Поле зрения

Объем наблюдаемого мира, видимый в любой момент времени

Поле зрения обоих глаз

Вертикальное поле зрения

Угол зрения можно измерять по горизонтали, вертикали или диагонали.

Поле зрения ( FOV ) — это угловая протяженность наблюдаемого мира, которая видна в любой момент времени. В случае оптических приборов или датчиков это телесный угол , через который детектор чувствителен к электромагнитному излучению . Это также актуально в фотографии .

Люди и животные

В контексте зрения человека и приматов термин «поле зрения» обычно используется только в смысле ограничения того, что видно внешними устройствами, например, при ношении очков ^[1] или очков виртуальной реальности . Обратите внимание, что движения глаз разрешены в определении, но не изменяют поле зрения, если понимать его таким образом.

Если провести аналогию с сетчаткой глаза, работающей как датчик, то соответствующим понятием в человеческом (и во многом в зрении животных) является поле зрения . ^[2] Оно определяется как «количество градусов угла зрения при стабильной фиксации глаз». ^[3] Обратите внимание, что движения глаз исключены из определения поля зрения. У людей есть немного более 210-градусная, обращенная вперед горизонтальная дуга их поля зрения (т.е. без движений глаз), ^{[4] [5] [6]} (с включенными движениями глаз она немного больше, как вы можете проверить сами, пошевелив пальцем сбоку), в то время как у некоторых птиц есть полное или почти полное поле зрения на 360 градусов. Вертикальный диапазон поля зрения у людей составляет около 150 градусов. ^[4]

Диапазон зрительных способностей неравномерен по всему полю зрения, и, как следствие, по FoV, и варьируется между видами . Например, бинокулярное зрение , которое является основой стереопсиса и важно для восприятия глубины , охватывает 114 градусов (по горизонтали) поля зрения у людей; ^[7] оставшиеся периферические ~50 градусов с каждой стороны ^[6] не имеют бинокулярного зрения (потому что только один глаз может видеть эти части поля зрения). У некоторых птиц бинокулярное зрение составляет всего 10–20 градусов.

Аналогично, цветовое зрение и способность воспринимать форму и движение различаются по всему полю зрения; у людей цветовое зрение и восприятие формы сосредоточены в центре поля зрения, в то время как восприятие движения лишь немного снижено на периферии и, таким образом, имеет там относительное преимущество. Физиологической основой этого является гораздо более высокая концентрация цветочувствительных колбочек и цветочувствительных парвоцеллюлярных ганглиозных клеток сетчатки в фовеа — центральной области сетчатки, вместе с большим представительством в зрительной коре — по сравнению с более высокой концентрацией цветонечувствительных палочковых клеток и чувствительных к движению магноцеллюлярных ганглиозных клеток сетчатки на зрительной периферии, а также меньшим кортикальным представительством. Поскольку палочковым клеткам требуется значительно меньше света для активации, результатом этого распределения является то, что периферическое зрение гораздо более чувствительно ночью по сравнению с фовеолярным зрением (чувствительность самая высокая при эксцентриситете около 20 градусов). ^[2]

Конверсии

Многие оптические приборы, в частности бинокли или зрительные трубы, рекламируются с указанием поля зрения одним из двух способов: угловое поле зрения и линейное поле зрения. Угловое поле зрения обычно указывается в градусах, в то время как линейное поле зрения представляет собой отношение длин. Например, бинокль с (угловым) полем зрения 5,8 градуса может рекламироваться как имеющий (линейное) поле зрения 102 мм на метр. Пока поле зрения меньше примерно 10 градусов или около того, следующие формулы приближения позволяют преобразовывать линейное и угловое поле зрения. Пусть будет угловым полем зрения в градусах. Пусть будет линейное поле зрения в миллиметрах на метр. Затем, используя приближение малого угла : ${\displaystyle A}$ ${\displaystyle M}$

${\displaystyle A\approx {360^{\circ } \over 2\pi }\cdot {M \over 1000}\approx 0.0573\times M}$

${\displaystyle M\approx {2\pi \cdot 1000 \over 360^{\circ }}\cdot A\approx 17.45\times A}$

Машинное зрение

В машинном зрении фокусное расстояние объектива и размер датчика изображения устанавливают фиксированное соотношение между полем зрения и рабочим расстоянием. Поле зрения — это область инспекции, зафиксированная на тепловизоре камеры. Размер поля зрения и размер тепловизора камеры напрямую влияют на разрешение изображения (один из определяющих факторов точности). Рабочее расстояние — это расстояние между задней частью объектива и целевым объектом.

Томография

В компьютерной томографии ( на фото КТ брюшной полости ) поле зрения (FOV), умноженное на диапазон сканирования, создает объем вокселей .

В томографии поле зрения — это область каждой томограммы. Например, в компьютерной томографии объем вокселей может быть создан из таких томограмм путем слияния нескольких срезов вдоль диапазона сканирования.

Дистанционное зондирование

В дистанционном зондировании телесный угол , через который элемент детектора (пиксельный датчик) чувствителен к электромагнитному излучению в любой момент времени, называется мгновенным полем зрения или IFOV. Мера пространственного разрешения системы визуализации дистанционного зондирования, она часто выражается как размеры видимой области земли для некоторой известной высоты датчика . ^{[8] [9]} IFOV одного пикселя тесно связана с концепцией разрешенного размера пикселя , разрешенного расстояния на земле, расстояния выборки на земле и функции передачи модуляции .

