زاویه دید دوربین مداربسته یا FOV چیست؟ (راهنمای جامع + تصاویر)

زاویه دید دوربین مداربسته به بیشتریین محیط قابل مشاهده توسط  دوربین گفته می‌شود. به زبان ساده‌تر Filed Of View یعنی دوربین مداربسته شما چقدر می‌تواند ببیند؟ به Filed Of View به اختصار FOV نیز گفته می‌شود.

در این نوشته می‌خواهیم به شکل کامل در مورد زاویه دید در دوربین مداربسته صحبت کنیم. در انتها درک کاملی از این مفهوم بسیار مهم خواهید داشت. با ما همراه باشید.

زاویه دید دوربین مداربسته چیست و چرا مهم است؟

بدیهی است که هر دوربین مداربسته وظیفه مشخصی را بر عهده دارد. این یعنی ممکن است دوربین A برای وظیفه‌ای مناسب باشد که دوربین B اصلا مناسب آن نیست. همین‌ موضوع در تنظیمات دو دوربین تفاوت ایجاد می‌کند. یکی از این تنظیمات Filed Of View یا مفهومی است که به آن زاویه دید می‌گوییم.

در مبحث زاویه دید موضوع این است که یک دوربین چقدر می‌تواند «ببیند». یعنی دوربین چقدر از محیطی که در زاویه ۱۸۰ درجه از خودش قرار دارد را مشاهده می‌کند. تصویر زیر موضوع را بهتر توضیح می‌دهد:

زاویه دید دوربین مداربسته چیست و چرا مهم است

همانطور که می‌بینید دوربین با توجه به لنزی که به کار می‌برد، می‌تواند زاویه مشخصی از محیط پیش‌ روی خود را ببیند. دوربین مداربسته نیز ساز و کار مشابهی دارد.

چه عواملی در زاویه دید دوربین مداربسته تاثیر گذار هستند؟

بدیهی است که هر چه زاویه دید بیشتر باشد، یعنی محیط بیشتری توسط دوربین قابل دیدن است. با این اوصاف زاویه دید به دو عامل مهم بستگی دارد:

اول: لنز و فاصله کانونی یا Focal length

دوم: اندازه سنسور تصویر

در ادامه به توضیح این دو مورد می‌پردازیم.

لنز و فاصله کانونی یا Focal length

فاصله کانونی نقطه تمایز لنزهاست. قبل از تعریف فاصله کانونی بهتر است مرکز نوری را بشناسیم. .مرکز نوری یا Optical Center نقطه‌ای است که پرتوهای نور در آن همگرا می‌شوند. حال به فاصله‌ای که بین سنسور دوربین و مرکز نوری لنز ایجاد می‌شود فاصله کانونی گفته می‌شود.

تصویر زیر را با دقت ببینید:

فاصله کانونی دوربین مداربسته

فاصله کانونی یا Focal length است که مشخص می‌کند سوژه‌ها باید در چه فاصله‌ای از دوربین قرار بگیرند. چرا که در نهایت هدف این است که که تصویر واضحی از سوژه‌ها توسط دوربین مداربسته ثبت شود. با این توضیح که با توجه به نقطه کانونی سوژه در نقطه فوکوس یا تمرکز دوربین قرار می‌گیرد.

کاربرد فاصله کانونی یا Focal length چیست؟

در واقع فاصله کانونی است که مشحص می‌کند زاویه دید دوربین مداربسته چقدر باشد. هر چه فاصله کانونی بیشتر باشد در نهایت تصویر بزرگتری و در نتیجه محیط کمتری توسط دوربین‌ها ثبت می‌شود. برعکس، با کمتر شدن فاصله کانونی دید کلی به محیط پیدا‌ می‌کنیم. در این حالت سوژه‌ها کوچکتر و از دور دیده می‌شوند. فاصله کانونی را با میلی‌متر می‌سنجند. فاصله‌های کانونی متداول بین ۲میلی‌متر تا ۱۰۰ میلی‌متر هستند.

۵ نوع زاویه دید دوربین مداربسته وجود دارد

در تصویر بالا به خوبی مشخص است که اندازه فاصله کانونی با زاویه دید نسبت غیرمستقیم دارد. یعنی هر چه عدد فاصله کانونی بیشتر باشد، زاویه‌ای از محیط که توسط دوربین قابل دیدن است، کمتر می‌شود. همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید برای فاصله کانونی ۴ میلی‌متر ما نمایی از کل بنا را داریم. به اندازه‌ای که فاصله کانونی بیشتر می‌شود در نهایت ما روی سوژه‌های نزدیکتر تمرکز داریم.

