Campo de visión

El campo de visión ( FOV ) es la extensión angular del mundo observable que se ve en un momento dado. En el caso de instrumentos o sensores ópticos, es el ángulo sólido a través del cual un detector es sensible a la radiación electromagnética . También es relevante en fotografía .

En el contexto de la visión humana y de los primates, el término «campo de visión» se utiliza generalmente solo para referirse a la limitación de lo que se puede ver mediante dispositivos externos, como el uso de gafas ^{[ 1 ]} o gafas de realidad virtual . Cabe señalar que, si bien la definición permite los movimientos oculares, estos no modifican el campo de visión.

Si se utiliza la analogía de la retina del ojo como sensor, el concepto correspondiente en la visión humana (y en gran parte de la visión animal) es el campo visual . ^{[ 2 ]} Se define como "el número de grados de ángulo visual durante la fijación estable de los ojos". ^{[ 3 ]} Cabe señalar que los movimientos oculares se excluyen en la definición del campo visual. Los humanos tienen un arco horizontal frontal de su campo visual de poco más de 210 grados (es decir, sin movimientos oculares), ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} (con los movimientos oculares incluidos es ligeramente mayor, como puede comprobar usted mismo moviendo un dedo a un lado), mientras que algunas aves tienen un campo visual completo o casi completo de 360 ​​grados. El rango vertical del campo visual en los humanos es de alrededor de 150 grados. ^{[ 4 ]}

El rango de capacidades visuales no es uniforme en todo el campo visual, que también varía entre especies . Por ejemplo, la visión binocular , que es la base de la estereopsis y es importante para la percepción de profundidad , cubre 114 grados (horizontalmente) del campo visual en los humanos; ^{[ 7 ]} los ~50 grados restantes a cada lado ^{[ 6 ]} de la visión periférica no tienen visión binocular (porque solo un ojo puede ver esas partes del campo visual). Algunas aves tienen apenas 10 a 20 grados de visión binocular.

De manera similar, la visión del color y la capacidad de percibir la forma y el movimiento varían a lo largo del campo visual; en los humanos, la visión del color y la percepción de la forma se concentran en el centro del campo visual, mientras que la percepción del movimiento se reduce solo ligeramente en la periferia y, por lo tanto, tiene una ventaja relativa allí. La base fisiológica de esto es la concentración mucho mayor de células cono sensibles al color y células ganglionares retinianas parvocelulares sensibles al color en la fóvea (la región central de la retina, junto con una mayor representación en la corteza visual ) en comparación con la mayor concentración de células bastón insensibles al color y células ganglionares retinianas magnocelulares sensibles al movimiento en la periferia visual, y una menor representación cortical. Dado que las células bastón requieren considerablemente menos luz para activarse, el resultado de esta distribución es además que la visión periférica es mucho más sensible por la noche en relación con la visión foveal (la sensibilidad es máxima alrededor de los 20 grados de excentricidad). ^{[ 2 ]}

Muchos instrumentos ópticos, en particular binoculares o telescopios terrestres, se anuncian con su campo de visión especificado de dos maneras: campo de visión angular y campo de visión lineal. El campo de visión angular se especifica normalmente en grados, mientras que el campo de visión lineal es una relación de longitudes. Por ejemplo, unos binoculares con un campo de visión (angular) de 5,8 grados podrían anunciarse con un campo de visión (lineal) de 102  mm por metro. Siempre que el campo de visión sea inferior a unos 10 grados, las siguientes fórmulas de aproximación permiten convertir entre el campo de visión lineal y el angular.${\displaystyle A}$Sea el campo de visión angular en grados.${\displaystyle M}$Sea el campo de visión lineal en milímetros por metro. Luego, utilizando la aproximación de ángulo pequeño :

${\displaystyle A\approx {360^{\circ } \over 2\pi }\cdot {M \over 1000}\approx 0.0573\times M}$

${\displaystyle M\approx {2\pi \cdot 1000 \over 360^{\circ }}\cdot A\approx 17.45\times A}$

En visión artificial, la distancia focal del objetivo y el tamaño del sensor de imagen determinan la relación entre el campo de visión y la distancia de trabajo. El campo de visión es el área de inspección capturada por el sensor de la cámara. El tamaño del campo de visión y el tamaño del sensor de la cámara afectan directamente la resolución de la imagen (un factor determinante de la precisión). La distancia de trabajo es la distancia entre la parte posterior del objetivo y el objeto a observar.

