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VSK 威視康 — Cognex 官方授權 PSI 系統整合商
技術概念 · GLOSSARY

FOV 視野範圍 Field of View Field of View、Angle of View、Camera FOV、Industrial Lens FOV Calculation

工業視覺鏡頭選型最關鍵的第一個參數。FOV(視野)= 相機在工作距離下「能看見多大範圍」,直接決定能否完整拍到工件、決定每像素代表的物理尺寸(直接影響精度)。

技術概念

視野是相機在工作距離下能看見多大範圍,決定能否完整拍到工件。

DEFINITION · 完整解釋

以下由 VSK 工程師整理。涵蓋定義、原理、應用情境、與 Cognex 機型對應關係,並附常見 Q&A。

FOV 是什麼?

視野 FOV 幾何示意圖
FOV 是相機在某工作距離下「看得到」的範圍,由感測器尺寸、焦距、工作距離共同決定。
示意圖|VSK 製

FOVField of View視野範圍)是相機鏡頭在指定工作距離下「能看見多大範圍」。是工業視覺鏡頭選型最重要的第一個參數

FOV 通常以「寬 × 高」(mm)表示:

  • 例:「FOV = 100 mm × 75 mm」表示相機能在拍攝範圍內看到 100mm 寬、75mm 高的區域

FOV 選型公式

實務上選 FOV 用簡單規則:

FOV ≥ 工件最大尺寸 × 1.2~1.5

  • × 1.2:產線位置穩定(如固定治具)
  • × 1.5:產線位置變動(如散裝放置、輸送帶搖晃)

範例:工件最大尺寸 60mm × 40mm,固定治具 → FOV ≥ 72mm × 48mm。

TOOL · 即時試算

FOV/焦距即時計算機

選 Cognex/Omron 相機型號、設定工作距離與視野,即時算出推薦焦距、像素精度、景深 (DOF) 與所需光源 lux。

INPUT / 檢測需求

您的產線參數

不確定?用業界預設值即可,VSK 工程師可到廠重新量測並設計光學系統。

100 mm 300 mm 2000 mm
10 mm 100 mm 500 mm

選相機型號即自動帶入感測器尺寸與解析度(數值取自 Cognex datasheet/Omron 型錄,感測器寬 = 解析度 × 像素尺寸)。手上是其他品牌相機?聯絡 VSK 工程師免費協助選型。

進階:光學 + 速度參數
FPS
mm

業界推薦:缺陷尺寸 ÷ 像素精度 ≥ 4 倍才穩定檢出。

RESULT / 選型建議

即時計算結果

推薦焦距 / RECOMMENDED FOCAL LENGTH

0 mm → 建議採購 — mm

像素精度

0 μm/px

景深 DOF

0 mm

放大率 (M) 0×
所需光源 0 lux
缺陷 / 像素精度比 0×
建議焦距規格

試算結果為理論值。實際機型選擇受光源類型 (環形 / 背光 / 同軸 / 棒燈)、物體反射率、震動、整合難度影響。VSK 工程師提供免費光學設計與樣品 實機評估。

FOV 與精度的關鍵權衡

FOV 越大,精度越低(在固定相機解析度下):

相機FOV每像素物理尺寸sub-pixel 精度
5 MP(2448×2048)100mm0.041 mm±0.002 mm
5 MP50mm0.020 mm±0.001 mm
5 MP200mm0.082 mm±0.004 mm

啟示:精度需求高 → 縮小 FOV(但工件需更接近相機 / 用近攝鏡頭);視野需求大 → 用更高解析度相機。

FOV、Working Distance、焦距的三角關係

3 個變數連動:

FOV / Working Distance ≈ 感光元件尺寸 / 焦距

固定 2 個變數即可推第 3 個:

想要改變的
FOV 變大增加 Working Distance 或縮短焦距
精度提高縮小 FOV(縮短 Working Distance 或加長焦距)
體積緊湊縮短 Working Distance(搭配短焦距)

想直接算?用 VSK 的 FOV/焦距/解析度即時計算機,輸入工作距離與視野即可反推焦距、像素精度與景深。

PRINCIPLE 01

為什麼工作距離 × 焦距 × 視野是三角關係?

薄透鏡幾何上,物體尺寸 (FOV)、像距 (≈ 焦距 f)、物距 (WD) 與感測器寬度 (Hs) 構成相似三角形。 三個參數固定後,第四個就被決定,沒有自由度。

焦距公式(核心)

f = WD × Hs / FOV
  • f = 鏡頭焦距 (mm)
  • WD = 工作距離 (mm),鏡頭到物體
  • Hs = 感測器寬度 (mm)
  • FOV = 視野寬度 (mm)

範例:WD = 300mm、Hs = 6.4mm (1/2")、FOV = 100mm → f = 300 × 6.4 / 100 = 19.2mm,最接近的標準鏡頭買 25mm 或 16mm。

