Verstehen Sie die Bedeutung von DFOV, HFOV und VFOV: Ein Leitfaden

Bei der Konzeption von Embedded-Vision-Systemen haben wir uns alle bereits mit der Frage beschäftigt: Wie kann eine Kamera klar die Welt erfassen, auf die sie sich konzentrieren muss? Um dies zu erreichen, müssen wir zunächst einen optischen Parameter verstehen – das Sichtfeld (FOV). Dieser Parameter definiert das Sichtfeld der Kamera.

Als Berater mit umfassender Erfahrung im Bereich Kameramodule erkläre ich in diesem Artikel die drei zentralen Sichtfelder – dFOV, hFOV und vFOV – und gebe praktische Informationen weiter, die Ihnen bei der Wahl eines Kameramoduls helfen sollen.

Was bedeutet Sichtfeld (FOV)?

Einfach ausgedrückt bezeichnet das Sichtfeld (FOV) den Bereich einer Szene, den eine Kamera zu einem bestimmten Zeitpunkt erfassen kann. Es wird in Grad gemessen, ähnlich wie beim menschlichen Auge, und bestimmt den Bereich, den Ihr Gerät sehen kann.

Dieser Parameter ist nicht unabhängig; er hängt eng mit der Brennweite des Kamerobjektivs, der Sensorgröße und der Arbeitsentfernung zum fotografierten Objekt zusammen. In der Welt der industriellen Bildverarbeitung ist die Wahl des richtigen Sichtfeldes (FOV) vergleichbar damit, das System mit den richtigen „Augen“ auszustatten: Ein zu enges Sichtfeld kann wichtige Informationen verfehlen, während ein zu weites Sichtfeld die notwendige Bildauflösung beeinträchtigen und die Objektivverzerrung erhöhen kann – beides häufige Herausforderungen für Ingenieure.

Daher ist das Verständnis der Bedeutung von FOV der erste Schritt bei jedem Kameradesign.

was sind HFOV, VFOV und DFOV? Die drei wichtigsten Sichtfelder

In realen Projekten sprechen wir nicht nur von einem allgemeinen FOV, sondern unterteilen dieses stattdessen in drei spezifische Dimensionen. Diese drei Kennzahlen stellen gemeinsam das vollständige Sichtfeld einer Kamera dar.

Horizontales Sichtfeld (HFOV)

HFOV (Horizontal Field of View) ist der Bereich der Szene, den eine Kamera in horizontaler (links-rechts) Richtung erfassen kann. Er bestimmt, wie breit die Kamera seitlich "sehen" kann. In vielen Anwendungen wie autonomes Fahren, intelligente Überwachung und Robotikvision reduziert ein großes HFOV effektiv blinde Flecken und stellt sicher, dass das System bewegte Fahrzeuge oder Fußgänger erfassen kann. Es ist eine grundlegende Größe beim Systemdesign.

Vertikales Sichtfeld (VFOV)

VFOV (Vertical Field of View) definiert den Winkelbereich der Kameraabdeckung in vertikaler Richtung. Er bestimmt, wie hoch oder tief die Kamera "sehen" kann. Für Aufgaben wie Drohnenluftaufnahmen, Barcode-Scanning auf einer Produktionslinie oder Gesichtserkennung stellt ein geeignetes VFOV sicher, dass das Zielsobjekt vollständig im Bildrahmen erscheint und nicht von den Bildrändern abgeschnitten wird.

Diagonales Sichtfeld (DFOV)

DFOV, auch bekannt als diagonales Sichtfeld, bezieht sich auf das maximale diagonale Sichtfeld einer Kamera. Es kombiniert die Eigenschaften von HFOV und VFOV und bietet einen Bezug für die Gesamtleistung des Sichtfelds. In vielen Produktdatenblättern wird DFOV oft zuerst aufgeführt, da es eine intuitive und umfassende Übersicht des Sichtfelds bietet. Bei der Entwicklung spezifischer Funktionen ist es jedoch immer noch wichtig, zu den praktischeren Metriken HFOV und VFOV zurückzukehren.

Unterschied und Zusammenhang zwischen HFOV und VFOV

Ingenieure stehen häufig vor der Frage, ob HFOV oder VFOV relevant ist, und fühlen sich dabei unsicher. Sie existieren nicht unabhängig voneinander, sondern werden stattdessen durch einen grundlegenden Faktor bestimmt: das Seitenverhältnis des Bildsensors und die Brennweite des Objektivs. Ein gängiger 16:9-Sensor hat beispielsweise immer ein breiteres horizontales Sichtfeld als sein vertikales Sichtfeld, wobei zwischen beiden eine feste dreieckige geometrische Beziehung besteht.

