Bakış açısı - Angle of view

Bakış açısı için belirleyici değişkendir görsel algısı , bir nesnenin boyutu boyut veya çıkıntının.

Görüş açısı ve boyut algısı

Bir nesnenin algılanan boyutu, retinaya yansıtılan görüntünün boyutuna bağlıdır . Görüntünün boyutu görüş açısına bağlıdır. Yakın ve uzak bir nesne, kenarları aynı görüş açısını oluşturuyorsa aynı boyutta görünebilir. Gözlük veya dürbün , mikroskop ve teleskop gibi optik bir cihazla , nesnenin daha büyük görünmesi için görüş açısı genişletilebilir, bu da gözün çözme gücü için uygundur ( görsel açıya bakın )

Fotoğrafta görüş açısı

Bir kameranın görüş açısı yatay, dikey veya çapraz olarak ölçülebilir.

Olarak fotoğraf , görünüşüdür açısı ( AOV imkanından ) tarif açısal bir tarafından görüntülenen bir belirli olay ölçüde kamera . Daha genel bir terim olan görüş alanıyla birbirinin yerine kullanılır .

Görüş açısını, bir merceğin görüntüleyebileceği açı aralığını tanımlayan kapsama açısından ayırt etmek önemlidir . Tipik olarak, bir mercek tarafından üretilen görüntü çemberi filmi veya sensörü tamamen kaplayacak kadar büyüktür ve muhtemelen kenara doğru biraz vinyet etkisi içerir . Merceğin kapsama açısı sensörü doldurmazsa, tipik olarak kenara doğru kuvvetli vinyet etkisi ile görüntü çemberi görünür olacak ve etkili görüş açısı, kapsama açısı ile sınırlı olacaktır.

1916'da Northey, sıradan marangoz aletlerini kullanarak görüş açısının nasıl hesaplanacağını gösterdi. Görüş açısı olarak etiketlediği açı, yarım açı veya "düz bir çizginin görüş alanının en dışından merceğin merkezine kadar alacağı açı" dır; lens üreticilerinin bu açıyı iki katına çıkardığını belirtiyor.

Bu simülasyonda, nesneyi çerçevede tutarken kameranın görüş açısını ve mesafesini ayarlamak, büyük ölçüde farklı görüntülerle sonuçlanır. Sonsuzluğa yaklaşan mesafelerde, ışık ışınları neredeyse birbirine paraleldir ve "düzleştirilmiş" bir görüntü ile sonuçlanır. Düşük mesafelerde ve yüksek görüş açılarında nesneler "önceden kısaltılmış" görünür.

Bir kameranın görüş açısı sadece lense değil aynı zamanda sensöre de bağlıdır. Dijital sensörler genellikle 35 mm filmden daha küçüktür ve bu, lensin her sensör için sabit bir faktörle ( kırpma faktörü olarak adlandırılır ) 35 mm filme göre daha dar bir görüş açısına sahip olmasına neden olur . Günlük dijital kameralarda kırpma faktörü 1 (profesyonel dijital SLR'ler ), 1,6 (tüketici SLR) ve 2 ( Micro Four Thirds ILC) ile 6 (çoğu kompakt kamera ) arasında değişebilir . Bu nedenle, 35 mm fotoğrafçılık için standart bir 50 mm lens, profesyonel bir dijital SLR'de 50 mm'lik standart "film" lens gibi davranır, ancak orta ölçekli birçok DSLR'de 80 mm lense (1,6 x 50 mm) ve 40 Bir film kamerasındaki standart 50 mm lensin derece görüş açısı, birçok dijital SLR'deki 80 mm lense eşdeğerdir.

