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Curso Básico de Circuito Cerrado de Televisión (CCTV)

Enviado por Edgar Tovar



Partes: 1, 2

  1. Introducción
  2. Aspectos Básicos de las Cámaras CCTV
  3. Sensores de Imagen
  4. Señal de video
  5. CCD Tamaño de la imagen
  6. Lentes
  7. Campo de visión
  8. Procesamiento de imagen
  9. Iluminación
  10. Reflejo de la escena
  11. Resolución
  12. Otros factores importantes
  13. Compensación Backlight (BLC)
  14. Procesamiento de señal digital avanzada
  15. Amplio rango dinámico
  16. Exposición inteligente
  17. Reducción Dinámica del Ruido
  18. Ajuste Auto Contraste
  19. Compensación de Cable
  20. Sistema CCTV
  21. Fuentes de Información

Introducción

Sin importar las tecnologías que usted utilice para diseñar e implementar un sistema de seguridad CCTV, existen cuestiones que deben ser tenidas en cuenta en todo tipo de situaciones. En primer lugar, ¿Qué información usted quiere que el sistema o los componentes provean? Existen tres respuestas posibles:

Detección – indicar si algo está ocurriendo en el área de interés.

Reconocimiento – determinar exactamente qué está ocurriendo.

Identificación – determinar quién está involucrado en la actividad.

Su respuesta afectará la clase de equipamiento que requerirá para una aplicación de CCTV. A su vez, existen otras consideraciones básicas que influencian el diseño del sistema de CCTV y entre ellas se encuentra obviamente el presupuesto. Estas incluyen:

• La calidad de imagen requerida.

• El tamaño del área de interés a ser observada.

• La luz disponible (puede existir la necesidad de luz suplementaria).

• El ambiente en el cual el equipamiento será utilizado (interior vs. exterior, estándar vs. alto riesgo de daño).

• La fuente de alimentación.

Cada uno de estos puntos afecta su diseño de CCTV. Por ejemplo, si se requiere una representación más precisa de una escena, sus especificaciones de diseño pueden requerir cámaras color en contraposición a las cámaras monocromáticas. Mientras que si lo que usted busca es mayor detalle y resolución, una cámara blanco y negro sensible a condiciones de poca luz o una cámara Día/Noche representan una mejor opción. Como una regla general, las cámaras color y los monitores deberán ser utilizados en sistemas cuyo propósito sea la identificación.

Aspectos Básicos de las Cámaras CCTV

La elección de la cámara de CCTV correcta puede parecer un proceso complejo ya que existen demasiados factores a tener en cuenta. Sin embargo, es importante resaltar que todas las cámaras están compuestas por tres elementos básicos:

• El sensor de imagen – convierte la imagen en señales electrónicas.

• Lente – une la luz reflejada del sujeto

• Circuito de procesamiento de imágenes – organiza, optimiza y transmite señales.

Las cámaras CCTV se encuentran disponibles en forma: monocromática, color y día/noche (combina color con monocromática).

Las ventajas de la cámara monocromática son la mayor resolución, los menores requerimientos de luz y en general son menos costosas. Por otra parte, la cámara color ofrece una mejor representación general de la escena (con la iluminación apropiada) y a la vez cuenta con capacidades mejoradas para la identificación y posterior persecución. Las cámaras día/noche ofrecen lo mejor de ambos mundos y en la actualidad se están transformando en la tecnología CCTV elegida por los consumidores tanto para aplicaciones interiores o exteriores.

Sensores de Imagen

El corazón de las cámaras de CCTV modernas es el sensor CCD (Charge Coupled Device). Un CCD consiste en un arreglo plano de fotodiodos pequeños y sensibles a la luz que convierten a esta última en señales eléctricas. Cada diodo produce un voltaje directamente proporcional a la cantidad de luz que cae sobre él. Ninguna luz produce un voltaje cero, y por lo tanto, un nivel negro. La máxima cantidad de luz produce un máximo nivel de voltaje (un nivel blanco). Entre estos extremos se encuentran todas las gamas del gris. En el caso de una cámara color, una señal de crominancia es superpuesta a la señal de luminosidad para llevar la información correspondiente al color.