Das bedeutet, dass Sie nicht einfach HFOV oder VFOV unabhängig voneinander wählen können; sie sind miteinander verbunden und wechselseitig begrenzt. In praktischen Designs stellt diese inhärente Verbindung oft eine schmerzhafte Abwägung für Ingenieure dar.

HFov-VFOV-Rechner: Wie berechnet man diese genau?

Die genaue Berechnung von HFOV und VFOV ist ein entscheidender Schritt in der kameramodul auswahl. Obwohl viele praktische Tools zur Verfügung stehen, wie z. B. HFOV- und VFOV-Rechner, ist das Verständnis der zugrunde liegenden Prinzipien für professionelle Ingenieure von entscheidender Bedeutung.

Wir können grundlegende Trigonometrie anwenden, um diese Werte abzuleiten. Wenn Sie die Brennweite des Linsenobjektivs (f) und die Sensorgröße (d) kennen, können Sie den entsprechenden Sichtwinkel berechnen.

Beispielsweise lautet die Formel zur Berechnung des horizontalen Sichtwinkels:

HFOV = 2 × arctan(SensorBreite / (2 × Brennweite)).

Ebenso kann das VFOV nach einer ähnlichen Methode berechnet werden. Das Verständnis und die Anwendung dieser Formeln helfen Ihnen dabei, genauere Designs zu erstellen und vermeiden die Probleme, die entstehen können, wenn Gesichtsfeld-Abweichungen erst spät in der Entwicklungsphase entdeckt werden.

Die Bedeutung der richtigen Wahl des Sichtfelds

Die richtige Wahl des Sichtfelds (FOV) ist ein entscheidender Verkaufsaspekt für ein erfolgreiches Embedded-Vision-Projekt. Ein falsch gewähltes Sichtfeld kann jedoch zu unerwarteten und erheblichen Problemen führen.

In der Robotik ermöglicht beispielsweise ein breites DFOV dem Roboter, seine Umgebung schnell wahrzunehmen. Ist das HFOV jedoch zu eng, könnte er Hindernisse an den Seiten übersehen und dadurch eine Kollision verursachen.

Ein weiteres Beispiel ist das Monitoring innerhalb von Fahrzeugen. Hier benötigen Sie mehr als nur ein Weitwinkelobjektiv. Sie benötigen ein präzises VFOV, um eine vollständige Abdeckung aller Passagiere sicherzustellen, und nicht nur die Decke oder das Armaturenbrett erfassen zu können.

Probleme entstehen häufig durch eine Diskrepanz zwischen Anforderungen und Spezifikationen. Wenn Ihre Anwendung die Erkennung kleiner Objekte aus großer Entfernung erfordert, Sie jedoch ein Objektiv mit großem diagonalem Sichtfeld (DFOV) wählen, könnte die Pixeldichte zu gering sein, um eine effektive Erkennung zu ermöglichen, was letztendlich zum Scheitern des Projekts führt.

Zusammenfassung: Umfassende Überlegungen zu DFOV, HFOV und VFOV

In der Welt der industriellen Bildverarbeitung gibt es kein einziges „optimale“ Sichtfeld. Jedes Projekt hat seine eigenen, einzigartigen Anforderungen. HFOV, VFOV und DFOV verhalten sich wie dreidimensionale Koordinaten, die die „Wahrnehmungsgrenzen“ einer Kamera definieren – jeweils von wesentlicher Bedeutung.

Das Verständnis ihres Zusammenhangs, präzise Berechnungen mithilfe von Werkzeugen wie einem HFOV- und VFOV-Rechner sowie fundierte Entscheidungen basierend auf den Anforderungen des konkreten Anwendungsfalls sind entscheidende Fähigkeiten für jeden Ingenieur. Nur so können Sie sicherstellen, dass Ihr Kameramodul nicht nur gut sieht, sondern auch präzise und klar erkennt und Ihr System damit tatsächlich unterstützt.

Muchvision hilft Ihnen bei der FOV-Lösung

Brauchen Sie Expertenberatung bei der Auswahl des richtigen Sichtfelds (FOV)? Kontaktieren Sie unser Expertenteam noch heute, um Ihnen bei der Auswahl des richtigen Kameramoduls für Ihre spezifische Anwendung zu helfen. Gemeinsam können wir eine erstklassige Embedded-Vision-Lösung schaffen.