El ángulo de visión es la variable decisiva para la percepción visual del tamaño o proyección del tamaño de un objeto.
El tamaño percibido de un objeto depende del tamaño de la imagen proyectada en la retina. El tamaño de la imagen depende del ángulo de visión. Un objeto cercano y otro lejano pueden parecer del mismo tamaño si sus bordes producen el mismo ángulo de visión. Con un dispositivo óptico como gafas o binoculares, microscopio y telescopio se puede ampliar el ángulo de visión para que el objeto parezca más grande, lo que favorece el poder de resolución del ojo (ver ángulo visual ).
En fotografía, el ángulo de visión ( AOV ) describe la extensión angular de una escena determinada que es fotografiada por una cámara. Se usa indistintamente con el término campo de visión más general.
Es importante distinguir el ángulo de visión del ángulo de cobertura, que describe el rango de ángulos que una lente puede captar. Normalmente, el círculo de imagen producido por una lente es lo suficientemente grande como para cubrir la película o el sensor por completo, posiblemente incluyendo algunas viñetas hacia el borde. Si el ángulo de cobertura de la lente no llena el sensor, el círculo de la imagen será visible, normalmente con un fuerte viñeteado hacia el borde, y el ángulo de visión efectivo se limitará al ángulo de cobertura.
El ángulo de visión de una cámara depende no solo del objetivo, sino también del sensor. Los sensores digitales suelen ser más pequeños que la película de 35 mm, y esto hace que la lente tenga un ángulo de visión más estrecho que con la película de 35 mm, por un factor constante para cada sensor (llamado factor de recorte ). En las cámaras digitales cotidianas, el factor de recorte puede oscilar entre 1 ( SLR digitales profesionales), 1,6 (SLR de consumo), 2 ( Micro Four Thirds ILC) y 6 (la mayoría de las cámaras compactas ). Por lo tanto, una lente estándar de 50 mm para fotografía de 35 mm actúa como una lente de "película" estándar de 50 mm en una SLR digital profesional, pero actuaría más cerca de una lente de 80 mm (1,6 x 50 mm) en muchas DSLR del mercado medio, y la de 40 El ángulo de visión de grados de una lente estándar de 50 mm en una cámara de película es equivalente a una lente de 80 mm en muchas SLR digitales.
Para lentes que proyectan imágenes rectilíneas (no distorsionadas espacialmente) de objetos distantes, la distancia focal efectiva y las dimensiones del formato de imagen definen completamente el ángulo de visión. Los cálculos para lentes que producen imágenes no rectilíneas son mucho más complejos y, al final, no son muy útiles en la mayoría de las aplicaciones prácticas. (En el caso de una lente con distorsión, por ejemplo, una lente de ojo de pez, una lente más larga con distorsión puede tener un ángulo de visión más amplio que una lente más corta con baja distorsión) El ángulo de visión se puede medir horizontalmente (desde el borde izquierdo al derecho del marco), verticalmente (de arriba a abajo del marco) o diagonalmente (de una esquina del marco a su esquina opuesta).
Para una lente que proyecta una imagen rectilínea (enfocada al infinito, ver derivación ), el ángulo de visión ( α ) se puede calcular a partir de la dimensión elegida ( d ) y la distancia focal efectiva ( f ) de la siguiente manera:
representa el tamaño de la película (o sensor) en la dirección medida (ver más abajo: efectos del sensor ). Por ejemplo, para una película de 35 mm que tiene 36 mm de ancho y 24 mm de alto, se utilizarían mm para obtener el ángulo de visión horizontal y mm para el ángulo vertical.
Debido a que esta es una función trigonométrica, el ángulo de visión no varía de manera bastante lineal con el recíproco de la distancia focal. Sin embargo, a excepción de las lentes de gran angular, es razonable aproximar radianes o grados.
La distancia focal efectiva es casi igual a la distancia focal establecida de la lente ( F ), excepto en la fotografía macro donde la distancia de la lente al objeto es comparable a la distancia focal. En este caso, se debe tener en cuenta el factor de aumento ( m ):
(En fotografía se suele definir como positivo, a pesar de la imagen invertida). Por ejemplo, con una relación de aumento de 1: 2, encontramos y así el ángulo de visión se reduce en un 33% en comparación con enfocar un objeto distante con el misma lente.