La cámara procesa esta señal eléctrica y la convierte en salida de señal de video, la cual es entonces grabada o reproducida en un monitor. El rango de los niveles de luz que un CCD puede manejar se encuentra de alguna forma limitado, por lo que el rango de luz que el CCD recibe debe ser restringido dentro de ciertos límites.

Señal de video

Todas las imágenes en movimiento son en realidad formadas por imágenes estáticas únicas – o cuadros. Cada cuadro está compuesto por dos campos. Un campo de video se crea cuando el CCD es escaneado en forma vertical y horizontal exactamente 262 veces y media – y esto se reproduce en el monitor. Un segundo escaneo de 262 líneas y media se realiza exactamente media línea más abajo y se vincula con el primer escaneo para formar una foto con 525 líneas. Cuando estos dos campos se encuentran apropiadamente sincronizados en un ratio de 2:1, forman un completo cuadro de video.

Las cámaras CCTV utilizan un generador interno o la alimentación AC para sincronizar sus procesos de creación de video en movimiento. En países como Estados Unidos que utilizan corriente alternativa de 60 Hz. (ciclos), cada segundo de video contiene 60 campos, que forman 30 cuadros. En Europa y otras regiones utilizan 50 ciclos por lo que existen 50 campos y 25 cuadros de video por segundo. Para el ojo humano, estos cuadros de video aparecen como imágenes en movimiento.

La tensión de video total producida se mide desde el fondo del pulso de sincronización hasta lo más alto del nivel blanco, generando así una tensión pico a pico (p/p) de un volt. La señal de luminancia arranca desde 0.3 volts hasta la tensión máxima de 0.7 volts. Esta señal compleja es conocida como una señal de vídeo compuesta ya que la información de video y de sincronización se combina en una única señal.

CCD Tamaño de la imagen

Las primeras cámaras CCTV contaban con un tubo circular como sensor. El tamaño de la imagen era determinado por el diámetro del tubo, el cual es la medida diagonal de la foto.

Aunque hoy en día los sensores CCD son planos, chips de silicona de forma rectangular, este método de medición es todavía utilizado.

Los CCD más grandes captan más luz, y por lo tanto tienden a ser más sensibles que los CCD en formato más pequeño.

Los precios de las cámaras se incrementan con el tamaño del sensor. Por tanto, la selección del tamaño del sensor debe adecuarse tanto a su presupuesto como a la aplicación.

Por favor note que el tamaño del sensor mostrado en el diagrama debe ser considerado en relación a la lente seleccionada dado que las lentes son también diseñadas para tamaños de sensores específicos.

Lentes

Las lentes son los "ojos" de un sistema de CCTV. Son esenciales para la creación de funciones de video. Las lentes ejecutan dos funciones principales. Primero, determinan la escena que podrá visualizarse en el monitor – esta es una función de la distancia focal. Segundo, controlan la cantidad de luz que alcanza el sensor – esta es una función del iris. La distancia focal puede ser fija o variable (Ej. una lente con zoom). El iris puede ajustarse manualmente o la cámara puede hacerlo en forma automática.

Tipos de lente

¿Cómo puede determinar la mejor lente para cada situación?

Las lentes poseen muchas características que deben ser compatibles con sus requerimientos.

Lentes de distancia focal fija

Las lentes fijas son el tipo de lente más simple, y por lo tanto son las menos costosas. Su distancia focal predeterminada requiere un preciso cálculo para la selección de la lente que mejor se adecue a la ubicación. Esta decisión debe estar basada en el tamaño deseado del área de visualización y su distancia desde la cámara. El tamaño de las lentes puede variar, desde un angosto de campo de visión 30 grados para permitir más detalle a una distancia dada hasta uno más amplio de 90 grados de campo de visión conocida como gran angular.

Lentes varifocales

Las lentes varifocales ofrecen mayor flexibilidad, permitiendo el ajuste del campo de visión en forma manual. Aunque son poco más costosos, estas lentes son muy populares ya que usted puede obtener un ajuste más preciso de la escena.

También, simplifican el proceso de especificación, ya que un campo de visión flexible significa que sólo se puede seleccionar una única lente para todas las cámaras en un sistema completo.