در نتیجه فاصله کانونی هر لنز با دیگری متفاوت است و تغییر نمی‌کند. یاداور می‌شویم که نقطه تمایز دوربین‌های مداربسته در لنز و فاصله کانونی آن است. می‌توانیم نتیجه بگیریم که لنز بزرگتر زاویه دید کمتری به ما می‌دهد اما برای دیدن جزئیات مناسب‌تر است.

یک مثال برای درک بهتر

برای درک ساده‌تر این موضوع گوشی همراه خود را بردارید و دوربین آن را باز کنید. گوشی را به هر سمتی که بگیرید یک میدان دید توسط لنز آن دیده می‌شود. حال اگر بر روی یک سوژه در تصویر زوم کنید می‌بینید که جزئیات بیشتری از آن معلوم است. در حالیکه محیط کمتری را می‌بینید. این یعنی زاویه دید کاهش پیدا کرده است.

اندازه سنسور تصویر

سنسور یا حسگر تصویر یک قطعه الکترونیکی است که تصاویر دوربین را دریافت می‌کند. سنسور دوربین، این تصاویر دریافت شده را با سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کند. در واقع سنسور تصویر یا Image sensor به عنوان چشم دوربین مداربسته شما است.

به اندازه‌ای که در یک لنز، فاصله کانونی دارای اهمیت است، سنسور دوربین مداربسته نیز مهم است. دوربین‌های مداربسته با ابعاد مختلفی از سنسورها ارائه می‌شوند. اندازه سنسور با زاویه دید دوربین مداربسته رابطه مستقیم دارد. اگر در یک دوربین مداربسته فاصله کانونی را ثابت نگه‌ داریم، سنسور بزرگتر زاویه دید بیشتری به ما می‌دهد.

نمایی از سنسور دوربین مداربسته

دو عامل مهم و تاثیرگذار بر زاویه یا میدان دید دوربین مداربسته  را بررسی کردیم. در ادامه انواع زاویه دید دوربین‌ مداربسته را بررسی می‌کنیم. در بخش بعدی نیز به روش محاسبه زاویه دید دوربین‌ها، نگاهی می‌اندازیم.

انواع زاویه دید دوربین امنیتی

میدان دید در دوربین‌های مداربسته به ۵ دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

اول: زاویه دید فوق عریض یا Superwide-angle

دوم: زاویه دید گسترده یا Wide

سوم: زاویه دید استاندارد  یا Standard

چهارم: تله فوتو telephoto

پنجم: سوپر تله فوتو super Telephoto

چه زمانی از کدام زاویه دید استفاده کنیم؟ بیایید بررسی کنیم.

اول: زاویه دید فوق عریض یا Superwide-angle

این زاویه دید که آن را به عنوان Superwide angle می‌شناسیم، ۱۸۰ درجه از نمای روبه‌رویش را پوشش می‌دهد. البته در بعضی موارد این زاویه تا ۳۶۰ درجه هم می‌رسد.

کاربردهای این زاویه دید مانند نمایی است که از چشمی درب‌های خانه نگاه می‌کنید. در واقع در این نوع از زاویه دید تصاویر کمی از اطراف کشیده می‌شوند و جلوه‌ای مانند چشم ماهی ایجاد می‌کنند.

اگر هدف شما دیدن یک محیط با حداکثر دید است می‌توانید از این زاویه دید استفاده کنید. البته در این بین کیفیت تصاویر دریافتی فدای زاویه فوق گسترده دوربین مداربسته می‌شود. در این نوع از زاویه دید نمی‌توان جزئیات چهره افراد را به درستی ثبت کرد.

دوم: زاویه دید گسترده یا Wide-angle

این نوع از زاویه دید، بین ۶۰ تا ۱۱۰ درجه از محیط یا بیشتر را پوشش می‌دهد. این نوع از لنزها برای دوربین‌های امنیتی یک انتخاب ایده‌ال هستند. در چنین دوربین‌هایی خواه‌ ناخواه نقاط کوری ایجاد می‌شود که در دید دوربین نیست. در این صورت با در نظر گرفتن آرایش درستی از دوربین‌های مداربسته در محیط می‌توان این نقص را جبران کرد.

