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시야

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1. 개요

시야는 눈의 안정적인 고정 상태에서 시각 각도의 정도를 의미하며, 인간과 동물의 시각 능력, 광학 기기, 머신 비전, 단층 촬영, 원격 탐사, 천문학, 비디오 게임 등 다양한 분야에서 중요한 개념으로 사용된다. 인간의 시야는 수평으로 약 210도, 수직으로 약 150도이며, 시야 내에서 색각, 형태, 움직임 인식 능력은 균일하지 않다. 광학 기기에서는 각 시야와 선형 시야로 표현되며, 망원경, 카메라, 현미경 등에서 시야 계산 방식이 다르다. 또한, 머신 비전, 단층 촬영, 원격 탐사, 천문학, 비디오 게임, 전투 및 스포츠에서도 시야는 중요한 역할을 한다.

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시야
일반 정보
분야물리, 광학
정의주어진 순간에 볼 수 있는 세상의 범위
의학적 측면
관련 질병녹내장, 망막 박리 등 시력 관련 질환
기타
관련 용어시각, 시력

2. 인간의 시야

시야라는 용어는 외부 장치에 의해 보이는 것에 대한 제한을 의미할 때 사용된다.[1] 눈의 망막을 센서에 비유하면, 인간의 시야는 "눈의 안정적인 고정 상태에서 시각 각도의 정도"로 정의된다.[3] 인간의 시야는 눈의 구조와 망막의 기능에 따라 결정되며, 중심와와 주변부의 시각 능력 차이가 존재한다. 시각 능력의 범위는 시야 내에서 균일하지 않으며, 에 따라 다르다.

2. 1. 시야의 범위

정상적인 사람의 시야는 한쪽 눈으로 코 쪽 및 위쪽으로 약 60도, 아래쪽으로 약 70도, 귀 쪽으로 약 90~100도이다.[1] 양안시입체시의 기반이 되며, 깊이 지각에 중요하다.[7] 양쪽 눈이 거의 평면적인 얼굴에 위치해 있기 때문에, 양쪽 눈으로 동시에 볼 수 있는 범위(양안시)는 넓은(좌우 114도[7]) 대신, 양쪽 눈이 얼굴 좌우에 위치한 다른 동물에 비해 종합적인 시야는 넓지 않다(좌우 180~200도). 양안시가 없는 주변부 시야는 약 50도이다.[6] 인간은 시야의 수평 아크가 전방 210도보다 약간 넓으며,[4][5][6] 반면 일부 새는 360도에 가깝거나 완전한 시야를 가지고 있다. 인간의 시야의 수직 범위는 약 150도이다.[4]

2. 2. 시각 능력

색각과 형태 및 움직임을 인식하는 능력은 시야에 따라 다르다. 인간의 경우 색각과 형태 지각은 시야의 중심에 집중되어 있고, 움직임 지각은 주변부에서 약간 감소할 뿐이므로 상대적으로 유리하다. 이에 대한 생리학적 근거는 망막의 중심 영역인 중심와에 색상에 민감한 원뿔 세포와 색상에 민감한 P 세포 망막 신경절 세포의 농도가 훨씬 더 높고, 피질 확대도 더 크다는 점이다.[2] 반면 시야의 주변부에는 색상에 둔감한 간상 세포와 움직임에 민감한 M 세포 망막 신경절 세포의 농도가 더 높고 피질 표현이 더 작다. 간상 세포는 활성화에 훨씬 적은 빛이 필요하므로, 이러한 분포의 결과는 주변 시각이 중심와 시각에 비해 밤에 훨씬 더 민감하다(민감도는 약 20도의 편심에서 가장 높다).[2]

2. 3. 시야 측정

시야 측정에는 대좌법, 평면 시야계법, 동적 계량 시야 측정법(일반적으로 골드만 시야계가 사용됨), 정적 계량 시야 계측법(일반적으로 험프리 시야계가 사용됨)이 있다. 일반적으로는 한쪽 눈씩 측정한다. 앞서 언급했듯이, 겹치는 부분이 크기 때문에 시야 결손을 자각하기 어려운 면이 있어 녹내장 등의 질환을 조기에 발견하기 어려운 경우가 많다. 반대로 말하면 말기에 이르기까지 불편함을 자각하지 못할 가능성도 있다.