Lentes con corrección por IR

El ojo humano ve la porción de "luz visible" del espectro (más allá que la luz visible es una luz del espectro que incluye la luz infrarroja). La luz IR afecta negativamente la exactitud de la reproducción del color, por esta razón, todas las cámaras color emplean un filtro de bloqueo IR para minimizar o eliminar la luz que alcanza al sensor imaging. Esto significa que las lentes con corrección por IR no son necesarias en las cámaras color estándar.

Las cámaras Día/Noche y las monocromáticas pueden beneficiarse de las lentes con corrección por IR. El dispositivo CCD dentro de la cámara de seguridad puede detectar la luz IR y utilizarla para ayudar a iluminar el área observada. De hecho, utilizar lentes ordinarias en cámaras monocromáticas o día/noche suele generar resultados borrosos o incluso imágenes fuera de foco. Esto se produce ya que la longitud de onda de la luz IR difiere de la luz visible, por lo que el punto de foco de la luz IR se ve desplazado en comparación a la luz visible.

En consecuencia, cuando se utilizan lentes ordinarias y se configura el foco en el día, la foto se sale de foco o se torna borrosa durante la noche cuando se utilice la iluminación IR – y viceversa. Este problema puede ser corregido mediante la utilización de las lentes con corrección por IR, que se enfocan tanto en la luz visible como en la infrarroja en un mismo plano vertical.

Las lentes con corrección por IR no se utilizan únicamente con la iluminación IR durante la noche, muchas de las fuentes de luz incluyen una porción de luz IR del espectro. Por tanto, las lentes en una cámara monocromática o día/noche proveen una imagen más fuerte dado que toda la luz se focaliza. Asimismo, usted obtendrá una imagen más texturada en comparación a las lentes ordinarias.

Lentes zoom motorizados

Las lentes zoom son las más complejas pero ofrecen una gran funcionalidad. Éstas pueden ser ajustadas remotamente para permitir la variación de la distancia focal y mantener el foco mientras se realiza el seguimiento. Esto significa que una lente puede ser utilizada para cubrir un área más amplia – hasta que se detecte un intruso. En ese momento, usted puede realizar un acercamiento para captar los detalles de la cara.

Generalmente, las lentes zoom incorporan un zoom motorizado, funciones de foco y auto-iris para permitir su máxima utilización.

Formato de la lente

Las lentes son a la vez clasificadas de acuerdo al tamaño de la imagen. El formato de la lente (1/2", 1/3", 1/4", etc.) deriva del ratio del diámetro para la imagen disponible producida.

Mientras que es más económico unir el formato de la lente con el tamaño del sensor de la cámara, es posible utilizar una lente más grande en una cámara de menor tamaño (imagen) – dado que la imagen sólo requiere un tamaño mínimo del largo del sensor.

Utilizar una lente más grande, puede ser en ocasiones más beneficioso, ya que ofrece una gran profundidad de campo (el rango de distancia de la lente antes de los objetos se encuentra muy lejos para estar en foco).

A su vez, la existencia de lentes más grandes significa que la imagen del área utilizada es tomada por completo desde la central, la parte más plana de la lente – causando una menor distorsión en las esquinas y ofreciendo un mejor foco.

Montaje de lentes

Las lentes de CCTV utilizan montajes "C" o "CS" que especifican el tipo de anillo adaptador de lente y sus dimensiones. La diferencia entre los dos tipos es la distancia desde la parte posterior de la pestaña de montaje hasta la cara del sensor. Esto es conocido como la "distancia posterior de la pestaña". Con las lentes CS, la distancia es más corta, permitiendo el uso de vidrios en menores cantidades y en menor tamaño, generando un diseño más compacto de lentes.

La mayoría de las cámaras actuales utilizan montaje de lente tipo CS. Una lente CS puede ser utilizada únicamente en una cámara con un formato de montaje CS. Una lente de montaje C puede ser utilizada en una cámara de montaje CS sumando un anillo adaptador de 5 mm.

El tipo de anillo adaptador de lentes y sus dimensiones son idénticos para ambos tipos de lentes, por lo que cualquiera de los dos puede ser montado en las cámaras con cualquier tipo de montaje sin causar ningún daño.

Sin embargo, las lentes no son totalmente intercambiables; la combinación lente/montaje incorrecta haría imposible hacer foco en la cámara.