تصویر زیر با دوربینی با زاویه دید ۹۰ درجه ثبت شده است:

نمایی از یک محیط با زاویه دید ۹۰ درجه

سوم: زاویه دید استاندارد  یا Standard-angle

از نام این زاویه دید هم پیداست که پرکاربردتر از سایرین باشد.این زاویه دید بین ۲۵ تا ۶۰ درجه را پوشش می‌دهد این یعنی تقریبا یک سوم صحنه رو به رو توسط دوربین مداربسته شما قابل رویت است. در این زاویه وضوح چهره افراد و جزئیات صحنه بیشتر است. چرا که سوژه‌ها به دوربین نزدیک‌تر هستند. چنین زوایای دیدی برای برداشتن تصویر در یک اتاق یا بخشی از یک محیط کاربرد دارد.

عکس زیر در یک زاویه دید ۶۰ درجه برداشته شده است:

نمایی از یک محیط با زاویه دید ۶۰ درجه

برای درک بهتر تفاوت‌ها، تصویر این بخش را با بخش‌ قبلی مقایسه کنید.

چهارم: تله فوتو telephoto

لنزهایی با زاویه دید بین ۱۰ تا ۲۵ در دسته بندی تله فوتو قرار می‌گیرند. در واقع این زاویه دید کاربرد امنیتی چندانی ندارد. چرا که در نهایت یک سوژه را با ابعاد بزرگ نمایش می‌دهد. در واقع اگر هدف شما زیر نظر گرفتن یک سوژه خاص و ثبت جزئیات مربوط به آن است این زاویه دید دوربین مداربسته بهترین انتخاب شما خواهد بود.

پنجم: سوپر تله فوتو super Telephoto

اگر تصاویری که توسط عکاسان حیات وحش گرفته می‌شود را به یاد بیاورید می‌توانید از زاویه سوپر تله فوتو درک بهتری پیدا کنید. این عکاسان ناچار از فاصله بسیار دور از سوژه‌هایشان تصویر برداری می‌کنند. در این زاویه دید ۱ تا ۱۰ درجه، سوژه باید در یک نقطه مشخص در دور دست قرار بگیرد و چندان حرکت نکند!

تصویر زیر مقایسه زاویه دید ۱۱۰ درجه با ۷ درجه یعنی زاویه دید Wide و Super TelePhoto را مقایسه می‌کند:

یک تصویر در دو زاویه دید گسترده و تله فوتو

انتخاب بهترین زاویه دید دوربین مداربسته

برای برقراری امنیت از یک محیط که می‌تواند خانه یا محل‌کار شما باشد، از دوربین مداربسته استفاده می‌کنید. تصویری که از دوربین مداربسته دریافت می‌کنید باید تا حد ممکن جزئیات مربوط به شما را پوشش دهد. از میان تمامی زوایای دیدی که در بندهای قبلی بررسی شد، زاویه دید wide یا عریض بهترین کادر تصویر را به شما ارائه می‌کند.

میدان دید تا ۱۱۰ درجه که در دسته بندی wide قرار می‌گیرد،‌ جزئیات کمتری نسبت به زاویه دید استاندارد یا تله فوتو نشان می‌دهد. با این حال با دستکاری تنظیمات دوربین مداربسته نظیر وضوح تصویر و یا تجهیزات با کیفیت‌تر می‌توان در نهایت تصویر بهتری داشت.

در اینجا توجه شما را به نکته مهم دیگری جلب می‌کنم. علاوه بر تمامی مواردی که تا اینجا به آن اشاره کردیم، پیدا کردن بهترین ارتفاع نصب دوربین مداربسته نیز به داشتن زاویه دید بهتر کمک می‌کند.

اهمیت ارتفاع نصب دوربین مداربسته

همانطور که در تصویر بالا می‌بینید تغییر ارتفاع نصب دوربین در میدان دیدی که به شما ارائه می‌کند، تفاوت ایجاد می‌کند. در اینجا شما باید تصمیم بگیرید که می‌خواهید پوشش بیشتری از محیط داشته باشید؟ یا شفافیت تصاویر برای شما مهم‌تر است؟ نیاز شما چیست؟ با این توضیح بهترین زاویه دید دوربین مداربسته را در نهایت نیازهای شما تعیین می‌کند.

