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科普篇:关于视场角
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2024-03-13 14:15:20来源: 中国机器视觉网

我们曾提到过关于镜头视场角的定义。即以镜头入瞳位置为顶点,以能通过该镜头成像,间距最大的两个物点分别与镜头入瞳中心连线的夹角,称为视场角。茉丽特镜头的规格书中会标注水平视场角,如下图中∠h,以及垂直视场角,如下图中∠v。

微信图片_20240313142307.png

知道了关于视场角的定义,那么,在实际项目中我们该如何去计算视场角并运用好这一参数呢?下面通过一个实例来演示。以2/3”5MP相机搭配镜头ML-M5025UR为例,在550mm工作距离时拍摄90*74mm的视野,此时考虑在距镜头100mm处安装内径为30mm的环形光源照明,要求判断该环形光源安装位置是否会遮挡视野?见下图:

微信图片_20240313142317.png

已知:在上图中△ABC 为直角三角形,△ABD为等腰三角形 ,工作距离= 550mm,BD = 长边视野90mm,原WD=500mm,原OD=506.5mm,入瞳位置=21.2mm (见镜头规格书)  实际OD = 工作距离 +(原OD-原WD) = 550+(506.5-500)= 556.5mm 

求:    

水平视场角HFOV,即∠ BAD

BC = BD÷2 = 45mm

AC = 实际OD + 入瞳位置(视场角以入瞳位置为顶点)= 556.5mm+21.2= 577.7mm

在直角△ABC中tan∠BAC  = BC÷AC= 45÷577.7= 0.0778951

∠BAC  = 4.451°

在等腰△ABD中

∠ BAD = 2×∠BAC= 2×4,451°= 8.902°

此时我们便求出了水平视场角为8.902°,得到公式如下:

视场角 = 2tan [(视野/2)÷(实际OD+入瞳位置)]

再根据求出的视场角,代入公式,以判断光源是否会遮挡视野:

微信图片_20240313142322.png

已知:   环形光源内径=30mm,光源距镜头距离=100mm,HFOV=∠BAD=8.902°

假设镜头此时在光源位置处视野为BD,△ABC为直角△,△ABD为等腰△

AC = 100 +(原OD-原WD)+入瞳位置

= 100 +(506.5-500)+21.2

= 127.7mm

 HFOV = 2tan [(BD/2)÷127.7 ]

8.902° = 2tan [BD/2)÷127.7 ]

4.451° = tan [(BD/2)÷127.7 ]

0.0778951 =(BD/2)÷ 127.7

BD ≈ 19.89mm

镜头此时在光源处视野19.89mm<环形光源内径30mm,因此不会遮挡视野。

我们看到,相同条件下,视场角的大小决定了镜头的视野范围,同一镜头,视场角越大,视野就越大。通俗地说,目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。由此可见,镜头视场角是一个非常重要的参数,但是在工业自动化领域,部分工程师可能并不会注意到这一参数,不过在一些特定应用中,则是不可忽略的。

在“元宇宙”概念带动下,作为“元宇宙”发展的必经之路和第一入口,AR/VR头显市场近年迎来爆发式增长。在AR/VR虚像成像质量测试方案中,茉丽特曾为客户提供水平视场角达120°宽视场镜头,以更贴合人眼的视域,为AR/VR头显设备的畸变、Mura缺陷、双目合像、闪烁、颗粒、色域等检测需求提供高性能的镜头产品。   

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在智能驾驶领域,视场角决定了LiDAR接收单元能够看到的视野范围。茉丽特LiDAR专用镜头用于Flash LiDAR接收单元,满足L3及更高阶自动驾驶应用。基于50年光学设计、镜头制造经验,结合Flash LiDAR技术路线,高精度、宽视场,接收微弱反光性能极佳的LiDAR专用镜头,助力高阶自动驾驶系统实现精确障碍物探测。可应用于汽车智能驾驶、轨道交通超远距离预警、高精度3D建图等领域,为人们将来智能出行的安全保障提供高可靠性的镜头产品。

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