Bir kameranın görüş açısını hesaplama

Uzaktaki nesnelerin doğrusal (uzamsal olarak bozulmuş olmayan) görüntülerini yansıtan lensler için , etkili odak uzaklığı ve görüntü formatı boyutları görüş açısını tamamen tanımlar. Doğrusal olmayan görüntüler üreten lensler için hesaplamalar çok daha karmaşıktır ve sonuçta çoğu pratik uygulamada pek kullanışlı değildir. (Bozulma olan bir mercek durumunda, örneğin bir balık gözü mercek , distorsiyonlu daha uzun bir mercek, düşük distorsiyonlu daha kısa bir merceğe göre daha geniş bir görüş açısına sahip olabilir) Görüş açısı yatay olarak ölçülebilir (soldan sağ kenara) çerçevenin), dikey (çerçevenin üstünden altına) veya çapraz olarak (çerçevenin bir köşesinden karşı köşesine).

Doğrusal bir görüntü yansıtan bir mercek için (bakınız sonsuzda odaklı türetme , görünüm (açısını) a seçilen boyut (hesaplanabilir) d ), ve etkili bir odak uzunluğu ( f ) aşağıdaki gibi:

${\ displaystyle \ alpha = 2 \ arctan {\ frac {d} {2f}}}$

${\ displaystyle d}$ Ölçülen yöndeki filmin (veya sensörün) boyutunu temsil eder (aşağıya bakın: sensör efektleri ) . Örneğin, 36 mm genişliğinde ve 24 mm yüksekliğinde olan 35 mm film için, yatay görüş açısını elde etmek için mm ve dikey açı için mm kullanılır. ${\ displaystyle d = 36}$${\ displaystyle d = 24}$

Bu trigonometrik bir fonksiyon olduğu için, görüş açısı odak uzaklığının tersi ile oldukça doğrusal olarak değişmez. Bununla birlikte, geniş açılı lensler dışında, radyan veya dereceleri yaklaşık olarak belirlemek mantıklıdır . ${\ displaystyle \ alpha \ yaklaşık {\ frac {d} {f}}}$${\ displaystyle {\ frac {180d} {\ pi f}}}$

Etkili odak uzaklığı, mercek-nesne mesafesinin odak uzaklığıyla karşılaştırılabilir olduğu makro fotoğrafçılık haricinde , merceğin ( F ) belirtilen odak uzaklığına neredeyse eşittir . Bu durumda, büyütme faktörü ( m ) dikkate alınmalıdır:

${\ displaystyle f = F \ cdot (1 + m)}$

(Fotoğrafta , ters çevrilmiş görüntüye rağmen genellikle pozitif olarak tanımlanır.) Örneğin, 1: 2 büyütme oranıyla , görüş açısının uzaktaki bir nesneye odaklanmaya kıyasla% 33 oranında azaldığını buluruz . aynı lens. ${\ displaystyle m}$${\ displaystyle f = 1,5 \ cdot F}$

Görüş açısı, FOV tabloları veya kağıt veya yazılım lens hesaplayıcıları kullanılarak da belirlenebilir.

3: 2 ve 4: 3 en boy oranlı filmler veya sensörler için odak uzaklığı - kırpma faktörü - diyagonal, yatay ve dikey görüş açılarının log-log grafikleri. Sarı çizgi, 3: 2 APS-C'de 18 mm'nin 27 mm'ye eşdeğer olduğu ve 48 derecelik dikey açı verdiği bir örneği gösterir.

Misal

Odak uzaklığı F = 50 mm olan bir lensi olan 50 mm'lik bir kamera düşünün . 35 mm görüntü formatının boyutları 24 mm (dikey) × 36 mm (yatay) olup, yaklaşık 43,3 mm diyagonal verir.