El ángulo de visión también se puede determinar utilizando tablas de campo de visión o calculadoras de lentes de papel o software.
Considere una cámara de 50 mm con una lente que tiene una distancia focal de F = 50 mm. Las dimensiones del formato de imagen de 35 mm son 24 mm (verticalmente) × 36 mm (horizontal), lo que da una diagonal de aproximadamente 43,3 mm.
En el enfoque infinito, f = F, los ángulos de visión son:
Considere una lente rectilínea en una cámara que se usa para fotografiar un objeto a distancia, y forma una imagen que apenas se ajusta a la dimensión,, del marco (la película o el sensor de imagen ). Trate la lente como si fuera un agujero de alfiler a distancia del plano de la imagen (técnicamente, el centro de perspectiva de una lente rectilínea está en el centro de su pupila de entrada ):
Ahora es el ángulo entre el eje óptico de la lente y el rayo que une su centro óptico al borde de la película. Aquí se define como el ángulo de visión, ya que es el ángulo que encierra el objeto más grande cuya imagen puede caber en la película. Queremos encontrar la relación entre:
Usando trigonometría básica, encontramos:
que podemos resolver para α, dando:
Para proyectar una imagen nítida de objetos distantes, necesita ser igual a la distancia focal, que se logra mediante el establecimiento de la lente de enfoque infinito. Entonces el ángulo de visión viene dado por:
Tenga en cuenta que el ángulo de visión varía ligeramente cuando el enfoque no está en el infinito (Ver respiración (lente) ), dado reordenando la ecuación de la lente.
Para la fotografía macro, no podemos descuidar la diferencia entre y. De la fórmula de la lente delgada,
A partir de la definición de aumento, podemos sustituir y con algo de álgebra encontrar:
Definiendo como la "distancia focal efectiva", obtenemos la fórmula presentada anteriormente:
Un segundo efecto que entra en juego en la fotografía macro es la asimetría de la lente (una lente asimétrica es una lente en la que la apertura parece tener diferentes dimensiones cuando se ve desde el frente y desde atrás). La asimetría del cristalino provoca un desplazamiento entre el plano nodal y las posiciones de la pupila. El efecto se puede cuantificar utilizando la relación ( P ) entre el diámetro aparente de la pupila de salida y el diámetro de la pupila de entrada. La fórmula completa para el ángulo de visión ahora se convierte en:
En la industria de la instrumentación óptica, el término campo de visión (FOV) se utiliza con mayor frecuencia, aunque las medidas todavía se expresan como ángulos. Las pruebas ópticas se utilizan comúnmente para medir el campo de visión de los sensores y cámaras UV, visible e infrarrojo (longitudes de onda de aproximadamente 0,1 a 20 μm en el espectro electromagnético ).
El propósito de esta prueba es medir el campo de visión horizontal y vertical de una lente y un sensor utilizados en un sistema de imágenes, cuando se desconoce la longitud focal de la lente o el tamaño del sensor (es decir, cuando el cálculo anterior no es aplicable de inmediato). Aunque este es un método típico que utiliza la industria de la óptica para medir el campo de visión, existen muchos otros métodos posibles.
La luz UV / visible de una esfera integradora (y / u otra fuente como un cuerpo negro ) se enfoca en un objetivo de prueba cuadrado en el plano focal de un colimador (los espejos en el diagrama), de modo que una imagen virtual de la prueba El objetivo será visto infinitamente lejos por la cámara bajo prueba. La cámara bajo prueba detecta una imagen real de la imagen virtual del objetivo y la imagen detectada se muestra en un monitor.
La imagen detectada, que incluye el objetivo, se muestra en un monitor, donde se puede medir. Las dimensiones de la visualización de la imagen completa y de la parte de la imagen que es el objetivo se determinan mediante inspección (las medidas suelen ser en píxeles, pero también pueden ser pulgadas o cm).