放大率公式

M = Hs / FOV  =  f / (WD − f)
  • M < 0.1:低倍率,廣視野(檢全機)
  • M = 0.1 – 0.5:中倍率(檢一般組件)
  • M > 0.5:高倍率(微缺陷檢測)
  • M = 1.0 (1×):物像同尺寸,需顯微鏡頭

M 越大,景深越淺、對齊越敏感。M > 0.3 通常建議用遠心鏡頭避免透視變形。

PRINCIPLE 02

感測器尺寸對視野的影響

相同焦距 + 相同工作距離下,感測器越大、視野越廣,但對應鏡頭也要支援該感測器尺寸 (Image Circle)。 小感測器接大鏡頭會浪費光學素質,大感測器接小鏡頭會四角暗角 (vignetting)。

感測器 尺寸 (W × H mm) 建議鏡頭 Image Circle
1/3"4.8 × 3.6C-mount / S-mount,1/3" 以上
1/2.3"6.17 × 4.55C-mount,1/2" 以上
1/2"6.4 × 4.8C-mount,1/2" 以上(最常見)
1/1.8"7.18 × 5.32C-mount,2/3" 以上
1/1.2"11.04 × 8.28C-mount,1" 以上
2/3"8.8 × 6.6C-mount,2/3" 或 1"
APS-C23.6 × 15.6F-mount / M42,大畫幅鏡頭
PRINCIPLE 03

像素精度推薦準則(4-10 倍餘裕)

業界(Edmund Optics Imaging Resource 等)常見原則: 最小檢測缺陷尺寸 ÷ 像素精度 ≥ 4 倍,以容忍鏡頭 MTF、SNR 雜訊與量化誤差。 高可靠度產線(醫療、半導體)建議 8-10 倍。

基礎產線

一般組裝、外觀檢測。可接受少數誤判,VSK 出貨基準。

汽車 / 一般電子

IATF 16949 客戶。穩定 99.5% 檢出率,誤判 < 0.5%。

10×

醫療 / 半導體

ISO 13485 / 半導體 Wafer。99.9% 以上檢出率,零客訴標準。

範例試算

需求:檢測 0.5mm 銲點空焊,產線視野 100mm,相機 2MP (1600 px 寬)。

計算:像素精度 = 100 ÷ 1600 = 0.0625 mm/px = 62.5 μm/px。缺陷比 = 500 / 62.5 = → 醫療等級可用。

結論:2MP 已足夠,無須升 5MP;可依預算與整合需求挑選 2MP 等級的工業/智慧相機

FOV 常見錯誤

錯誤 1:FOV 完全等於工件尺寸

  • 工件略偏離位置就拍不完整
  • 應預留 20-50% 邊界容差

錯誤 2:FOV 過大浪費精度

  • 工件只佔 FOV 中央 20%,精度浪費 5 倍
  • 應縮小 FOV 讓工件填滿 70-80% 視野

錯誤 3:忽略檢測項目

  • 只考慮工件主體,忘了周邊 OCR / 條碼區
  • 應計算完整檢測區域

工程師常見問題

Q1:怎麼快速估算 FOV 是否夠?

A:相機放定位後,目視確認工件 + 20% 邊界都能落在畫面內。或用 Cognex In-Sight Explorer 即時預覽。

Q2:FOV 太大時可以用 ROI 提升精度嗎?

A不行。ROI(Region of Interest)只是限制處理區域,不改變相機解析度。要提升精度需縮小光學 FOV(換鏡頭 / 縮短 Working Distance)。

Q3:FOV 跟相機角度有關嗎?

A:有。斜射拍攝會造成 FOV 變形(透視變形),影響精度。盡量正射拍攝(鏡頭與工件表面垂直),若必須斜射用 Cognex Calibration 校正。

Q4:FOV 跟視野角(FOV angle)一樣嗎?

A:相關但不同。FOV(mm)= 工作距離下實際視野尺寸;FOV angle(度)= 鏡頭視角度數。FOV = 2 × Working Distance × tan(FOV angle / 2)。

想知道您的應用需要多大 FOV?

VSK 提供光學選型服務:

  1. FOV 計算 — 依工件尺寸 + 檢測精度需求推薦
  2. 鏡頭選型 — Cognex 鏡頭表完整對應
  3. 燈光配套 — FOV 大小影響燈光均勻度需求

請告訴 VSK 工件尺寸 + 檢測精度需求,VSK 工程師評估後會盡快與您聯繫。

技術重點:相同感測器下,焦距越短 → FOV 越廣;工作距離越遠 → FOV 越大。選型時先定感測器尺寸 + 所需 FOV + WD,反推適合焦距。

Field of View 計算公式

視野 (Field of View, FOV) 為相機在工作距離能拍到的最大尺寸範圍:

  • FOV ≈ WD × Sensor Size / f(簡化線性近似)
  • 角度 FOV:2 × atan(Sensor / (2f))
  • 典型工業選型:依視野需求反推鏡頭焦距與工作距離

來源:工業光學公開技術文獻、Wikipedia "Angle of view"。

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