场角。
  被测镜头可能因焦距不同,导致肉眼不能观测到刻度。可加入一片焦距适当的凸透镜作为辅助镜片察看测量结果。测量时应沿光轴方向前后移动被测镜头,直至观测的角度最大,即为该被测镜头的视场角。
广角平行光管的视场角度量
图三 广角平行光管的视场角度量
  相机的测量方法同上,相机测量时可察看取景窗,因数码相机的液晶屏分辨率较低,可查看相机所拍之照片。
视场角与焦距的关系:一般情况下,视场角越大,焦距就越短。以下列举几个实例:长焦距镜头视场角窄于40°,例如:镜头焦距25 mm,视场角为 45°左右。镜头焦距50 mm,视场角为 23°左右。镜头焦距75 mm,视场角为 14°左右。镜头焦距100 mm,视场角为 12°左右。镜头焦距150 mm,视场角为 8°左右。

根据视场角对镜头分类

标准镜头:视场角30度左右,使用范围较广。
远摄镜头:视场角20度以内,可在远距离情况下拍摄。
广角镜头:视场角60~90度之间,观察范围较大,近处图像有变形
超广角镜头:视场角大于90~120度之间,有较大变形
鱼眼镜头:视场角大于120度,有严重变形
以上视场角范围只是大概参考值。

视场角对机器视觉方案的影响

从上面可以了解到,视场角越大,焦距越短。
如果要做到相同的视野,使用短焦距、大视场角的镜头可以有更低的工作距离,而使用长焦距、小视场的镜头,需要更大的工作距离;
如果要做到相同的工作距离,使用短焦距、大视场角的镜头可以有更大的视野,使用同样分辨率的相机时,系统的精度会下降;而使用长焦距、小视场角的镜头,可以有比较小的视野,系统的精度会提高;
视场角越大,畸变越严重,那么对图像处理时,需要考虑畸变,对于精密测量,需要进行标定
视场角大,意味着焦距短,短焦距的镜头的光学像差,如像散、色差、场曲等,都要大于长焦镜头,因此视场角大的镜头,成像质量上比视场角小的镜头差;
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