Sonsuz odakta, f = F , görüş açıları şunlardır:

• yatay olarak ${\ displaystyle \ alpha _ {h} = 2 \ arctan {\ frac {h} {2f}} = 2 \ arctan {\ frac {36} {2 \ times 50}} \ yaklaşık 39,6 ^ {\ circ}}$
• dikey olarak ${\ displaystyle \ alpha _ {v} = 2 \ arctan {\ frac {v} {2f}} = 2 \ arctan {\ frac {24} {2 \ times 50}} \ yaklaşık 27,0 ^ {\ circ}}$
• çapraz olarak ${\ displaystyle \ alpha _ {d} = 2 \ arctan {\ frac {d} {2f}} = 2 \ arctan {\ frac {43.3} {2 \ times 50}} \ yaklaşık 46.8 ^ {\ circ}}$

Görüş açısı formülünün türetilmesi

Uzaktaki bir nesneyi fotoğraflamak için kullanılan ve çerçevenin boyutuna ( film veya görüntü sensörü ) zar zor sığan bir görüntü oluşturan bir kameradaki doğrusal bir lensi düşünün . Merceğe , görüntü düzleminden uzakta bir iğne deliği gibi davranın (teknik olarak, doğrusal bir merceğin perspektif merkezi, giriş göz bebeğinin merkezindedir ): ${\ displaystyle S_ {1}}$${\ displaystyle d}$${\ displaystyle S_ {2}}$

Şimdi , merceğin optik ekseni ile optik merkezini filmin kenarına birleştiren ışın arasındaki açıdır . Burada , görüntüsü filme sığabilen en büyük nesneyi çevreleyen açı olduğundan, görüş açısı olarak tanımlanır. Aradaki ilişkiyi bulmak istiyoruz: ${\ displaystyle \ alpha / 2}$${\ displaystyle \ alpha}$

açı ${\ displaystyle \ alpha}$

dik üçgenin "zıt" tarafı, (film biçimi boyutunun yarısı) ${\ displaystyle d / 2}$

"bitişik" taraf, (mercekten görüntü düzlemine olan mesafe) ${\ displaystyle S_ {2}}$

Temel trigonometri kullanarak şunları buluruz:

${\ displaystyle \ tan (\ alpha / 2) = {\ frac {d / 2} {S_ {2}}}.}$

bunu α için çözebiliriz :

${\ displaystyle \ alpha = 2 \ arctan {\ frac {d} {2S_ {2}}}}$

Uzak nesnelerin keskin bir görüntü yansıtmak için, ihtiyaçlar eşit olacak şekilde odak uzaklığı , için objektif ayarlayarak elde edilir, sonsuzluk odak . Ardından görüş açısı şu şekilde verilir: ${\ displaystyle S_ {2}}$${\ displaystyle F}$

${\ displaystyle \ alpha = 2 \ arctan {\ frac {d} {2f}}}$ nerede ${\ displaystyle f = F}$

Lens denkleminin yeniden düzenlenmesi ile verilen , odak sonsuzda olmadığında görüş açısının biraz değiştiğine dikkat edin (Bkz. Nefes alma (lens) ) . ${\ displaystyle S_ {2} = {\ frac {S_ {1} f} {S_ {1} -f}}}$

Makro fotoğrafçılık

Makro fotoğrafçılık için, ve arasındaki farkı ihmal edemeyiz . Gönderen ince mercek formülü , ${\ displaystyle S_ {2}}$${\ displaystyle F}$

${\ displaystyle {\ frac {1} {F}} = {\ frac {1} {S_ {1}}} + {\ frac {1} {S_ {2}}}}$ .

Tanımından büyütme , biz yerini alabilir ve bazı cebir ile bulmak: ${\ displaystyle m = S_ {2} / S_ {1}}$${\ displaystyle S_ {1}}$

${\ displaystyle S_ {2} = F \ cdot (1 + m)}$

Tanımlanması "etkili odak uzaklığı" olarak, biz formülü yukarıda sunulan olsun: ${\ displaystyle f = S_ {2}}$

${\ displaystyle \ alpha = 2 \ arctan {\ frac {d} {2f}}}$ nerede . ${\ displaystyle f = F \ cdot (1 + m)}$

Makro fotoğrafçılıkta devreye giren ikinci bir etki, lens asimetrisidir (asimetrik lens, açıklığın önden ve arkadan bakıldığında farklı boyutlara sahip gibi göründüğü bir lenstir). Lens asimetrisi, düğüm düzlemi ve göz bebeği pozisyonları arasında bir kaymaya neden olur. Etki, görünen çıkış göz bebeği çapı ile giriş göz bebeği çapı arasındaki oran ( P ) kullanılarak ölçülebilir . Görüş açısının tam formülü artık şöyle oluyor:

${\ displaystyle \ alpha = 2 \ arctan {\ frac {d} {2F \ cdot (1 + m / P)}}}$

Bir kameranın görüş alanını ölçme

Bir kameranın FOV'sinin ölçülmesinde kullanılan kolimatör tabanlı optik aparatın şeması .