Distancia focal

La distancia focal es la distancia entre el centro de la lente y el sensor de imagen. Los rayos de objetos distantes son condensados internamente en la lente en un punto común del eje óptico. El punto en el que se posiciona el sensor de imagen de la cámara CCTV es llamado punto focal. Por diseño, las lentes poseen dos puntos principales: un punto principal primario y uno secundario. La distancia entre el punto principal secundario y el punto focal (sensor de imagen) determina la distancia focal de la lente.

La medida de la distancia focal se expresa en milímetros. Las lentes son definidas como normales, gran angular o telefoto de acuerdo a su distancia focal. Por ejemplo, en un formato de cámara de 1/3", una lente de 8 mm. es normal ya que es capaz de capturar un amplio campo de visión.

Contrariamente, una lente de 125 mm. en la misma cámara, en el mismo lugar observa un campo de visión más angosto aunque los objetos se amplíen significativamente (lente de largo alcance).

Campo de visión

El campo de visión es la medida de cuan grande es el área que una cámara de CCTV es capaz de observar. El FOV está basado en la cámara y la lente. Por ejemplo, el diagrama más abajo muestra un cuarto de 15"x15". La lente de 4 mm. (Flechas verdes) permite una mejor cobertura de visualización del gran angular que una lente de 12 mm.

(Flechas rojas).

En aplicaciones donde una visualización más cercana es necesaria (por ejemplo, sobre una caja registradora o a una gran distancia), una lente de 8 mm. ó 12 mm. resulta una mejor opción. La misma cámara a una distancia de 21 pies con una lente de 12 mm., el FOV será de aproximadamente 6" vertical y 9" horizontal.

Al incrementar la distancia focal de la lente disminuye la distancia percibida al área visualizada, pero también disminuye el área que la cámara es capaz de observar.

Observe el diagrama FOV que se encuentra a continuación para las visualizaciones aproximadas con diferentes lentes de distancia focal.

Iris

El iris controla la cantidad de luz que bloquea la cara del sensor de imagen. Para proveer un óptimo desempeño, es crítico que no haya ni demasiada ni muy poca luz en el sensor de la cámara. Si mucha luz golpea el sensor de imagen, la imagen se "decolora" (la imagen es toda blanca o porciones de la imagen son "muy calientes", donde las superficies con colores claros pierden detalles). Cerrando el iris se corrige esto. En el otro extremo, muy poca luz golpeando la imagen del sensor genera una imagen negra o sólo los objetos más brillantes se tornan visibles. Abrir el iris corrige esta situación. Los irises pueden ser fijos, operar manualmente u operar automáticamente.

Iris fijo

Una lente de iris fijo no ofrece ajustes para las diferentes condiciones de iluminación por lo que es limitada y no conveniente para aplicaciones donde se requieran detalles muy puntuales en forma constante. Un iris manual puede ser ajustado en el momento de la instalación, permitiendo la obtención de una imagen óptima para un nivel fijo de iluminación.

Iris manual

Las lentes de iris manual son más convenientes para aplicaciones interiores, donde el nivel de iluminación es controlable y consistente. Para un uso exterior (donde las condiciones suelen ser más variables), un iris automático ofrece el mejor desempeño, dado que la apertura automática del mismo se ajusta para crear la imagen óptima monitoreando la señal de salida de la cámara. La característica final del la lente a tener en cuenta es la captura de luz según la velocidad de la lente, la cual se expresa como un número f-stop. Esto literalmente mide la cantidad de luz capturada por la lente en un periodo de tiempo dado. Cuanto menor sea el rango de f-stop, mayor cantidad de luz podrá ser transmitida.

Iris electrónico

En cámaras con control de iris automático, el circuito continuamente muestra la cantidad de golpes que da la luz al sensor de imagen, abriendo o cerrando el iris según corresponda.

El Auto iris es especialmente valioso en configuraciones donde los niveles de luz se encuentren en constante cambio – por ejemplo, locaciones exteriores.

Apertura (f-stop)

La apertura es el tamaño de abertura del iris – las aberturas de la apertura se expresan en f-stops. Un f-stop menor se traduce en una mayor abertura, resultando en una mayor cantidad de luz atravesando la lente a la imagen del sensor.

Esto es también conocido como un lente más veloz. En cambio, un más largo f-stop significa una menor abertura, con menor cantidad de luz transmitida a través de la lente.

