视场角 field angle; Angle of view; field angle

石鑫华视觉

视场角定义

光学系统成像范围的量度。在光学仪器中，以光学仪器的镜头为顶点，以被测目标的物象可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角。如图一。

                               
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图一 光学系统中的视场角

视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率就越小。通俗地说，目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。
在显示系统中，视场角就是显示器边缘与观察点（眼睛）连线的夹角。例如在图二中，AOB角就是水平视场角，BOC就是垂直视场角。

                               
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图二 显示系统中的视场角

视场角分类

　　视场角分物方视场角和像方视场角。一般光学设备的使用者关心的是物方视场角。对于大多数光学仪器,视场角的度量都是以成像物的直径作为视场角计算的。如：望远镜、显微镜等。而对于照相机、摄像机类的光学设备，由于其感光面是矩形的，因此常以矩形感光面对角线的成像物直径计算视场角，如图一左。也有以矩形的长边尺寸计算视场角的，如图一右。计算方法可参看图一。
　　也可以使用度量的方法获得视场角参数。度量一般使用广角平行光管，因其形似漏斗，俗称：漏斗仪。测量方法如图三。在被测镜头的一端，查看广角平行光管底部玻璃平面上的刻度，读取其角度值，其最大刻度值即为该被测光学仪器的视场角。
　　被测镜头可能因焦距不同，导致肉眼不能观测到刻度。可加入一片焦距适当的凸透镜作为辅助镜片察看测量结果。测量时应沿光轴方向前后移动被测镜头，直至观测的角度最大，即为该被测镜头的视场角。

                               
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图三 广角平行光管的视场角度量

　　相机的测量方法同上，相机测量时可察看取景窗，因数码相机的液晶屏分辨率较低，可查看相机所拍之照片。
视场角与焦距的关系：一般情况下，视场角越大，焦距就越短。以下列举几个实例：长焦距镜头视场角窄于40°，例如：镜头焦距25 mm，视场角为 45°左右。镜头焦距50 mm，视场角为 23°左右。镜头焦距75 mm，视场角为 14°左右。镜头焦距100 mm，视场角为 12°左右。镜头焦距150 mm，视场角为 8°左右。
根据视场角对镜头分类

标准镜头：视场角30度左右，使用范围较广。
远摄镜头：视场角20度以内，可在远距离情况下拍摄。
广角镜头：视场角60~90度之间，观察范围较大，近处图像有变形
超广角镜头：视场角大于90~120度之间，有较大变形
鱼眼镜头：视场角大于120度，有严重变形
以上视场角范围只是大概参考值。

视场角对机器视觉方案的影响

从上面可以了解到，视场角越大，焦距越短。
如果要做到相同的视野，使用短焦距、大视场角的镜头可以有更低的工作距离，而使用长焦距、小视场的镜头，需要更大的工作距离；
如果要做到相同的工作距离，使用短焦距、大视场角的镜头可以有更大的视野，使用同样分辨率的相机时，系统的精度会下降；而使用长焦距、小视场角的镜头，可以有比较小的视野，系统的精度会提高；
视场角越大，畸变越严重，那么对图像处理时，需要考虑畸变，对于精密测量，需要进行标定；
视场角大，意味着焦距短，短焦距的镜头的光学像差，如像散、色差、场曲等，都要大于长焦镜头，因此视场角大的镜头，成像质量上比视场角小的镜头差；