Optik enstrümantasyon endüstrisinde en sık görüş alanı (FOV) terimi kullanılır, ancak ölçümler hala açılar olarak ifade edilir. Optik testler genellikle UV , görünür ve kızılötesi ( elektromanyetik spektrumda yaklaşık 0.1–20 μm dalga boyları ) sensörlerin ve kameraların FOV'unu ölçmek için kullanılır .

Bu testin amacı, lens odak uzunluğu veya sensör boyutu bilinmediğinde (yani yukarıdaki hesaplama hemen uygulanamadığında) bir görüntüleme sisteminde kullanılan bir lensin ve sensörün yatay ve dikey FOV'unu ölçmektir. Bu, optik endüstrisinin FOV'u ölçmek için kullandığı tipik bir yöntem olmasına rağmen , başka birçok olası yöntem vardır.

Entegre bir küreden (ve / veya siyah cisim gibi başka bir kaynaktan) gelen UV / görünür ışık , bir kolimatörün odak düzleminde (diyagramdaki aynalar) bir kare test hedefine odaklanır , öyle ki testin sanal bir görüntüsü Hedef, test edilen kamera tarafından sonsuz derecede uzakta görülecektir. Test edilen kamera, hedefin sanal görüntüsünün gerçek bir görüntüsünü algılar ve algılanan görüntü bir monitörde görüntülenir.

Test edilen kameradan algılanan görüntünün ekranını izleyin

Hedefi içeren algılanan görüntü, ölçülebildiği bir monitörde görüntülenir. Tam görüntü ekranının ve hedef olan görüntünün bölümünün boyutları inceleme ile belirlenir (ölçümler tipik olarak piksel cinsindendir, ancak inç veya cm de olabilir).

${\ displaystyle D}$ = tam görüntünün boyutu

${\ displaystyle d}$ = hedefin görüntüsünün boyutu

Yönlendiricinin hedefe ait uzak sanal görüntüsü, yönlendirici odak uzunluğuna ve hedef boyutuna bağlı olan, hedefin açısal boyutu olarak adlandırılan belirli bir açıya sahiptir. Algılanan görüntünün tüm hedefi içerdiğini varsayarsak, kameranın gördüğü açı, FOV, hedefin bu açısal boyutu çarpı tam görüntü boyutunun hedef görüntü boyutuna oranıdır.

Hedefin açısal boyutu:

${\ displaystyle \ alpha = 2 \ arctan {\ frac {L} {2f_ {c}}}}$

hedefin boyutu nerede ve kolimatörün odak uzaklığıdır. ${\ displaystyle L}$${\ displaystyle f_ {c}}$

Toplam görüş alanı yaklaşık olarak:

${\ displaystyle \ mathrm {FOV} = \ alpha {\ frac {D} {d}}}$

veya daha doğrusu, görüntüleme sistemi doğrusal ise :

${\ displaystyle \ mathrm {FOV} = 2 \ arctan {\ frac {LD} {2f_ {c} d}}}$

Bu hesaplama, hedef ve görüntünün nasıl ölçüldüğüne bağlı olarak yatay veya dikey bir FOV olabilir.

Lens türleri ve efektleri

Odak uzaklığı

Odak uzaklığı perspektifi nasıl etkiler: Farklı kamera-konu mesafeleri ile elde edilen aynı alan boyutunda değişen odak uzunlukları . Odak uzaklığı ne kadar kısa ve görüş açısı ne kadar büyükse, perspektif bozulması ve boyut farklılıklarının arttığına dikkat edin.

Lensler genellikle görüş açısını ifade eden terimlerle anılır:

• Balık gözü lensler , tipik odak uzunlukları dairesel görüntüler için 8 mm ile 10 mm ve tam çerçeve görüntüler için 15–16 mm arasındadır. 180 ° ve ötesine kadar.
  • Bir dairesel balık gözü lensi (tam çerçeve balıkgözü aksine) kapsama görüş açısı açıdan daha az olan bir lensin bir örneğidir. Filme yansıtılan görüntü daireseldir çünkü yansıtılan görüntünün çapı , filmin en geniş bölümünü kaplamak için gerekenden daha dardır .
• Ultra geniş açılı lens , 35 mm film formatında 24 mm odak uzunluğundan daha az olan doğrusal bir doğrusaldır , burada 14 mm 114 ° verir ve 24 mm 84 ° verir.
• Geniş açılı lensler (35 mm film formatında 24–35 mm) 84 ° ile 64 ° arasını kapsar
• Normal veya Standart lensler (35 mm film formatında 36–60 mm) 62 ° ile 40 ° arasını kapsar
• Uzun odaklı lensler (odak uzaklığı kullanılan filmin veya sensörün köşegeninden daha büyük olan herhangi bir lens) genellikle 35 ° veya daha az bir görüş açısına sahiptir. Fotoğrafçılar genellikle yalnızca telefoto lens alt tipiyle karşılaştığından, bunlar genel fotoğraf dilinde şu şekilde anılır:
• "Orta telefoto", 30 ° ile 10 ° arasını kapsayan 35 mm film formatında 85 mm ila 250 mm odak uzaklığı
• "Süper telefoto" (35 mm film formatında 300 mm'den fazla) genellikle 8 ° ile 1 ° arasındaki aralığı kapsar

Yakınlaştırma lensleri , lensin odak uzaklığının ve dolayısıyla görüş açısının, lensi kameradan çıkarmadan mekanik olarak değiştirilebildiği özel bir durumdur.

Özellikler

Belirli bir kamera-konu mesafesi için, daha uzun lensler konuyu daha fazla büyütür. Belirli bir konu büyütme oranı (ve dolayısıyla farklı kamera-konu mesafeleri) için, daha uzun mercekler mesafeyi sıkıştırıyor gibi görünür; nesneler arasındaki mesafeyi genişletmek için daha geniş lensler görünür.

Geniş açılı bir lens kullanmanın bir başka sonucu da , kamera konuya dik olarak hizalanmadığında daha belirgin bir perspektif bozulmasıdır : paralel çizgiler normal bir lensle aynı oranda birleşir, ancak daha geniş toplam alan nedeniyle daha fazla birleşir. Örneğin, kamera zemin seviyesinden yukarı doğru çevrildiğinde binalar, nesneden aynı mesafede normal bir mercekle fotoğraflandığındakinden çok daha şiddetli bir şekilde geriye doğru düşüyor gibi görünüyor, çünkü konu yapısının daha fazlası geniş alanda görülebiliyor. açılı atış.

Farklı lensler genellikle bir öznenin boyutunu korumak için farklı bir kamera-özne mesafesi gerektirdiğinden, görüş açısının değiştirilmesi perspektifi dolaylı olarak bozabilir , öznenin ve ön planın görünen göreli boyutunu değiştirebilir.

Konu görüntü boyutu aynı kalırsa, herhangi bir diyafram açıklığında tüm lensler, geniş açılı ve uzun lensler aynı alan derinliğini verecektir .

Örnekler

Lens seçiminin görüş açısını nasıl etkilediğine dair bir örnek.

28 mm lens, 65,5 ° × 46,4 °	50 mm lens, 39,6 ° × 27,0 °
70 mm lens, 28,9 ° × 19,5 °	210 mm lens, 9,8 ° × 6,5 °

Ortak lens görüş açıları

Bu tablo, doğrusal görüntüler üreten lensler için 36 mm × 24 mm formatında kullanıldığında (yani, 36 mm genişlik kullanılarak 135 film veya tam çerçeve 35 mm dijital) , çapraz, yatay ve dikey görüş açılarını derece cinsinden gösterir. yukarıdaki formülde d için yükseklik 24 mm ve diyagonal 43,3 mm ). Dijital kompakt kameralar bazen lenslerinin odak uzunluklarını bu tabloda kullanılabilecek 35 mm eşdeğerinde belirtir.

Karşılaştırma için, insan görsel sistemi yaklaşık 140 ° 'ye 80 °' lik bir görüş açısı algılar.

Görüş açılarını göstermek için 24, 28, 35, 50 ve 72 mm eşdeğer yakınlaştırma uzunlukları, dikey format kullanan beş görüntü

Görüş açılarını göstermek için 24, 28, 35, 50 ve 72 mm eşdeğer kademeli yakınlaştırma işlevini kullanan beş görüntü

Sensör boyutu etkileri ("kırpma faktörü")

Yukarıda belirtildiği gibi, bir kameranın görüş açısı sadece lense değil, aynı zamanda kullanılan sensöre de bağlıdır. Dijital sensörler genellikle 35 mm filmden daha küçüktür ve lensin genellikle daha uzun odak uzunluklu bir lensin davranacağı gibi davranmasına ve her sensör için sabit bir faktörle ( kırpma faktörü olarak adlandırılır) 35 mm filme göre daha dar bir görüş açısına sahip olmasına neden olur. ). Günlük dijital kameralarda, kırpma faktörü yaklaşık 1 (profesyonel dijital SLR'ler ), 1,6 (orta pazar SLR'leri) ve kompakt kameralar için yaklaşık 3 ila 6 arasında değişebilir . Dolayısıyla, 35 mm fotoğrafçılık için standart bir 50 mm lens, profesyonel bir dijital SLR'de bile 50 mm standart "film" lens gibi davranır, ancak 75 mm (1,5 × 50 mm Nikon) veya 80 mm lense (1,6 × 50 mm Canon ) birçok orta ölçekli DSLR'de ve bir film kamerasındaki standart 50 mm lensin 40 derecelik görüş açısı, birçok dijital SLR'de 28–35 mm lense eşdeğerdir.

Aşağıdaki tablo, 22,2 mm × 14,8 mm formatında (yani Canon'un DSLR APS-C çerçeve boyutu ) ve 26,7 mm diyagonal olarak kullanıldığında yatay, dikey ve çapraz görüş açılarını derece cinsinden gösterir .

Sinematografi ve video oyunları

Görüş açısını zaman içinde değiştirmek ( yakınlaştırma olarak bilinir ), Vertigo filmiyle ünlü hale gelen bir " dolly zoom " efekti oluşturmak için genellikle kamera hareketiyle birleştirilen, sık kullanılan bir sinematik tekniktir . Geniş bir görüş açısı kullanmak, kameranın algılanan hızını abartabilir ve çekimleri , hayali sürüşleri ve yarış video oyunlarını izlemede yaygın bir tekniktir . Ayrıca bkz . Video oyunlarında görüş alanı .

Ayrıca bakınız

• 35 mm eşdeğeri odak uzaklığı
• Kamera açısı
• Kamera kapsamı
• Kamera operatörü
• Sinematik teknikler
• Görüş alanı
• Film çekmek
• Çoklu kamera kurulumu
• Tek kamera kurulumu
• Video prodüksiyonu
• Görüntü sensörü formatı
• Kırpma faktörü
• Ultra geniş formatlar

Notlar ve referanslar

Dış bağlantılar

• Görüş Açısının ve Odak Uzunluğunun Basit Açıklaması
• Küçültülmüş sensör boyutlu dijital SLR fotoğraf makinelerinde Görüş Açısı
• Odak Uzaklığı ve Görüş Açısı