Comprendre le dfov, l'hfov et le vfov : Un guide détaillé

Lors de la conception de systèmes de vision embarqués, nous avons probablement tous été confrontés à la question suivante : comment une caméra peut-elle voir clairement le monde sur lequel elle doit se concentrer ? Pour y répondre, nous devons d'abord comprendre un paramètre optique : le champ de vision (CHV). Ce paramètre définit le champ de vision de la caméra.

En tant que consultant expérimenté dans le domaine des modules de caméra, j'expliquerai dans cet article les trois types principaux de champs de vision (CDV, CHV et CVV), en fournissant des informations pratiques pour vous aider à prendre des décisions éclairées lors du choix d'un module de caméra.

Que signifie le terme « champ de vision » (CHV) ?

En termes simples, le champ de vision (CHV) fait référence à la portion de la scène qu'une caméra peut capturer à un moment donné. Il est généralement mesuré en degrés, de manière similaire à l'œil humain, et détermine la zone visible par votre appareil.

Ce paramètre n'est pas indépendant ; il est étroitement lié à la longueur focale de l'objectif de la caméra, à la taille du capteur ainsi qu'à la distance de travail de l'objet photographié. Dans le domaine de la vision industrielle, choisir le bon champ de vision (FOV) revient à équiper le système des « yeux » appropriés : un champ de vision trop étroit peut manquer des informations essentielles, tandis qu'un champ de vision trop large peut compromettre la résolution d'image nécessaire et augmenter la distorsion de l'objectif — deux défis courants pour les ingénieurs.

Ainsi, comprendre la signification du FOV est la première étape dans la conception de toute caméra.

qu'est-ce que HFOV, VFOV et DFOV ? Les trois principaux champs de vision

Dans les projets réels, on ne parle pas seulement d'un FOV général, mais on le décompose en trois dimensions spécifiques. Ces trois mesures constituent ensemble le champ de vision complet d'une caméra.

Champ de vision horizontal (HFOV)

Le HFOV (horizontal field of view) ou champ de vision horizontal est la zone de la scène qu'une caméra peut couvrir dans la direction gauche-droite. Il détermine à quel point la caméra peut « voir » latéralement. Dans de nombreuses applications telles que la conduite autonome, la surveillance intelligente et la vision robotique, un HFOV large réduit efficacement les angles morts, permettant au système de capturer des véhicules ou des piétons en mouvement, ce qui en fait un élément fondamental de la conception du système.

Champ de vision vertical (VFOV)

Le VFOV (vertical field of view), ou champ de vision vertical, définit la plage angulaire de couverture de la caméra dans la direction verticale. Il détermine à quel point la caméra peut « voir » vers le haut ou vers le bas. Pour des tâches telles que la photographie aérienne avec un drone, la lecture de codes-barres sur une chaîne de montage ou la reconnaissance faciale, un VFOV approprié garantit que l'objet cible est entièrement inclus dans le cadre, sans être coupé par les bords.

Champ de vision diagonal (DFOV)

DFOV, également connu sous le nom de champ de vision diagonal, fait référence au champ de vision maximal en diagonale de la caméra. Il combine les caractéristiques du HFOV et du VFOV, servant ainsi de référence pour l'ensemble des capacités de champ de vision. Sur de nombreuses fiches techniques de produits, le DFOV est souvent mentionné en premier lieu, car il offre une vue d'ensemble intuitive et complète du champ de vision. Toutefois, lors de la conception de fonctionnalités spécifiques, il demeure important de se référer aux mesures plus pratiques que sont le HFOV et le VFOV.

Différences et relations entre HFOV et VFOV

Les ingénieurs se sentent souvent perplexes lorsqu'ils doivent choisir entre HFOV et VFOV. Ces deux paramètres n'existent pas indépendamment l'un de l'autre, mais sont déterminés par un facteur fondamental : le ratio d'aspect du capteur d'image et la distance focale de l'objectif. Par exemple, un capteur standard 16:9 présentera toujours un champ de vision horizontal plus large que son champ de vision vertical, formant ainsi une relation géométrique triangulaire fixe entre les deux.

Cela signifie que vous ne pouvez pas simplement choisir indépendamment l'HFOV ou le VFOV ; ils sont interconnectés et mutuellement contraints. Dans les conceptions pratiques, cette connexion inhérente représente souvent un équilibre douloureux à trouver pour les ingénieurs.

Calculateur HFOV VFOV : comment calculer précisément ?

Le calcul précis de l'HFOV et du VFOV constitue une étape essentielle dans la module de caméra sélection. Bien qu'il existe de nombreux outils pratiques, tels que des calculateurs d'HFOV et de VFOV, la compréhension des principes sous-jacents est cruciale pour les ingénieurs professionnels.

Nous pouvons utiliser la trigonométrie de base pour déterminer ces valeurs. Si vous connaissez la longueur focale de l'objectif (f) et la taille du capteur (d), vous pouvez calculer l'angle de champ correspondant.

Par exemple, la formule pour calculer l'angle de champ horizontal est :

HFOV = 2 × arctan(SensorWidth / (2 × FocalLength)).

De même, le VFOV peut être calculé en utilisant une méthode similaire. Comprendre et appliquer ces formules vous aidera à obtenir des conceptions plus précises, évitant ainsi les désagréments liés à la découverte tardive d'incompatibilités du champ de vision lors du développement.

L'importance de choisir le bon champ de vision (FOV)

Le choix du bon champ de vision est un argument clé de vente pour un projet de vision embarquée réussi. Cependant, un mauvais choix de champ de vision peut entraîner des problèmes imprévus et importants.

Par exemple, dans la navigation robotique, un DFOV large permet au robot de détecter rapidement son environnement. Cependant, si son HFOV est trop étroit, il pourrait ne pas détecter des obstacles sur les côtés, ce qui pourrait provoquer une collision.

Un autre exemple concerne la surveillance à l'intérieur d'un véhicule : vous avez besoin de plus qu'un simple objectif grand-angle. Vous devez un VFOV précis pour garantir une couverture complète de tous les passagers, et pas seulement du plafond ou du tableau de bord.

Les problèmes proviennent souvent d'un écart entre les exigences et les spécifications. Si votre application nécessite de reconnaître des petits objets à distance, mais que vous choisissez un objectif avec un DFOV large, la densité de pixels peut être trop faible pour une reconnaissance efficace, ce qui pourrait entraîner l'échec du projet.

Résumé : Prise en compte globale du DFOV, HFOV et VFOV

Dans le domaine de la vision industrielle, il n'existe pas de champ de vision « optimal » unique. Chaque projet possède ses propres exigences spécifiques. Le HFOV, le VFOV et le DFOV sont comparables aux coordonnées tridimensionnelles qui définissent les « limites de perception » d'une caméra, chacune étant essentielle.

Comprendre leurs relations respectives, effectuer des calculs précis à l'aide d'outils tels qu'un calculateur HFOV et VFOV, et prendre des décisions éclairées en fonction des besoins réels du scénario d'application constituent des compétences essentielles pour tout ingénieur. Ainsi seulement, vous pourrez vous assurer que votre module caméra ne voit pas seulement bien, mais qu'il perçoit également avec précision et clarté, apportant véritablement une valeur ajoutée à votre système.

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