نکته مهم در مورد زاویه دید دوربین مداربسته

دقت کنید که زاویه دید یا میدان دید یک متغیر مستقل نیست. اندازه لنز، فاصله فیزیکی بین دوربین و سوژه، ارتفاع نصب و محل قرارگیری دوربین و مواردی از این قبیل همگی بر زاویه دید تاثیر مستقیم دارند. اندازه سنسور دوربین، کیفیت تجهیزات و حتی پرسنلی که به مراقبت از دوربین مشغول است نیز همگی تاثیرگذار هستند.

آموزش محاسبه زاویه دید دوربین مداربسته

تا به حال به درک درستی از چیستی زاویه دید در دوربین مداربسته رسیدیم. سوالی که پیش می‌آید نحوه محاسبه زاویه دید دوربین مداربسته است. برای نصب دوربین در بهترین نقطه باید بتوانیم محیطی را که تحت پوشش دوربین قرار می‌گیرد به درستی محاسبه کنیم.

برای این محاسبه نیاز به چند پارامتر مهم داریم:

• اندازه سنسور دوربین مداربسته که آن را با نماد d نشان می‌دهیم.
• اندازه فاصله کانونی لنز که آن را با نماد F نشان می‌دهیم.

باید مقادیر بالا را در فرمول زیر قرار دهیم:

FOV = 2 arctan (d / 2F)

به زبان فارسی، زاویه دید دوربین مداربسته مساوی‌است با ۲ برابر تانژانت معکوس (آرک‌تانژانت) اندازه سنسور تقسیم بر ۲ برابر فاصله کانونی.

بررسی یک مثال

فرض کنید در یک دوربین مشخص اندازه سنسور ۲۴ میلی‌متر و فاصله کانونی آن ۱۶ میلی‌متر است. در این صورت با قرار دادن مقادیر در فرمول بالا:

FOV = 2 arctan ( 24 / 2*16 )

2 arctan ( 24 / 32)

= 2 arctan ( 0.75)

= 2 *36.86 degree

FOV = 73.72 degree

بر اساس محاسبات انجام شده، زاویه دید دوربین ما،‌۷۳.۷۲ درجه است.

البته راه ساده‌تری برای انجام این محاسبات وجود دارد. کافیست به وبسایت‌های محاسبه آنلاین زاویه دید دوربین سر بزنید و با وارد کردن اعداد مورد نظر به پاسخ برسید.

برای مثال وبسایت scantips.com به شما در این زمینه کمک می‌کند. تصویر زیر نمایی از محاسبات بند قبلی توسط ماشین حساب آنلاین این سایت است:

فرمول آنلاین محاسبه زاویه دید دوربین مداربسته

در بررسی زاویه دید ممکن است برای شما سوالاتی پیش‌ آمده باشد. از جمله:

• مفهوم زاویه دید در چشم انسان چه تفاوتی با دوربین مداربسته دارد؟
• آیا زاویه دید و میدان دید مفاهیم یکسانی هستند؟
• عمق میدان چه ارتباطی به زاویه دید یا میدان دید دارد؟

و سوالاتی از این قبیل که در ادامه به تمامی آن‌ها پاسخ می‌دهیم.

تفاوت زاویه دید دوربین مداربسته یا FOV با HFOV – VFOV – DOF – AOV و چشم انسان

مفهوم زاویه دید دوربین مداربسته که آن را با نماد FOV نشان‌ دادیم به طور گسترده با سایر مفاهیم مربوط به این حوزه در ارتباط است. اولین مفهوم بینایی چشم انسان به عنوان یک لنز طبیعی مطرح می‌شود. در ادامه برخی از این مفاهیم را مرور می‌کنیم:

تفاوت چشم انسان و زاویه دید دوربین مداربسته

چشم انسان نقطه شروع برای درک بهتر FOV است. در بینایی انسان، FOV از دو زاویه دید یک چشمی ایجاد شده است. مغز این دو زاویه دید را با هم ترکیب می‌کند و یک زاویه دید دو چشمی را تشکیل می‌دهد. هر چشم انسان دارای یک زاویه دید افقی حدود ۱۳۵ درجه و یک زاویه دید عمودی کمی بیشتر از ۱۸۰ درجه است.