Procesamiento de imagen

Existen algunos factores que confirman una especificación competa de cámara, y se encuentran interrelacionados. Los tres más importantes a la hora de seleccionar una cámara son:

• Sensibilidad

• Iluminación

• Resolución

La correcta selección de cámaras para su sistema de CCTV es vital para maximizar la efectividad del mismo. Por otro lado, con el conjunto de cámaras disponible en la actualidad, usted podría seleccionar cámaras "sobre calificadas" – aquellas con más capacidades que las requeridas por la aplicación. Elegir cámaras con funciones que compatibilicen con las necesidades de un trabajo dado ayuda a ahorrar significativamente en costos y a expandirse o a mejorar su completo sistema. Por tanto, cuando seleccione una cámara, es importante conocer la razón, el lugar y bajo que condiciones la cámara será utilizada. Usted puede entonces combinar las especificaciones y capacidades de la cámara con sus aplicaciones.

Sensibilidad de la cámara

La sensibilidad describe la habilidad de la cámara para "hacer fotos" en varios niveles de iluminación. A mayor sensibilidad, la cámara requiere menos iluminación para producir imágenes utilizables. Los términos "video utilizable" y "video completo" suelen ser utilizados en charlas de sensibilidad. Una imagen que contiene algunos detalles reconocibles, pero que a la vez posee áreas negras en las que los detalles no pueden observarse claramente puede ser considerada como utilizable.

Como se puede ver en la imagen más arriba, utilizando una cámara con alta sensibilidad (o agregando más luz a la misma escena) aparecerán detalles en áreas donde sólo existía oscuridad. Cuando todos los objetos en una imagen son visibles, se la describe como "video completo". Video completo es 0.714 volts pico a pico más 100 IRE (1 IRE = .714 mv). El video utilizable generalmente se encuentra entre los 15 y 50 IRE.

La sensibilidad de la cámara mide la cantidad de luz requerida para proveer una señal estándar de video. Los valores de sensibilidad de vídeo son típicamente indicados en lux. La mayoría de las especificaciones proveen los niveles de luz de los videos aptos y completos. Por tanto, a la hora de considerar la sensibilidad de una cámara, es importante conocer las condiciones de luz bajo las cuales la cámara será utilizada.

También, usted debería determinar cuan alta deberá ser la sensibilidad para producir un video utilizable con la cantidad mínima de luz disponible en el sitio de vigilancia. Existen cámaras disponibles que pueden generar imágenes en situaciones de poca o ninguna luz. Por ejemplo, las cámaras día/noche (IR-sensibles) pueden producir imágenes con sólo la iluminación de las estrellas.

Iluminación

Elegir la cámara correcta para operar en condiciones ambientales de luz puede ser la especificación más importante, aunque la más engañosa, de entender.

La iluminación se refiere a la luz que cae en una escena. Estrictamente hablando, la iluminación no es una función de la cámara. Sin embargo, es un tema crítico cuando se considera una cámara para un área dada. La iluminación adecuada es esencial para adquirir imágenes que le permitan al personal de seguridad monitorear un área (detección), observar actividad en la ubicación (reconocimiento), e identificar acciones específicas, objetos, o personas (identificación).

La cantidad de iluminación que alcanza una escena depende del momento del día y las condiciones atmosféricas. La luz del sol en forma directa produce escenas de alto contraste, permitiendo la identificación máxima de objetos. En un día nublado, la cámara recibe menos luz generando un menor contraste.

Para producir una imagen de cámara óptima bajo una amplia variación en alto nivel (tal como ocurre cuando el sol es cubierto por las nubes), usted necesita un sistema de cámara con iris automático. Típicamente, la iluminación de la escena se mide en foot-candles (fc) que pueden variar en un rango de 10.000 a 1 (o más).

El cuadro más abajo resume los altos niveles que ocurren bajo las condiciones de iluminación durante la jornada y las horas de poca luz. La medida métrica equivalente del alto nivel (lux) comparada con la condición (fc) es dada.

La regla de oro para decidir qué cámara emplear para una condición de iluminación dada no es elegir una que entregue una imagen apenas apta para el uso. Trate de dar a la cámara aproximadamente 10 veces la iluminación mínima de la escena. La mayoría de las cámaras serán capaces de manejar el exceso de luz. Sin embargo, el mayor problema se presenta cuando no cuentan con la suficiente luz para producir una imagen.

