视场角

一、视场角的概念

在摄影领域,视场角(Angle of View ,简称AOV)与视场(field of view,简称 FOV)常互换使用,均指相机能“看到“景物的最大角度范围。其中,AOV 特指该范围的角度度量 ,而 FOV 的概念更为宽泛,可用角度、尺寸大小等方式表达范围,但在摄影领域特指角度范围。

从光学原理上讲,视场角(Angle of view)为入射窗对入瞳中心所张开的夹角,见上图。其中,视场光阑为将限制视场的光阑(即图中的图像传感器的画幅框),入射窗为视场光阑通过其与物之间的光学系统所成的像。

二、视场角的分类

以测量方向对视场角分类可分为水平视场角(HFOV)、垂直视场角(VFOV)、对角视场角(DFOV)
水平视场角(HFOV)指的是水平方向上的视角。
垂直视场角(VFOV)指的是垂直方向上的视角。
对角视场角(DFOV)指的是左右两个对角线上的视角。具体测量的范围如下图所示。

三、视场角的影响因素

视场角的大小取决于镜头的焦距图像传感器的尺寸
1.焦距
焦距指的是镜头光学中心到传感器焦平面(图像聚焦清晰的平面)的距离。在图像传感器尺寸相同的情况下,镜头的焦距越长,视场角越小。反之,镜头的焦距越短,视场角越大。

使用 24、28、35、50 和 72 毫米不同焦距但图像传感器相同的相机拍摄的五张图像

图像来源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:24-72mm_zoom_demo.jpg

2.图像传感器尺寸
图像传感器尺寸大小会影响相机的裁剪系数Crop Factor(又称“放大倍数”)。在镜头焦距相同的情况下,图像传感器的尺寸越大,视场角也就越大。反之,图像传感器尺寸越小,视场角就越小。

在不同传感器尺寸但镜头焦距相同的相机中进行视场裁剪

(图像来源:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:LensCropFactor.png

四、FOV的计算原理

相机的有效焦距和传感器尺寸完全定义了视场角。视场角的计算公式如下:
$$ \alpha=2arctan\frac{d}{2f} $$ 其中,d为传感器在测量方向上的尺寸,f为有效焦距。