La imagen virtual distante del colimador del objetivo subtiende un cierto ángulo, denominado extensión angular del objetivo, que depende de la distancia focal del colimador y del tamaño del objetivo. Suponiendo que la imagen detectada incluye el objetivo completo, el ángulo visto por la cámara, su campo de visión, es esta extensión angular del objetivo multiplicado por la relación entre el tamaño de la imagen completa y el tamaño de la imagen del objetivo.
La extensión angular del objetivo es:
El campo de visión total es entonces aproximadamente:
o más precisamente, si el sistema de imágenes es rectilíneo :
Este cálculo podría ser un campo de visión horizontal o vertical, dependiendo de cómo se midan el objetivo y la imagen.
A menudo se hace referencia a las lentes con términos que expresan su ángulo de visión:
Las lentes con zoom son un caso especial en el que la distancia focal y, por lo tanto, el ángulo de visión de la lente se pueden alterar mecánicamente sin quitar la lente de la cámara.
Para una distancia determinada entre la cámara y el sujeto, los lentes más largos amplían más el sujeto. Para un aumento determinado del sujeto (y por lo tanto, diferentes distancias entre la cámara y el sujeto), las lentes más largas parecen comprimir la distancia; las lentes más anchas parecen ampliar la distancia entre los objetos.
Otro resultado del uso de una lente gran angular es una mayor distorsión aparente de la perspectiva cuando la cámara no está alineada perpendicularmente al sujeto: las líneas paralelas convergen al mismo ritmo que con una lente normal, pero convergen más debido al campo total más amplio. Por ejemplo, los edificios parecen estar cayendo hacia atrás mucho más severamente cuando la cámara apunta hacia arriba desde el nivel del suelo que si se fotografiaran con una lente normal a la misma distancia del sujeto, porque una mayor parte del edificio del sujeto es visible en el gran angular. tiro de ángulo.
Debido a que diferentes lentes generalmente requieren una distancia diferente entre la cámara y el sujeto para preservar el tamaño de un sujeto, cambiar el ángulo de visión puede distorsionar indirectamente la perspectiva, cambiando el tamaño relativo aparente del sujeto y el primer plano.
Si el tamaño de la imagen del sujeto sigue siendo el mismo, a cualquier apertura dada, todas las lentes, gran angular y lentes largas, darán la misma profundidad de campo.
Un ejemplo de cómo la elección de la lente afecta el ángulo de visión.
![]() | ![]() |
![]() | ![]() |
Esta tabla muestra los ángulos de visión diagonal, horizontal y vertical, en grados, para lentes que producen imágenes rectilíneas, cuando se utilizan con formato de 36 mm × 24 mm (es decir, película de 135 o digital de fotograma completo de 35 mm con ancho de 36 mm, altura 24 mm y diagonal 43,3 mm para d en la fórmula anterior). Las cámaras compactas digitales a veces establecen las distancias focales de sus lentes en equivalentes de 35 mm, que se pueden utilizar en esta tabla.
A modo de comparación, el sistema visual humano percibe un ángulo de visión de aproximadamente 140 ° por 80 °.