더욱 검사 수진을 촉진하기 위해, 눈의 움직임을 감지하는 카메라가 달린 헤드 마운트 디스플레이나 스마트폰에 장착하는 측정 기기를 사용한 간편한 검사 프로그램도 개발되고 있다.

2. 4. 시야 관련 질환


  • 시야 장애
  • * 동측 반맹
  • * 양측 측두 반맹

시야가 좁아지는 것을 '''시야 협착'''이라고 부른다. 녹내장, 망막 색소 변성증, 망막 박리, 뇌경색 등에서 발생한다.

2. 5. 시야 관련 현상


  • 대광반사 - 눈에 들어오는 빛의 양을 조절하기 위해 동공이 확대, 수축하는 현상이다.
  • 산동/축동 - 질환 등으로 인해 빛의 양과 관계없이 동공이 확대, 수축하는 현상이다.
  • 입체시, 공간 인식 능력
  • 색각
  • 필링 인 - 눈으로 보이고 있어도 눈의 상처나 맹점 등으로 인해 보이지 않는 부분이 생기지만, 뇌의 기능에 의해 보완되는 현상이다.
  • Troxler's fading영어 - 시야가 목표 이외에는 초점이 맞지 않게 되어 대상물 외에는 보이지 않게 되는 상태이다. 사격 경기 등 무언가에 집중해서 보고 있을 때 일어난다.
  • 그레이 아웃, 블랙아웃 (항공·우주) - 인체에 걸리는 G(중력가속도)에 의해 혈액이 뇌로 가지 않게 되어 시야가 어두워지고 보이지 않게 되는 현상이다.
  • 레드아웃 - 머리에 혈류가 집중되는 가속도가 걸렸을 때 시야가 붉어지는 현상이다.
  • 착각

3. 동물의 시야

동물의 종류에 따라서 시야는 크게 다르다. 주로 육식동물은 먹이를 노리기 위해 양안시가 가능한 쪽이 좋고, 눈이 얼굴 앞에 있기 때문에 좁다. 초식동물은 눈이 얼굴 옆에 있어서 양쪽 눈으로 보는 시야가 넓다. 이것은 육식동물을 가능한 한 빨리 발견하고, 거기서부터 도망치기 쉽도록 하기 위한 적응으로 생각된다.

4. 광학 기기의 시야

쌍안경이나 필드 스코프와 같은 광학 기기는 주로 각 시야와 선형 시야 두 가지 방식으로 시야를 나타낸다. 각 시야는 도(°) 단위로, 선형 시야는 길이의 비율로 표현된다.


  • 거울: 인간의 시야만으로는 사각이나 맹점이 생기기 때문에, 이를 보완하기 위해 백미러, 도어 미러, 곡면 거울 등이 설치된다.
  • 현미경: 현미경의 시야는 접안렌즈의 시야수(FN, Field Number)를 대물렌즈의 배율(Mo, magnification of objective)로나눈 값으로 결정된다.
  • 비디오 게임: Field of view in video games|비디오 게임 시야영어

4. 1. 시야 계산

많은 광학 기기, 특히 쌍안경이나 필드 스코프는 시야가 각 시야와 선형 시야 두 가지 방식으로 지정되어 광고된다. 각 시야는 일반적으로 도 단위로 지정되고, 선형 시야는 길이의 비율이다. 예를 들어, 5.8 도(각도) 시야를 가진 쌍안경은 1미터당 102mm의 (선형) 시야를 가진 것으로 광고될 수 있다. 시야(FOV)가 약 10도 미만인 경우, 다음 근사 공식을 사용하면 선형 시야와 각 시야 간에 변환할 수 있다. A를 도 단위의 각 시야, M을 미터당 밀리미터 단위의 선형 시야라고 하면, 소각 근사를 사용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.

