視野と焦点距離 – 知っておくべきこと

視野と焦点距離は、レンズに関して最も重要な概念の 2 つです。焦点距離はレンズの特性を定義するものですが、視野は他の特定のパラメータによって異なります。組み込みビジョン アプリケーション用のレンズを選択するときは、目的の視野が得られるように、センサーに適したレンズを選択する必要があります。

この記事では、焦点距離と視野とは何か、それらの違い、および組み込み ビジョン アプリケーション用のレンズを選択する際に 2 つの概念を徹底的に理解することが重要である理由を学びます。

視野とは?

視野とは、カメラが焦点を合わせたり撮影したりできるシーンの最大領域です。これは度数で表されます。測定方法に応じて、下の画像に示すように、FOV を垂直、水平、または斜めに表すことができます。

図 1: 様々なタイプの 視野(FOV)

視野(FOV)の計算方法

レンズの FOV は、以下の式を使用して計算されます。

ここで、

AFOV – 視野角

HFOV – レンズを通して見える物体の幅

作動距離 (WD) – レンズと対象物の間の距離

ただし、ほとんどの場合、レンズの FOV は DFOV または対角視野を使用して表されます。そのため、DFOV 値も計算する必要がある場合があります。その方法を見てみましょう。

通常、水平方向の寸法 (HFOV に他なりません) と作動距離が与えられます。 これらを用いて、AFOV を計算することができます。

これが完了したら、以下に示すように、AFOV の計算に使用される式を反転させます。

DFOV は、上記の式で HFOV をそれに置き換えることで計算できます。AFOV と作動距離は既知のエンティティであるため、これを使用して DFOV を導き出すことができます。

同様に、VFOV または垂直視野は、同じ式で HFOV を VFOV 値に置き換えることで計算できます。

焦点距離とは?

それでは焦点距離を見てみましょう

焦点距離はレンズの特徴です。 これは、レンズとセンサーの平面との間の距離であり、レンズが被写体を無限遠に焦点を合わせるときに決定されます。通常はミリメートルで表されます。 その値は、レンズの曲率と素材によって異なります。

視野と焦点距離 – それらの関係

次の式は、視野と焦点距離の関係を示しています。

ここで、f はレンズの焦点距離、h はセンサー サイズです。

この式から、焦点距離が短いほどAFOVは広くなり、その逆も成り立つことがわかります。 これは、次の図に明確に示されています。

図 2: 焦点距離と AFOV(視野角)

視野と焦点距離の関係を理解する意義

組み込みビジョンアプリでは、ほとんどの場合、イメージ センサーが最初に選択されます。これは、レンズの選択が使用するセンサーによって大きく左右されることを意味します (理由としては、AFOV はセンサーのサイズに依存するため)。特定のセンサー サイズで、より広いFOVを実現するには、焦点距離の短いレンズを使用する必要があり、その逆も同様です。ただし、焦点距離を短くすることはできないため、センサーサイズを大きくすると、より広い視野を実現するのにも役立ちます。

組み込みビジョン アプリケーションに適したレンズの選択

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