Horizontal Field of View (HFOV) : 수평 시야각 (HFOV)
수평 시야각(HFOV, Horizontal Field of View)은 카메라가 관측할 수 있는 장면 영역의 가로 폭을 의미합니다. 일반적으로 직사각형 형식의 센서가 사용되므로, 센서의 가로 크기와 렌즈의 초점거리가 HFOV를 결정합니다. 수평 및 수직 영상 각도(센서의 가로와 세로 크기)는 카메라의 전체 영상 각도를 정의하며, 이 두 값으로부터 대각 시야각(DFOV, Diagonal Field of View)이 산출됩니다. 대부분의 경우 직사각형 센서의 긴 변은 지평선과 나란히 배치되고, 수직 FOV는 지표면에 수직한 방향으로 정렬됩니다.
일반적으로 기기의 시야각(FOV)은 장비가 감지에 민감하여 목표 물체를 검출할 수 있는 각도 범위로 설명됩니다. 고온계(pyrometer)의 경우, FOV는 흔히 온도계의 측정 스폿 크기로 정의됩니다. 열화상 분야에서는 카메라의 FOV가 카메라로 영상화할 수 있는 장면의 관측 영역을 결정합니다. 카메라의 FOV는 보통 도(degree) 단위로 표현되며, 열화상 카메라의 광학 구성과 검출기 크기에 따라 달라집니다. FOV는 센서 크기와 카메라 광학계의 초점거리 f 간의 비율로 정의됩니다.
센서 포맷과 관련하여, FOV는 수평 시야각(HFOV)과 수직 시야각(VFOV)으로 표현할 수 있습니다.
대부분의 경우, 대상 물체까지의 거리가 FOV 선택을 결정합니다. 장거리 응용 분야에서는 좁은 FOV(망원 광학계, Tele Optics)를 선택할 수 있으며, 이를 통해 먼 거리에서도 작은 물체를 감지할 수 있습니다. 짧은 거리에서 좁은 FOV를 사용하는 것도 가능하며, 이 경우 짧은 거리와 좁은 FOV의 조합으로 대상 물체가 크게 확대됩니다. 보다 고급 응용 분야에서는 8 µm–14 µm 파장 대역을 사용하는 경우에도 작은 물체를 감지하기 위해 현미경 광학계가 필요합니다.
넓은 FOV를 사용하면 열화상 카메라는 더 넓은 영역을 한 번에 포착할 수 있어, 일반적인 감시나 광범위한 영역의 온도 분포를 신속하게 평가하는 데 유리합니다. 예를 들어 제어반과 같은 전기 설비를 점검할 때, 넓은 FOV는 제한된 공간에서도 전기적 결함을 식별할 수 있게 해줍니다. 또한 광각 렌즈는 화재 감지와 같은 대규모 환경 모니터링에도 활용될 수 있습니다. 온도 이상을 감지하기 위해 열화상 이미지를 핫스폿(hotspot) 검출 알고리즘으로 분석할 수 있으며, 이를 통해 점검 보고서를 생성하거나 공정 알람을 직접 트리거할 수 있습니다.
시야각(Field of View)과 광학 해상도
이러한 FOV 정의 외에도, 작은 물체의 온도를 명확하게 측정하기 위해서는 공간 해상도, 즉 순간 시야각(IFOV)을 함께 고려해야 합니다. IFOV는 센서 배열에서 하나의 픽셀을 의미하며, 구분 가능한 최소 물체 크기를 결정합니다. 정확한 온도 측정을 위해서는 측정 대상의 크기가 IFOV보다 커야 합니다. 일반적으로 물체의 크기는 최소 3×3 픽셀 이상이어야 하며, 이를 측정 시야각(MFOV, Measurement Field of View)이라고 합니다.