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

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

4. 2. 망원경, 쌍안경, 안경

ISO 14132-1 (Optics and photonics)나 JIS B7121 등에서는 다음과 같이 정의한다.[1]

: tan ω' = Γ × tan ω

:* 외견 시야: 2ω' (각도)

:* 실 시야: 2ω (각도)

:* 배율: Γ

외견 시야는 렌즈 없이 망원경만 들여다볼 때 보이는 시야를 말하며, 실 시야는 배율이 적용된 상태에서 볼 수 있는 시야를 말한다.[1] 즉, 큰 망원경을 사용하면 먼 거리를 보기 위해 높은 배율을 적용해도 넓은 시야를 확보할 수 있다.[1]

4. 3. 현미경

현미경으로 볼 수 있는 시야는 실 시야(FOV, Field Of View) = 접안렌즈의 시야수(FN, Field Number) / 대물렌즈의 배율(Mo, magnification of objective)로 결정된다.

현미경 시야

4. 4. 카메라

카메라의 시야는 특정 위치와 공간 방향에서 카메라를 통해 보이는 세상의 일부를 말하며, 사진이 찍힐 때 시야 밖에 있는 물체는 사진에 기록되지 않는다. 이는 종종 시야각, 즉 뷰 콘의 각도 크기로 표현된다. 무한대에 초점을 맞춘 일반 렌즈의 경우, 대각선(또는 수평 또는 수직) 시야는 다음과 같이 계산할 수 있다.

:\mathrm{FOV} = 2 \times \arctan\left(\frac{\text{센서 크기}}{2f}\right)

여기서 f는 초점 거리이며, 센서 크기와 f는 동일한 길이 단위를 사용하고, FOV는 라디안 단위이다.

5. 머신 비전, 단층 촬영, 원격 탐사의 시야

머신 비전, 단층 촬영술, 원격 탐사 등 특수 분야에서도 시야는 중요한 개념이다.

머신 비전에서 렌즈의 초점 거리와 이미지 센서 크기는 시야와 작업 거리 간의 관계를 결정한다. 시야는 이미지 센서에 찍히는 검사 영역을 의미하며, 이미지 해상도에 영향을 준다.

단층 촬영술에서 시야는 각 단층 영상의 영역이다. 컴퓨터 단층 촬영술(CT)에서는 여러 단면을 합쳐 복셀 부피를 생성한다.

원격 탐사에서 ''순시 시야''(IFOV)는 감지기 요소(픽셀 센서)가 한 번에 전자기 복사에 민감하게 반응하는 입체각을 뜻한다.[8][9] IFOV는 공간 해상도 측정 단위이며, 알려진 센서 고도에 대해 가시적인 지상 영역 크기로 표현되기도 한다.

5. 1. 머신 비전

머신 비전에서 렌즈의 초점 거리와 이미지 센서 크기는 시야와 작업 거리 사이에 고정된 관계를 설정한다. 시야는 카메라의 이미지 센서에 캡처된 검사 영역이다. 시야의 크기와 카메라 이미지 센서의 크기는 이미지 해상도(정확성을 결정하는 한 요소)에 직접적인 영향을 미친다. 작업 거리는 렌즈 뒷면과 대상 물체 사이의 거리이다.

5. 2. 단층 촬영

컴퓨터 단층 촬영술(CT) (복부 CT 촬영)에서 시야(FOV)에 ''스캔 범위''를 곱하면 복셀 부피가 생성된다.


단층 촬영술에서 시야는 각 단층 영상의 영역을 의미한다. 예를 들어, 컴퓨터 단층 촬영술에서는 스캔 범위를 따라 여러 단면을 병합하여 이러한 단층 영상으로부터 복셀의 부피를 생성할 수 있다.

