Dfovとhfovおよびvfovの意味に関する理解：ディープガイド

組み込みビジョンシステムの設計において、カメラが焦点を当てる必要がある世界をどのように明確に見ることができるかという疑問に、おそらく皆直面したことがあるでしょう。これに対応するためには、まず光学パラメータである視野（FOV）を理解する必要があります。このパラメータは、カメラの視野を定義します。

カメラモジュール分野で豊富な経験を持つコンサルタントとして、本記事ではdFOV、hFOV、vFOVという3つのコアFOVについて説明し、カメラモジュールを選定する際に役立つ実践的情報を提供します。

視野（FOV）とは何か？

簡単に言うと、視野（FOV）とは、カメラが特定の時点で捉えることができるシーンの範囲を指します。これは通常度数で測定され、人間の目と同様に、デバイスが見る範囲を決定します。

このパラメータは独立したものではなく、カメラのレンズ焦点距離やセンサーサイズ、および被写体の作業距離と密接に関係しています。マシンビジョンの世界では、適切な画角（FOV）を選ぶことは、システムに最適な「目」を装備することに似ています。画角が狭すぎると重要な情報を見逃す可能性があり、一方で画角が広すぎると必要な画像解像度が低下し、レンズ歪みが増加するという問題が発生します。これらはエンジニアにとってよくある課題です。

したがって、FOVの意味を理解することは、あらゆるカメラ設計における第一歩です。

hFOV、VFOV、DFOVとは？　画角の主な3種類

現実のプロジェクトでは、単に一般的な画角（FOV）について話すのではなく、それを3つの具体的な次元に分けて考えます。この3つの指標が、カメラの完全な画角を構成しています。

水平画角（HFOV）

HFOV、または水平画角（HFOV）とは、カメラが左右方向に捉えることのできるシーンの範囲を指します。これはカメラが横方向にどのくらい広く「見える」かを決定します。自動運転、スマート監視、ロボットビジョンなどの多くの用途において、広いHFOVは死角を効果的に縮小させ、移動する車両や歩行者をシステムが捉えられるようにするために必要不可欠であり、システム設計の基本要素です。

垂直画角（VFOV）

VFOV、または垂直画角（VFOV）とは、カメラが垂直方向に捉えることのできる角度の範囲を定義します。これはカメラがどれほど高い位置または低い位置まで「見える」かを決定します。ドローンによる空撮、アセンブリラインでのバーコードスキャン、顔認証などの用途において、適切なVFOVを選ぶことで、対象物がフレーム内で端部によって切り取られることなく完全に収まるようにします。

対角画角（DFOV）

DFOVは、対角視野とも呼ばれ、カメラの最大対角視野を指します。これはHFOVとVFOVの両方の特性を組み合わせており、全体的な視野の能力を把握するための参考になります。多くの製品の仕様書では、視野の直感的かつ包括的な概観を提供するために、DFOVが最初に記載されることがよくあります。ただし、特定の機能を設計する際には、依然としてHFOVとVFOVというより実用的な指標に戻る必要があります。

HFOVとVFOVの違いと関係

エンジニアは、HFOVとVFOVのどちらか一方という質問に直面したとき、しばしば混乱することがあります。これらは独立して存在するものではなく、画像センサーのアスペクト比とレンズの焦点距離という根本的な要因によって決定されます。例えば、主流の16:9センサーでは、常に水平方向の視野が垂直方向の視野よりも広くなるため、両者には固定された三角幾何学的関係が存在します。

これはHFOVまたはVFOVを個別に選択できないことを意味します。これらは相互に関係しており、互いに制約を受けます。実際の設計では、この内在的な関係がエンジニアにとって難しいバランス調整となることが多いです。

HFov VFOV 計算機：正確に計算する方法は？

HFOVとVFOVを正確に計算することは、 カメラモジュール 選定において不可欠なステップです。HFOVおよびVFOV計算機などの多くの便利なツールが存在しますが、専門のエンジニアにとって基本的な原理を理解することが重要です。

これらの値を求めるには、基本的な三角関数を使用できます。レンズの焦点距離（f）とセンサーサイズ（d）がわかれば、対応する画角を計算することが可能です。

たとえば、水平画角の計算式は次のとおりです。

HFOV = 2 × arctan（センサ幅 ／ （2 × 焦点距離））

同様に、VFOVは類似の方法を使用して計算できます。これらの数式を理解し、適用することで、より正確な設計が可能となり、開発の後段で視野角の不一致に気づいてしまうという手間を避けることができます。

適切な画角（FOV）を選定することの重要性

適切な画角（FOV）を選定することは、成功裡に完了した組込みビジョンプロジェクトにおける主要な販売ポイントの一つです。しかし、誤った画角（FOV）を選定すると、予期せぬ重大な問題が生じる可能性があります。

例えば、ロボットのナビゲーションにおいては、広いDFOVによりロボットが周囲を迅速に把握できます。しかし、HFOVが狭すぎる場合、横方向の障害物を見逃してしまい、衝突事故につながる可能性があります。

別の例として、車両内モニタリングにおいては、単に広角のレンズだけでは不十分です。屋根やダッシュボードだけではなく、すべての乗客を完全にカバーするための正確なVFOVが必要です。

要件と仕様の不一致が原因で問題が発生する場合があります。遠くの小さな物体を認識する必要があるアプリケーションにおいて、広いDFOVを持つレンズを選択した場合、画素密度が低すぎて効果的な認識ができず、最終的にプロジェクトに失敗をもたらす可能性があります。

まとめ：DFOV、HFOV、VFOVに関する包括的な検討

マシンビジョンの世界では、唯一の「最適」な視野角（FOV）というものはありません。すべてのプロジェクトにはそれぞれ固有の要件があります。HFOV、VFOV、DFOVは、カメラの「知覚境界」を定義する三次元座標のようにそれぞれ不可欠です。

それらの関係を理解し、HFOVおよびVFOV計算ツールなどを用いた正確な計算を行い、実際の適用シナリオのニーズに基づいて適切な判断を行うことは、すべてのエンジニアに求められる重要なスキルです。このようにすることで、カメラモジュールが単に見えるだけでなく、正確かつ明確に「見る」ことを実現し、真にシステムを強化することができます。

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