视场 Field of view

2022-11-28 15:19:33 浏览:389

定义

可以用光学仪器或眼睛观察到的场角范围。

例如,望远镜或照相机的视场通常被理解为可以观察仪器固定方向的物体的角度方向范围。 (当然,通过组合来自不同仪器方向的图像,可以观察到更广泛的范围。 它可以通过不同的方式量化:

  • 可以指定水平、垂直和对角线方向的全角(或半角)视图。 请注意,视野可以有不同的形状,例如圆形或矩形。
  • 或者,可以指定立体角。

上述角度的参考点是入射瞳孔的中心。

术语视场不仅用于该场本身,还用于其大小。 在某些情况下,例如对于远心镜头,它用于物体平面上的观察区域。

在某些情况下,使用术语接受角而不是视场 - 特别是对于非成像光学仪器。

光学成像仪器的视场通常受到有意创建的视场光圈的限制。 这是一个光学孔径,例如以光阑的形式,放置在图像平面中或靠近这样的平面,使得视野的边缘被清晰地定义。 然而,在某些情况下,人们可以获得渐晕效果,即图像亮度逐渐降低到视野边缘。 当视野受到不在图像平面中的光圈的限制时,就会发生这种情况。 这种情况的一个例子可以在关于视场透镜的文章中找到,其中解释了我们在光学望远镜中的渐晕。 在暗角的情况下,可以为视场定义不同的值 - 例如,没有任何暗角的场,达到半暗角点的场或(是最大值)直到强度消失的点。

人眼的视野也没有精确定义。 最大图像分辨率仅在中心区域实现,外围区域的图像质量要低得多。 这在很大程度上被快速眼球运动所补偿,以覆盖更宽的角度范围并准确观察特别感兴趣的物体。

可能需要限制视野才能达到一定的图像质量!

如上所述,仪器的视野通常是有意限制的。 这通常不是由其应用引起的,而是因为当允许更大的视场时,光学像差会大大降低图像质量。 先进的光学设计,例如基于非球面透镜或更精细的透镜组合,可以提供更宽的视野和良好的图像质量。 然而,它们并不总是被使用,例如由于仪器的成本、尺寸或重量较高。

照相机的视场

照相机的视场取决于所使用的摄影物镜和照相胶片或图像传感器的尺寸。 图1对此进行了解释,该图显示光学配置是一种大大简化的方式:物镜由单个透镜表示,尽管它通常是包含多个透镜的系统。 人们可以简单地考虑来自物体点并穿过透镜中心的光线,在那里不会发生光线偏转。

视场 Field of view

图1:视场取决于传感器尺寸和所用镜头的焦距。

对于小角度,以弧度为单位的全角视场大约是传感器直径除以焦距;要获得以度为单位的值,必须将其乘以180° /π。 对于广角相机,必须使用更准确的公式:

视场 Field of view

其中w是传感器宽度。

使用远摄物镜时,视场变得特别小,而宽视场物镜的定义是为大视场而设计的。 极端版本称为鱼眼镜头目标;它们会产生大量的图像失真,这在这种制度中几乎是不可避免的。

标准摄影物镜的制作使其视场与人眼相似 - 当考虑具有合理清晰成像的范围时,全水平角度约为50°。

当然,当更改物镜的缩放设置时,视野也会发生变化。

望远镜的视场

望远镜为观察远处的物体提供了一些放大倍率。 放大倍率越高,通常视场越小。 但是,有些光学设计可以为给定的放大倍率提供更大的视野。 例如,一个简单的开普勒望远镜有一个小视野,可以通过插入额外的视场透镜来扩展。

例如,对于用于恒星测量的天文望远镜,大视场尤其重要。

带观察辅助装置和护目镜的视野

眼睛的视野可能受到各种设备的限制,例如通过小尺寸的矫正眼镜或放大镜。 在某些情况下,周边视野被完全遮挡,例如使用一些激光安全眼镜;这可能会带来额外的危险,例如撞到看不见的物品。

基础光学

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