5. 3. 원격 탐사

원격 탐사에서 감지기 요소(픽셀 센서)가 한 번에 전자기 복사에 민감하게 반응하는 입체각을 ''순시 시야''(IFOV)라고 한다.[8][9] 이는 원격 탐사 영상 시스템의 공간 해상도를 측정하는 단위로, 알려진 센서 고도에 대해 가시적인 지상 영역의 크기로 표현되는 경우가 많다. 단일 픽셀 IFOV는 ''해상 픽셀 크기'', 지상 해상 거리, 지상 표본 거리, 변조 전달 함수 개념과 밀접하게 관련되어 있다.

6. 천문학에서의 시야

천문학에서 시야는 일반적으로 관측 장비가 관찰하는 각 면적으로 표현되며, 제곱도 또는 더 높은 배율의 기기의 경우 제곱 분각으로 표현된다. 허블 우주 망원경의 첨단 관측 카메라의 광시야 채널은 10제곱 분각의 시야를 가지며, 동일한 기기의 고해상도 채널은 0.15제곱 분각의 시야를 갖는다. 지상 기반 관측 망원경은 훨씬 더 넓은 시야를 갖는다. 영국 슈미트 망원경에서 사용된 사진 건판은 30제곱도의 시야를 가졌다. 1.8m(71인치) Pan-STARRS 망원경은 현재까지 가장 진보된 디지털 카메라를 갖추고 있으며 7제곱도의 시야를 갖는다. 근적외선 영역에서 UKIRT의 WFCAM은 0.2제곱도의 시야를 가지고 있으며, VISTA 망원경은 0.6제곱도의 시야를 갖는다. 최근까지 디지털 카메라는 사진 건판에 비해 좁은 시야만을 커버할 수 있었지만, 양자 효율, 선형성 및 다이내믹 레인지에서 사진 건판을 능가했으며, 처리도 훨씬 더 쉬워졌다.

7. 비디오 게임의 시야

비디오 게임에서 시야는 게임 세계를 바라보는 카메라의 시야를 의미하며, 사용된 스케일링 방식에 따라 달라진다.[1]

8. 전투 및 스포츠에서의 시야

숙련된 병사나 스포츠 선수들은 '자신의 시야'에 적을 포착하고, '적의 시야'에서 벗어나도록 전술적으로 움직인다. 예를 들어 축구의 경우, 눈앞의 적이나 공만 보는 것이 아니라, 그 외의 적과 아군을 순간적으로 훑어보고, 필드 전체를 조감 시점으로 인식한다.[11]

전투와 스포츠에서는 상대방의 시야를 이용하는 것도 매우 유효하다. 예를 들어, 일부러 자신의 모습을 보여 적을 유도하거나, 주의를 다른 곳으로 돌려 적의 뒤를 잡는 등, 자신에게 유리한 포지션을 확보한다. 복싱의 경우, 시야 밖에서 날아오는 펀치는 예상치 못한 공격이 되어 클린 히트하기 쉽다.

참조

[1] 논문 Restricting the field of view: Perceptual and performance effects
[2] 논문 Peripheral vision and pattern recognition: a review http://www.journalof[...]
[3] 서적 Visual Field Elsevier Science B.V. 2002
[4] 서적 An Introduction to Clinical Perimetry, Chpt. 1 Henry Kimpton 1938
[5] 논문 Seven myths on crowding and peripheral vision https://doi.org/10.1[...]
[6] 논문 Erratum. Corrections to: Strasburger, Rentschler & Jüttner (2011), Peripheral Vision and Pattern Recognition https://jov.arvojour[...] 2024-04
[7] 서적 Binocular vision and stereopsis https://books.google[...] Oxford University Press 2014-06-03
[8] 웹사이트 Quick Reference: instantaneous field of view http://www.oxfordref[...] Oxford University Press 2013-12-13
[9] 서적 Introduction to remote sensing https://books.google[...] Guilford Press
[10] 간행물 視野 visual field ... 視野とは,片目でまっすぐ前方を見つめた時に網膜が捉えうる空間の全領域を指す。 西村書店
[11] 웹사이트 バスケットボール選手のポジション特性別スポーツビジョンの研究 https://www.waseda.j[...]



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