مجال الرؤية

مجال الرؤية هو الامتداد الزاوي للعالم المرئي في أي لحظة معينة. في حالة الأجهزة البصرية أو أجهزة الاستشعار، هو الزاوية المجسمة التي يكون الكاشف حساسًا من خلالها للإشعاع الكهرومغناطيسي . وهو ذو أهمية بالغة في التصوير الفوتوغرافي .

في سياق الرؤية البشرية ورؤية الرئيسيات، يُستخدم مصطلح "مجال الرؤية" عادةً بمعنى تقييد ما يمكن رؤيته بواسطة أجهزة خارجية، كما هو الحال عند ارتداء النظارات ^{[ 1 ]} أو نظارات الواقع الافتراضي . تجدر الإشارة إلى أن حركات العين مسموح بها في هذا التعريف، لكنها لا تُغير مجال الرؤية عند فهمها بهذه الطريقة.

إذا ما استُخدم تشبيه شبكية العين التي تعمل كمستشعر، فإن المفهوم المقابل في رؤية الإنسان (ومعظم الحيوانات) هو المجال البصري . ^{[ 2 ]} ويُعرَّف بأنه "عدد درجات زاوية الرؤية أثناء تثبيت العينين بشكل ثابت". ^{[ 3 ]} تجدر الإشارة إلى أن حركات العين مستثناة من تعريف المجال البصري. يمتلك الإنسان قوسًا أفقيًا أماميًا يزيد قليلًا عن 210 درجات في مجاله البصري (أي بدون حركات العين)، ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} (مع تضمين حركات العين، يكون أكبر قليلًا، ويمكنك التأكد من ذلك بنفسك بتحريك إصبعك على الجانب)، بينما تمتلك بعض الطيور مجالًا بصريًا كاملًا أو شبه كامل بزاوية 360 درجة. ويبلغ المدى الرأسي للمجال البصري لدى الإنسان حوالي 150 درجة. ^{[ 4 ]}

لا تتساوى القدرات البصرية في جميع أنحاء المجال البصري، كما أنها تختلف بين الأنواع . فعلى سبيل المثال، تغطي الرؤية الثنائية ، وهي أساس الرؤية المجسمة ومهمة لإدراك العمق ، 114 درجة (أفقيًا) من المجال البصري لدى البشر؛ ^{[ 7 ]} أما الـ 50 درجة المتبقية تقريبًا على كل جانب ^{[ 6 ]} من الرؤية المحيطية فلا تتمتع برؤية ثنائية (لأن عينًا واحدة فقط تستطيع رؤية تلك الأجزاء من المجال البصري). وتمتلك بعض الطيور رؤية ثنائية ضئيلة تتراوح بين 10 و20 درجة فقط.

وبالمثل، تختلف رؤية الألوان والقدرة على إدراك الشكل والحركة عبر المجال البصري؛ ففي البشر، تتركز رؤية الألوان وإدراك الشكل في مركز المجال البصري، بينما يقل إدراك الحركة قليلاً في المحيط، مما يمنحه ميزة نسبية هناك. ويعود الأساس الفيزيولوجي لذلك إلى التركيز الأعلى بكثير للخلايا المخروطية الحساسة للألوان وخلايا العقدة الشبكية الصغيرة الحساسة للألوان في النقرة المركزية - المنطقة المركزية من الشبكية، بالإضافة إلى تمثيل أكبر في القشرة البصرية - مقارنةً بالتركيز الأعلى للخلايا العصوية غير الحساسة للألوان وخلايا العقدة الشبكية الكبيرة الحساسة للحركة في المحيط البصري، وتمثيل قشري أصغر. ولأن الخلايا العصوية تتطلب ضوءًا أقل بكثير لتنشيطها، فإن نتيجة هذا التوزيع هي أن الرؤية المحيطية أكثر حساسية بكثير في الليل مقارنةً بالرؤية المركزية (تكون الحساسية في أعلى مستوياتها عند حوالي 20 درجة من الانحراف المركزي). ^{[ 2 ]}

تُعلن العديد من الأدوات البصرية، وخاصة المناظير أو التلسكوبات المقربة، عن مجال رؤيتها مُحددًا بإحدى طريقتين: مجال الرؤية الزاوي، ومجال الرؤية الخطي. يُحدد مجال الرؤية الزاوي عادةً بالدرجات، بينما يُحدد مجال الرؤية الخطي كنسبة بين طولين. على سبيل المثال، قد يُعلن عن منظار ذي مجال رؤية زاوي 5.8 درجة على أنه ذو مجال رؤية خطي 102  مم لكل متر. طالما أن مجال الرؤية أقل من 10 درجات تقريبًا، فإن صيغ التقريب التالية تسمح بالتحويل بين مجال الرؤية الخطي والزاوي.${\displaystyle A}$ليكن المجال الزاوي للرؤية بالدرجات.${\displaystyle M}$ليكن مجال الرؤية الخطي بالملليمترات لكل متر. ثم، باستخدام تقريب الزاوية الصغيرة :

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

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

في مجال الرؤية الآلية، يحدد البعد البؤري للعدسة وحجم مستشعر الصورة العلاقة الثابتة بين مجال الرؤية ومسافة العمل. مجال الرؤية هو المنطقة المراد فحصها التي يلتقطها مستشعر الكاميرا. يؤثر حجم مجال الرؤية وحجم مستشعر الكاميرا بشكل مباشر على دقة الصورة (وهو أحد العوامل الحاسمة في الدقة). أما مسافة العمل فهي المسافة بين الجزء الخلفي من العدسة والهدف المراد فحصه.