Distancia focal (mm) | Diagonal (°) | Vertical (°) | Horizontal (°) |
---|---|---|---|
0 | 180,0 | 180,0 | 180,0 |
2 | 169,4 | 161,1 | 166,9 |
12 | 122,0 | 90,0 | 111,1 |
14 | 114,2 | 81,2 | 102,7 |
dieciséis | 107,1 | 73,9 | 95,1 |
20 | 94,5 | 61,9 | 82,4 |
24 | 84,1 | 53,1 | 73,7 |
35 | 63,4 | 37,8 | 54,4 |
50 | 46,8 | 27,0 | 39,6 |
70 | 34,4 | 19,5 | 28,8 |
85 | 28,6 | 16,1 | 23,9 |
105 | 23,3 | 13,0 | 19,5 |
200 | 12,3 | 6,87 | 10,3 |
300 | 8.25 | 4.58 | 6,87 |
400 | 6.19 | 3,44 | 5.15 |
500 | 4,96 | 2,75 | 4.12 |
600 | 4.13 | 2,29 | 3,44 |
700 | 3,54 | 1,96 | 2,95 |
800 | 3.10 | 1,72 | 2,58 |
1200 | 2,07 | 1,15 | 1,72 |
Como se señaló anteriormente, el ángulo de visión de una cámara depende no solo del objetivo, sino también del sensor utilizado. Los sensores digitales suelen ser más pequeños que una película de 35 mm, lo que hace que la lente se comporte normalmente como se comportaría una lente de distancia focal más larga, y tiene un ángulo de visión más estrecho que con una película de 35 mm, por un factor constante para cada sensor (llamado factor de recorte ). En las cámaras digitales cotidianas, el factor de recorte puede oscilar entre 1 ( SLR digitales profesionales), 1,6 (SLR de mercado medio) y entre 3 y 6 para las cámaras compactas. Por lo tanto, un objetivo estándar de 50 mm para fotografías de 35 mm actúa como un objetivo de "película" estándar de 50 mm incluso en una SLR digital profesional, pero actuaría más cerca de un objetivo de 75 mm (Nikon de 1,5 × 50 mm) o de 80 mm (Canon de 1,6 × 50 mm).) en muchas réflex digitales del mercado medio, y el ángulo de visión de 40 grados de una lente estándar de 50 mm en una cámara de película es equivalente a una lente de 28 a 35 mm en muchas réflex digitales.
La siguiente tabla muestra los ángulos de visión horizontal, vertical y diagonal, en grados, cuando se utiliza con un formato de 22,2 mm × 14,8 mm (es decir, el tamaño de fotograma DSLR APS-C de Canon) y una diagonal de 26,7 mm.
Distancia focal (mm) | Diagonal (°) | Vertical (°) | Horizontal (°) |
---|---|---|---|
2 | 162,9 | 149,8 | 159,6 |
4 | 146,6 | 123,2 | 140,4 |
7 | 124,6 | 93,2 | 115,5 |
9 | 112,0 | 78,9 | 101,9 |
12 | 96,1 | 63,3 | 85,5 |
14 | 87,2 | 55,7 | 76,8 |
dieciséis | 79,6 | 49,6 | 69,5 |
17 | 76,2 | 47,0 | 66,3 |
18 | 73,1 | 44,7 | 63,3 |
20 | 67,4 | 40,6 | 58,1 |
24 | 58,1 | 34,3 | 49,6 |
35 | 41,7 | 23,9 | 35,2 |
50 | 29,9 | 16,8 | 25,0 |
70 | 21,6 | 12,1 | 18.0 |
85 | 17,8 | 10.0 | 14,9 |
105 | 14,5 | 8.1 | 12,1 |
200 | 7,6 | 4.2 | 6.4 |
210 | 7.3 | 4.0 | 6.1 |
300 | 5.1 | 2.8 | 4.2 |
400 | 3.8 | 2.1 | 3.2 |
500 | 3.1 | 1,7 | 2.5 |
600 | 2.5 | 1.4 | 2.1 |
700 | 2.2 | 1.2 | 1.8 |
800 | 1,9 | 1.1 | 1,6 |
Proporción | Resolución de 1080p | Nombre común | Formato de video / lente |
---|---|---|---|
32:27 | 1280x1080p | DVCPRO HD | |
4: 3 | 1440x1080p | ||
16: 9 | 1920x1080p | Pantalla ancha | |
2: 1 | 2160x1080 | 18: 9 | Univisium |
64:27 | 2560x1080p | Pantalla ultra ancha | Cinemascopio / Anamórfico |
32: 9 | 3840x1080p | Pantalla súper ultra ancha | Pantalla ultraancha 3.6 / anamórfica 3.6 |
La modificación del ángulo de visión a lo largo del tiempo (conocida como zoom ) es una técnica cinematográfica de uso frecuente, que a menudo se combina con el movimiento de la cámara para producir un efecto de " zoom de plataforma ", que se hizo famoso con la película Vértigo. El uso de un ángulo de visión amplio puede exagerar la velocidad percibida de la cámara y es una técnica común en el seguimiento de tomas, paseos fantasmas y videojuegos de carreras. Consulte también Campo de visión en videojuegos.