사용자들은 종종 특정 거리에서의 FOV를 밀리미터나 미터 단위로 알고 싶어 합니다. FOV 계산기를 사용하면 사용 중인 카메라와 광학계를 입력하여 HFOV, VFOV, IFOV, MFOV와 같은 모든 필요한 FOV 데이터를 확인할 수 있습니다.
열화상 카메라에서 FOV의 선택은 카메라의 광학 해상도와 밀접하게 연관되어 있는데, 이는 작은 세부 사항을 얼마나 잘 구분할 수 있는지를 의미합니다. 광학 해상도(또는 공간 해상도)가 높은 카메라는 더 미세한 디테일을 분해할 수 있어, 작은 물체나 먼 거리에 있는 대상을 검사할 때 매우 중요합니다. 이러한 광학 해상도는 일반적으로 시야각이 좁은 카메라에서 더 높게 나타납니다. 따라서 FOV와 광학 해상도 간의 절충 관계는 열화상 분야에서 핵심적인 고려 사항이며, 이는 열화상 결과의 품질과 활용성 모두에 영향을 미칩니다.
The horizontal field of view (HFOV) describes the width of the area of a scene that can be observed by the camera. A sensor in rectangular format is most commonly used, so the width of the sensor, together with the focal length of the lens, defines the HFOV. The horizontal and vertical image angles (width and height of the sensor) determine the total image angle of the camera. These two values result in the diagonal field of view (DFOV). In most cases, the larger side of the rectangular camera is aligned with the horizon, while the vertical FOV is oriented perpendicular to the earth’s surface.
In general, the field of view (FOV) of an instrument is described by the angle at which the device is sensitive and can detect the target object. For pyrometers, it is often defined as the measurement spot size of the thermometer. In thermography, the FOV of a camera determines the observable area of a scene that can be imaged by the camera. The camera FOV is typically expressed in degrees and depends on the configuration of optics and detector size of the thermal imaging camera. The FOV is defined by the ratio of the sensor size to the focal length ???? of the camera optics.
Related to the sensor format, the FOV can be expressed as a horizontal field of view (HFOV) and a vertical field of view (VFOV).
In most cases, the object distance determines the choice of the FOV. For long-range applications, a narrow FOV (TeleOptics) can be selected, enabling the detection of small objects even at long distances. The use of a narrow FOV at a short distance is also possible. The short distance, combined with the narrow FOV, leads to a high magnification of the target. For advanced applications, microscope optics are required to detect small objects, even when using the 8 µm – 14 µm waveband.
With a wide FOV, the thermal imaging camera can capture a larger area, which is beneficial for general surveillance and rapid assessment of temperature distribution over wide areas. For example, when inspecting electrical installations such as control cabinets, a wide FOV enables the identification of electrical defects in confined spaces. Wide-angle optics can also be used for large-scale environmental monitoring, such as fire detection. To detect temperature anomalies, the thermographic image can be analyzed with a hotspot detection algorithm, which can generate inspection reports or directly trigger a process alarm.
Field of View and Optical Resolution
In addition to these FOV definitions, the spatial resolution, or instantaneous field of view (IFOV), must be considered to clarify the temperature measurement of small objects. The IFOV represents one pixel of the sensor array and determines the smallest resolvable object size. For accurate temperature measurements, the target size must be larger than the IFOV. Typically, the size of objects must be at least 3×3 pixels, defining the measurement field of view (MFOV).
Often, users are interested in a specific distance and want to know the FOV in millimeters or meters. An FOV calculator allows users to enter the camera/optics used and shows all necessary FOV data, such as HFOV, VFOV, IFOV, and MFOV.
The selection of the FOV in thermography cameras is closely linked to the camera’s optical resolution, which refers to its ability to distinguish small details. A camera with high optical resolution (or spatial resolution) can resolve finer details, which is critical when examining small or distant objects. This optical resolution is typically higher in cameras with narrower fields of view. Therefore, the trade-off between FOV and optical resolution is a key consideration in thermography, affecting both the quality and usability of the thermal imaging results.