Астрономия

В астрономии поле зрения обычно выражается как угловая область , просматриваемая инструментом, в квадратных градусах или для инструментов с большим увеличением в квадратных угловых минутах . Для справки, канал Wide Field Channel на усовершенствованной камере для обзоров на космическом телескопе Hubble имеет поле зрения 10 квадратных угловых минут, а канал High Resolution того же инструмента имеет поле зрения 0,15 квадратных угловых минут. Наземные обзорные телескопы имеют гораздо более широкие поля зрения. Фотопластинки, используемые телескопом UK Schmidt, имели поле зрения 30 квадратных градусов. Телескоп Pan-STARRS диаметром 1,8 м (71 дюйм) с самой передовой на сегодняшний день цифровой камерой имеет поле зрения 7 квадратных градусов. В ближнем инфракрасном диапазоне WFCAM на UKIRT имеет поле зрения 0,2 квадратных градуса, а телескоп VISTA имеет поле зрения 0,6 квадратных градуса. До недавнего времени цифровые камеры могли охватывать лишь небольшое поле зрения по сравнению с фотопластинками , хотя они превосходили фотопластинки по квантовой эффективности , линейности и динамическому диапазону, а также были гораздо проще в обработке.

Фотография

В фотографии поле зрения — это та часть мира, которая видна через камеру в определенном положении и ориентации в пространстве; объекты, находящиеся за пределами поля зрения при съемке, на фотографии не фиксируются. Чаще всего оно выражается как угловой размер конуса зрения, как угол зрения . Для обычного объектива, сфокусированного на бесконечности, диагональное (или горизонтальное, или вертикальное) поле зрения можно рассчитать как:

${\displaystyle \mathrm {FOV} =2\times \arctan \left({\frac {\text{sensor size}}{2f}}\right)}$

где — фокусное расстояние , здесь размер сенсора и выражены в одной и той же единице длины, FOV — в радианах. ${\displaystyle f}$ ${\displaystyle f}$

Микроскопия

Диаметр поля зрения в микроскопии

В микроскопии поле зрения при большом увеличении (обычно при 400-кратном увеличении , если оно упоминается в научных работах) называется полем большого увеличения и используется в качестве точки отсчета для различных схем классификации.

Для объектива с увеличением поле зрения связано с числом поля зрения (FN) следующим образом: ${\displaystyle m}$

${\displaystyle \mathrm {FOV} ={\frac {\mathrm {FN} }{m}},}$

если в системе используются другие увеличительные линзы (помимо объектива), то используется общая для проекции величина. ${\displaystyle m}$

Видеоигры

Поле зрения в видеоиграх — это поле зрения камеры, смотрящей на игровой мир, которое зависит от используемого метода масштабирования.

Смотрите также

• Поле зрения
• Панорама
• Периметрия
• Периферическое зрение
• Визуальное восприятие
• Полезное поле зрения
• Эквивалентное фокусное расстояние 35 мм
• Угол зрения
• Фактор урожая
• Формат датчика изображения
• Линия прямой видимости

Ссылки

1. Альфано, ПЛ; Мишель, ГФ (1990). «Ограничение поля зрения: эффекты восприятия и производительности». Perceptual and Motor Skills . 70 (1): 35–45. doi :10.2466/pms.1990.70.1.35. PMID  2326136. S2CID  44599479.
2. Страсбургер, Ганс; Рентшлер, Инго; Юттнер, Мартин (2011). «Периферическое зрение и распознавание образов: обзор». Journal of Vision . 11 (5): 1–82. doi : 10.1167/11.5.13 . PMC 11073400. PMID  22207654 . 
3. Страсбургер, Ганс; Пеппель, Эрнст (2002). Поле зрения. В G. Adelman & BH Smith (редакторы): Энциклопедия нейронауки ; 3-е издание, на CD-ROM. Elsevier Science BV, Амстердам, Нью-Йорк.
4. Traquair, Harry Moss (1938). Введение в клиническую периметрию, Глава 1. Лондон: Henry Kimpton. С. 4–5.
5. Страсбургер, Ганс (2020). «Семь мифов о скученности и периферическом зрении». i-Perception . 11 (2): 1–45. doi :10.1177/2041669520913052. PMC 7238452. PMID  32489576 . 
6. Strasburger, H; Jüttner, M (апрель 2024 г.). "Erratum. Исправления к: Strasburger, Rentschler & Jüttner (2011), Peripheral Vision and Pattern Recognition". Journal of Vision . 24 (15).
7. Howard, Ian P.; Rogers, Brian J. (1995). Бинокулярное зрение и стереопсис. Нью-Йорк: Oxford University Press. стр. 32. ISBN 0-19-508476-4. Получено 3 июня 2014 г.
8. Oxford Reference. "Краткий справочник: мгновенное поле зрения". Oxford University Press . Получено 13 декабря 2013 г.
9. Уинн, Джеймс Б. Кэмпбелл, Рэндольф Х. (2011). Введение в дистанционное зондирование (5-е изд.). Нью-Йорк: Guilford Press. стр. 261. ISBN 978-1609181765.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )