Máy tính FOV Máy ảnh - Máy tính Góc Nhìn

Máy tính trường nhìn của camera là gì?

Máy tính trường nhìn (FOV) của camera xác định độ rộng của cảnh mà camera có thể ghi lại. Nó sử dụng hai số: kích thước cảm biến của camera và tiêu cự của ống kính. Kết quả là một góc, thường được biểu thị bằng độ, theo các hướng ngang, dọc và đường chéo.

Trường nhìn quan trọng vì nó quyết định những gì lọt vào khung hình. Trường nhìn rộng ghi lại một cảnh lớn, chẳng hạn như phong cảnh. Trường nhìn hẹp chỉ ghi lại một phần nhỏ của cảnh nhưng khiến các chủ thể ở xa trông lớn hơn.

Cách tính trường nhìn

Trường nhìn phụ thuộc vào hai yếu tố: kích thước cảm biến (chiều rộng hoặc chiều cao, tính bằng milimét) và tiêu cự ống kính (cũng tính bằng milimét). Công thức sử dụng hàm arctang, viết là arctan hoặc tan⁻¹:

$\theta = 2 \arctan\left(\frac{d}{2 f}\right)$

• θ là trường nhìn, tính theo góc.
• d là kích thước cảm biến: chiều rộng đối với FOV ngang, chiều cao đối với FOV dọc.
• f là tiêu cự của ống kính, tính bằng milimét.
• Kết quả được tính bằng radian và chuyển sang độ để hiển thị.

Công thức giả định một ống kính rectilinear lấy nét ở vô cực, đây là trường hợp tham chiếu thông thường. Khi lấy nét vào một chủ thể ở gần, ống kính dịch ra xa cảm biến hơn và làm trường nhìn thực tế hẹp lại đôi chút.

FOV đường chéo sử dụng cùng công thức, nhưng thay chiều rộng hoặc chiều cao bằng độ dài đường chéo của cảm biến. Đường chéo được tính theo định lý Pythagore:

$D = \sqrt{w² + h²}$

trong đó D là đường chéo cảm biến, w là chiều rộng cảm biến và h là chiều cao cảm biến.

Chiều cao cảm biến, khi chỉ biết chiều rộng và tỷ lệ khung hình, được tính bằng cách chia chiều rộng cho tỷ lệ khung hình:

$h = \frac{w}{a}$

trong đó a là tỷ lệ khung hình.

Tỷ lệ khung hình 3:2 (giá trị tỷ lệ khung hình 1,5) là tiêu chuẩn cho hầu hết ảnh chụp bằng máy ảnh DSLR và máy ảnh không gương lật. Tỷ lệ 16:9 (1,778) là tiêu chuẩn cho video. Tỷ lệ 4:3 (1,333) được các máy ảnh Micro Four Thirds và nhiều máy ảnh compact đời cũ sử dụng. Các tác phẩm điện ảnh đôi khi sử dụng tỷ lệ 2,39:1 để tạo hình ảnh màn ảnh rộng.

Các kích thước cảm biến phổ biến

Kích thước cảm biến làm thay đổi trường nhìn ngay cả khi tiêu cự không đổi. Cảm biến lớn hơn thu được góc rộng hơn từ cùng một ống kính.

Máy tính liệt kê các kích thước sau theo chiều rộng × chiều cao:

• Medium format: 43,8 × 32,9 mm
• Full frame (35 mm): 36 × 24 mm
• APS-H: 28,7 × 19,0 mm
• APS-C (Nikon/Sony): 23,5 × 15,6 mm
• APS-C (Canon): 22,3 × 14,9 mm
• Micro Four Thirds: 17,3 × 13,0 mm
• 1 inch: 13,2 × 8,8 mm, được sử dụng trong các máy ảnh compact cao cấp và nhiều thiết bị bay không người lái
• 2/3 inch: 8,8 × 6,6 mm
• 1/1.7-inch: 7,6 × 5,7 mm
• 1/2.3-inch: 6,17 × 4,55 mm, phổ biến trong điện thoại thông minh và camera hành trình

Có thể nhập bất kỳ cảm biến nào khác bằng cách chọn “Tùy chỉnh” rồi nhập chiều rộng và chiều cao.

Đường chéo cảm biến full frame (43,3 mm) chia cho đường chéo của một cảm biến được gọi là hệ số crop. Hệ số này được dùng để so sánh ống kính giữa các máy ảnh khác nhau và được mô tả trong phần câu hỏi thường gặp bên dưới. APS-C (Nikon/Sony) có giá trị khoảng 1,5, APS-C (Canon) khoảng 1,6, còn Micro Four Thirds là 2,0.

Ví dụ minh họa

Xét một máy ảnh full frame có cảm biến 36 × 24 mm, gắn ống kính 50 mm.

Trường nhìn ngang: HFOV = 2 × arctan(36 / (2 × 50)) = 2 × arctan(0,36) ≈ 39,60°

Trường nhìn dọc: VFOV = 2 × arctan(24 / (2 × 50)) = 2 × arctan(0,24) ≈ 26,99°

Trường nhìn đường chéo: Đường chéo = √(36² + 24²) ≈ 43,27 mm DFOV = 2 × arctan(43,27 / 100) ≈ 46,79°

Ống kính 50 mm trên máy full frame được gọi là ống kính “tiêu chuẩn” vì tiêu cự của nó gần với đường chéo cảm biến 43,3 mm. Ống kính ngắn hơn đường chéo là ống kính góc rộng; ống kính dài hơn là ống kính tele.

Tham khảo nhanh: tiêu cự trên máy full frame

Tiêu cự ngắn hơn luôn cho trường nhìn rộng hơn. Tiêu cự dài hơn luôn làm trường nhìn hẹp lại.

Cách sử dụng máy tính

1. Chọn kích thước cảm biến từ danh sách hoặc chọn “Tùy chỉnh” và nhập chính xác chiều rộng, chiều cao bằng milimét.
2. Nhập tiêu cự của ống kính, tính bằng milimét.
3. Tính chiều cao từ tỷ lệ khung hình nếu chưa biết chiều cao cảm biến. Tùy chọn này chỉ xuất hiện đối với cảm biến tùy chỉnh: đánh dấu “Tính chiều cao từ tỷ lệ khung hình” rồi chọn 3:2, 4:3, 16:9, 1:1 hoặc 2,39:1. Khi đó, máy tính tính chiều cao = chiều rộng ÷ tỷ lệ.
4. Đọc kết quả: kích thước cảm biến, sau đó là FOV ngang, dọc và đường chéo, được hiển thị theo độ hoặc radian, tùy đơn vị được chọn.

Mọi phép đo phải là số dương. Tiêu cự bằng không hoặc nhỏ hơn, chiều rộng hoặc chiều cao cảm biến bằng không hoặc nhỏ hơn, và mọi giá trị không phải số thực đều bị từ chối; thay vào đó, máy tính hiển thị thông báo thay vì kết quả.

Vì sao trường nhìn quan trọng

Nhiếp ảnh gia sử dụng FOV để chọn ống kính trước buổi chụp. Ống kính góc rộng (14-35mm trên máy full frame) đưa được nhiều phần của căn phòng hoặc phong cảnh hơn vào khung hình. Ống kính tele (85 mm trở lên) tách chủ thể ở xa và làm nền có vẻ nén lại.

Nhà quay phim tính FOV khi lập kế hoạch cảnh quay để vị trí camera và lựa chọn ống kính phù hợp với bố cục dự kiến. Người lắp đặt hệ thống an ninh dùng nó để xác định một camera có thể bao quát bao nhiêu phần của căn phòng hoặc bãi đỗ xe. Người điều khiển thiết bị bay không người lái dùng nó để lập đường bay bao phủ toàn bộ khu vực khảo sát mà không có khoảng trống.

Kích thước cảm biến cũng làm thay đổi các con số này. Với cùng một ống kính, cảm biến nhỏ hơn làm hẹp trường nhìn; vì vậy cùng ống kính 50 mm trông giống một ống tele dài hơn trên máy ảnh APS-C so với trên máy full frame.

Các câu hỏi thường gặp

Trường nhìn trong nhiếp ảnh là gì?

Trường nhìn là góc của cảnh được ống kính và cảm biến thu lại cùng nhau, đo bằng độ. Góc rộng, chẳng hạn 74°, bao quát một cảnh lớn. Góc hẹp, chẳng hạn 10°, chỉ bao quát một phần nhỏ của cảnh nhưng phóng đại các chủ thể ở xa.

Kích thước cảm biến ảnh hưởng đến trường nhìn như thế nào?

Cảm biến lớn hơn thu được nhiều hơn phần hình ảnh do ống kính chiếu lên, tạo ra trường nhìn rộng hơn. Cảm biến nhỏ hơn cắt xén cùng hình ảnh được chiếu đó, làm hẹp trường nhìn. Đây là lý do ống kính 50 mm có trường nhìn khác nhau trên máy ảnh full frame và máy ảnh APS-C.

Hệ số cắt là gì?

Hệ số crop là đường chéo full frame 43,3 mm chia cho đường chéo của cảm biến. Cảm biến APS-C (Nikon/Sony) có hệ số crop gần 1,5×, cảm biến APS-C (Canon) gần 1,6×, còn Micro Four Thirds gần 2×. Nhân tiêu cự của ống kính với hệ số crop cho ra tiêu cự tương đương với máy ảnh full frame, hữu ích khi so sánh ống kính giữa các hệ máy ảnh. Không nên dùng hệ số này thay cho kích thước cảm biến thực tế khi tính trường nhìn thực của máy ảnh đó.

Tiêu cự nào cho trường nhìn “tiêu chuẩn”?

Ống kính tiêu chuẩn có tiêu cự gần với đường chéo cảm biến, nên hình ảnh trông không bị kéo giãn cũng không bị nén. Trên máy full frame, đường chéo là 43,3 mm, và ống kính phổ biến 50 mm đủ gần với giá trị này: nó cho trường nhìn ngang khoảng 39,6° và trường nhìn đường chéo khoảng 46,8°. Với cảm biến nhỏ hơn, cần ống kính ngắn hơn để có góc nhìn tương đương vì đường chéo ngắn hơn.

Tỷ lệ khung hình làm thay đổi trường nhìn như thế nào?

Tỷ lệ khung hình xác định mối quan hệ giữa chiều rộng và chiều cao cảm biến, từ đó làm thay đổi trường nhìn dọc khi chiều rộng cố định. Tỷ lệ rộng như 16:9 cho độ bao quát theo chiều dọc ít hơn 4:3 ở cùng chiều rộng và tiêu cự, vì cảm biến tương đối thấp hơn.

Có thể thay đổi trường nhìn sau khi chụp ảnh không?

Cắt xén ảnh làm hẹp trường nhìn hiệu dụng nhưng không thể mở rộng nó vượt quá phần mà ống kính đã ghi lại ban đầu. Các kỹ thuật như ghép ảnh toàn cảnh có thể kết hợp nhiều ảnh thành trường nhìn rộng hơn, nhưng phải chụp nhiều ảnh ngay lúc ghi hình, chứ không chỉ chỉnh sửa sau đó.

Tài liệu tham khảo

1. "Angle of view." Wikipedia, Wikimedia Foundation. https://en.wikipedia.org/wiki/Angle_of_view
2. Ray, Sidney F. Applied Photographic Optics. Focal Press, 2002.
3. Jacobson, Ralph E. The Manual of Photography. Focal Press, 2000.