تفاوت HFOV  و VFOV

با توضیحاتی که در بند قبلی در مورد زاویه دید عمودی و افقی چشم انسان داده شد، می‌توانیم بگوییم که در دوربین‌های مداربسته نیز دو نوع زاویه دید داریم.

• زاویه دید افقی یا Horizontal که به اختصار HFOV نام دارد.
• زاویه دید عمودی یا Vertical که به اختصار VFOV نام دارد.

علاوه بر این دو مورد، مفهوم دیگری به نام زاویه دید مورب نیز وجود دارد. به آن Diagonal field of view یا به اختصار DFOV گفته می‌شود.

تصویر زیر هر سه مفهوم را در کنار هم نمایش داده است:

زاویه دید عمودی، زاویه دید افقی و زاویه دید مورب در یک تصویر

تفاوت زاویه دید و عمق میدان در دوربین

زاویه دید دوربین مداربسته یا FOV بیشترین محیطی است که توسط دوربین مداربسته قابل رویت است. حال آیا تمامی سوژه‌هایی که در این محیط جایی می‌گیرند وضوح قابل قبولی دارند؟ پاسخ منفی است.

در اینجا مفهوم جدیدی به نام عمق میدان به میدان می‌اید. عمق میدان یا depth of Field را با نماد DoF نشان می‌دهند. DOF به حداکثر محدوده‌ای گفته می‌شود که جسم در فوکوس قابل قبولی است.

تصویری از عمق میدان در دوربین مداربسته

به زبان ساده‌تر به فاصله بین نزدیک‌ترین و دورترین جسمی که در یک تصویر قرار دارند عمق میدان گفته می‌شود. نکته این است که این تصویر وضوح قابل قبولی نیز داشته باشد. برای محاسبه عمق میدان نیز فرمول و پارامترهایی وجود دارد که در این نوشته به آن نمی‌پردازیم.

تفاوت میدان دید و زاویه دید یا angle of view

تصویر شماتیک زاویه دید دوربین مداربسته

در این مقاله از مفاهیم «میدان دید» و «زاویه دید» به عنوان مفاهیمی مشابه استفاده کردیم. حال این که با وجود شباهت‌های زیاد میدان دید و زاویه دید دو مفهوم متفاوت هستند. آن چه در این مقاله سعی در توضیح آن داشتیم در واقع میدان دید یا FOV بود. زاویه دید را با نماد AOV نشان می‌دهیم که مختصر شده‌ی عبارت Angle of View است. حال بهتر درک می‌کنیم که در بندهای قبلی منظور از زاویه دید عمودی، افقی و مورب چه بود.

اگر یک خط فرضی از لنز به دو انتهای محیطی که دیده می‌شود وصل کنیم،‌ یک زاویه تشکیل می‌شود. به آن angle of view گفته می‌شود.

با این همه اگر هنوز تفاوت زاویه دید و میدان دید را درک نکردید بهتر است نگاهی به تصویر زیر بیاندازید:

تصویری برای درک بهتر تفاوت زاویه دید و میدان دید

همان طور که می‌بینید میدان دید به محیطی که توسط لنز دیده می‌شود اشاره دارد. حال آن که زاویه دید تنها به زاویه تشکیل شده در این بین اشاره دارد. به همین دلیل است که مفهوم عمق میدان یا DOF که در بندهای قبلی به آن اشاره کردیم، در کنار میدان دید معنا پیدا می‌کند. در هر صورت اگر این مفاهیم را به جای هم به کار ببریم، چندان اشتباه نکرده‌ایم. اما شما به عنوان خواننده این نوشته، بهتر است تفاوت‌ها را نیز در نظر داشته باشید.

سخن پایانی

در این نوشته تا جای ممکن تمامی مفاهیم مربوط به میدان دید یا زاویه دید را پوشش دادیم. سعی ما بر این بود تا چراغی را در ذهن شما روشن کنیم تا با تحقیق بیشتر به مفاهیم بیشتری دست پیدا کنید. با این حال ممکن است هنوز سوالاتی داشته باشید. در بخش نظرات می‌توانیم هم چنان در ارتباط باشیم. به علاوه اگر موضوعی در خصوص دوربین‌های مداربسته وجود دارد که دوست دارید در مجله دوربین هایک ویژن به آن بپردازیم، حتما در بخش نظرات به آن اشاره کنید.