En tomografía , el campo de visión es el área de cada tomograma. Por ejemplo, en la tomografía computarizada , se puede crear un volumen de vóxeles a partir de dichos tomogramas mediante la fusión de múltiples cortes a lo largo del rango de exploración.

En teledetección , el ángulo sólido a través del cual un elemento detector (un sensor de píxeles) es sensible a la radiación electromagnética en un momento dado se denomina campo de visión instantáneo o IFOV. Como medida de la resolución espacial de un sistema de imágenes de teledetección, a menudo se expresa como dimensiones del área visible del terreno, para una altitud conocida del sensor . ^{[ 8 ] [ 9 ]} El IFOV de un solo píxel está estrechamente relacionado con el concepto de distancia resuelta en el terreno , distancia de muestreo en el terreno , función de transferencia de modulación y tamaño de píxel resuelto .

En astronomía , el campo de visión se suele expresar como un área angular observada por el instrumento, en grados cuadrados , o, para instrumentos de mayor aumento, en minutos de arco cuadrados . Como referencia, el canal de campo amplio de la cámara avanzada para sondeos del telescopio espacial Hubble tiene un campo de visión de 10 minutos de arco cuadrados, y el canal de alta resolución del mismo instrumento tiene un campo de visión de 0,15 minutos de arco cuadrados. Los telescopios de sondeo terrestres tienen campos de visión mucho más amplios. Las placas fotográficas utilizadas por el telescopio Schmidt del Reino Unido tenían un campo de visión de 30 grados cuadrados. El telescopio Pan-STARRS de  1,8 m (71 pulgadas) , con la cámara digital más avanzada hasta la fecha, tiene un campo de visión de 7 grados cuadrados. En el infrarrojo cercano, la WFCAM del UKIRT tiene un campo de visión de 0,2 grados cuadrados y el telescopio VISTA tiene un campo de visión de 0,6 grados cuadrados. Hasta hace poco, las cámaras digitales solo podían cubrir un campo de visión pequeño en comparación con las placas fotográficas , aunque superaban a estas últimas en eficiencia cuántica , linealidad y rango dinámico, además de ser mucho más fáciles de procesar.

En fotografía, el campo de visión es la parte del mundo visible a través de la cámara en una posición y orientación determinadas en el espacio; los objetos que se encuentran fuera del campo de visión al tomar la fotografía no se registran en ella. Generalmente se expresa como el tamaño angular del cono de visión, como un ángulo de visión . Para un objetivo normal enfocado al infinito, el campo de visión diagonal (u horizontal o vertical) se puede calcular como:

${\displaystyle \mathrm {FOV} =2\times \arctan \left({\frac {s}{2f}}\right)}$

Dónde:

• ${\displaystyle s}$es el tamaño del sensor (diagonal, ancho o alto);
• ${\displaystyle f}$es la distancia focal del objetivo.

En microscopía, el campo de visión a gran aumento (generalmente una magnificación de 400 veces cuando se hace referencia a él en artículos científicos) se denomina campo de gran aumento y se utiliza como punto de referencia para diversos esquemas de clasificación.

Para un objetivo con aumento${\displaystyle m}$, el FOV está relacionado con el número de campo (FN) por

${\displaystyle \mathrm {FOV} ={\frac {\mathrm {FN} }{m}},}$

Si se utilizan otras lentes de aumento en el sistema (además del objetivo), el total${\displaystyle m}$para la proyección se utiliza.

El campo de visión en los videojuegos se refiere al campo de visión de la cámara que observa el mundo del juego, el cual depende del método de escalado utilizado.