في التصوير المقطعي ، يُمثل مجال الرؤية مساحة كل صورة مقطعية. فعلى سبيل المثال، في التصوير المقطعي المحوسب ، يُمكن إنشاء حجم من وحدات البكسل ثلاثية الأبعاد (فوكسل) من هذه الصور المقطعية عن طريق دمج شرائح متعددة على طول نطاق المسح.

في الاستشعار عن بُعد ، تُسمى الزاوية المجسمة التي يكون عنصر الكاشف (مستشعر البكسل) حساسًا من خلالها للإشعاع الكهرومغناطيسي في أي لحظة، مجال الرؤية اللحظي (IFOV). وهو مقياس للدقة المكانية لنظام تصوير الاستشعار عن بُعد، ويُعبَّر عنه غالبًا بأبعاد مساحة الأرض المرئية، لارتفاع معروف للمستشعر . ^{[ 8 ] [ 9 ]} يرتبط مجال الرؤية اللحظي للبكسل الواحد ارتباطًا وثيقًا بمفهوم المسافة الأرضية المُحَلَّلة ، ومسافة عينة الأرض ، ودالة نقل التعديل ، وحجم البكسل المُحَلَّل .

في علم الفلك ، يُعبّر عن مجال الرؤية عادةً بالمساحة الزاوية التي يرصدها الجهاز، بالدرجات المربعة ، أو بالدقائق القوسية المربعة في حالة الأجهزة ذات التكبير العالي . وللمقارنة، يبلغ مجال رؤية قناة المجال الواسع في الكاميرا المتقدمة للمسح على تلسكوب هابل الفضائي 10 دقائق قوسية مربعة، بينما يبلغ مجال رؤية قناة الدقة العالية في الجهاز نفسه 0.15 دقيقة قوسية مربعة. أما تلسكوبات المسح الأرضية، فلها مجالات رؤية أوسع بكثير. فقد بلغ مجال رؤية الألواح الفوتوغرافية المستخدمة في تلسكوب شميدت البريطاني 30 درجة مربعة. بينما يبلغ مجال رؤية تلسكوب بان-ستارز ، الذي يبلغ قطره 1.8 متر (71 بوصة) والمزود بأحدث كاميرا رقمية حتى الآن، 7 درجات مربعة. وفي نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة، يبلغ مجال رؤية كاميرا المجال الواسع على تلسكوب الأشعة تحت الحمراء البريطاني 0.2 درجة مربعة، بينما يبلغ مجال رؤية تلسكوب فيستا 0.6 درجة مربعة. حتى وقت قريب، كانت الكاميرات الرقمية قادرة فقط على تغطية مجال رؤية صغير مقارنة بالألواح الفوتوغرافية ، على الرغم من أنها تتفوق على الألواح الفوتوغرافية في الكفاءة الكمية والخطية والنطاق الديناميكي، فضلاً عن كونها أسهل بكثير في المعالجة. 

في التصوير الفوتوغرافي، يُعرَّف مجال الرؤية بأنه الجزء من العالم المرئي من خلال الكاميرا عند موضع واتجاه محددين في الفضاء؛ أما الأجسام الواقعة خارج مجال الرؤية عند التقاط الصورة فلا تُسجَّل فيها. ويُعبَّر عنه غالبًا بالحجم الزاوي لمخروط الرؤية، أو بزاوية الرؤية . بالنسبة لعدسة عادية مُركَّزة على اللانهاية، يُمكن حساب مجال الرؤية القطري (أو الأفقي أو الرأسي) كما يلي:

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

أين:

• ${\displaystyle s}$حجم المستشعر (قطريًا أو عرضيًا أو ارتفاعيًا)؛
• ${\displaystyle f}$هو البعد البؤري للعدسة.

في علم المجهر، يُطلق على مجال الرؤية في التكبير العالي (عادةً ما يكون تكبيرًا بمقدار 400 ضعف عند الإشارة إليه في الأوراق العلمية) اسم مجال التكبير العالي ، ويستخدم كنقطة مرجعية لمختلف مخططات التصنيف.

لعدسة موضوعية ذات تكبير${\displaystyle m}$يرتبط مجال الرؤية برقم الحقل (FN) من خلال

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

إذا تم استخدام عدسات مكبرة أخرى في النظام (بالإضافة إلى العدسة الشيئية)، فإن المجموع${\displaystyle m}$يتم استخدام الإسقاط.

يشير مجال الرؤية في ألعاب الفيديو إلى مجال رؤية الكاميرا التي تنظر إلى عالم اللعبة، وهو يعتمد على طريقة التحجيم المستخدمة.