Reflejo de la escena

Se debe mantener en mente que la cámara (como el ojo humano) procesa la luz reflejada – luz que es reflejada sobre los objetos y las personas que se encuentran en el campo de visión.

La luz golpea el objeto y rebota en él. Entonces, la luz pasa a través de la lente, golpea el sensor de imagen, y crea una imagen. Diferentes materiales reflejan la luz a distintas velocidades. El cuadro más abajo muestra algunas áreas u objetos y sus correspondientes valores de reflexión – o el porcentaje de luz que se refleja en ellos.

La cantidad de iluminación disponible, junto con la sensibilidad de la cámara, representan información crucial a la hora de elegir una cámara para su aplicación. La iluminación y la sensibilidad poseen una relación inversa: es decir, mayor luz requiere menos sensibilidad y con menos cantidad de luz, mayor sensibilidad es requerida.

Resolución

La resolución es la medida en la que usted puede observar los detalles en una imagen. Para sistemas analógicos, esto es típicamente medido en Líneas de Televisión (TVL). Cuanta más alta la resolución, mejor la definición y la claridad de la imagen. La cámara "escanea" una imagen en una serie de líneas operando en forma horizontal. Cada línea horizontal está compuesta por un número de elementos. Una vez que la primera línea es escaneada, se continúa con la segunda línea y así sucesivamente. La resolución es una medida de la cantidad de ambas las líneas y los elementos componentes que conforman cada línea. En una cámara CCD, la resolución tiene una relación directa con el número de píxeles en el sensor de imagen CCD.

Las medidas de resolución miden el número de líneas horizontales que una cámara emplea para producir una imagen. La resolución horizontal mide el número de elementos que conforman cada línea horizontal. Las resoluciones verticales y horizontales típicamente rinden un ratio de relación de 3:4 (ej. 600 líneas verticales para 800 elementos en cada línea). La resolución de la cámara CCTV se encuentra usualmente en un rango entre 380 y 540 TVL.

Cuanto más alta la resolución de la cámara, mas detalles serán visibles (dado que las líneas están más cerca y pueden existir más elementos en cada línea individual). La baja resolución de las cámaras produce imágenes con menores detalles.

Otros factores importantes

Sumados a las consideraciones primarias a la hora de seleccionar una cámara, existen otros factores que afectan la calidad de imagen. Estos incluyen:

• Ratio señal a ruido

• Control automático de ganancias

• Obturador automático

• Compensación backlight

• Ajustes electrónicos y manuales

• Procesamiento de Señal Digital Avanzado (DSP)

Obturador Automático

El control del obturador automático agrega mayor flexibilidad a la cámara mediante el control de la calidad de la luz. Las fuentes de iluminación están compuestas por diferentes longitudes de onda de luz.

Por ejemplo, la luz del sol es prácticamente una forma pura de luz blanca – cada longitud de onda está presente en cantidades equivalentes reforzadas.

Sin embargo, en otras clases de luz (fluorescentes, hogareñas, lamparitas, luces de la calle a vapor de sodio, etc.), las longitudes de onda se encuentran inigualablemente representadas. Estas diferencias pueden ser extremas, resultando en una calidad de imagen significativamente degradada.

Mientras que el ojo humano es capaz de compensar muchas de estas diferencias, una cámara color necesita un circuito especializado. Los obturadores automáticos compensan los cambios en la calidad de la luz. De este modo, una cámara exterior con control de obturador automático puede producir imágenes precisas en un estacionamiento durante el día, como también bajo iluminación artificial.

Obturar es una función de la cámara. Las cámaras básicas muestran o "observan" una imagen a una tasa de 60 veces por segundo (la velocidad de un obturador de 1/60). La tecnología de procesamiento de señal digital en la cámara ha sido mejorada. Por tanto, este circuito puede analizar la señal de video y si es necesario cambiar la frecuencia de muestreo de la imagen a hasta 100.000 veces por segundo. Esto permite que las imágenes más oscuras puedan ser sometidas a una mayor cantidad de muestreos "digitales", utilicen la luz existente y produzcan así mejores imágenes.

Compensación Backlight (BLC)

Backlight es la luz detrás del objeto de interés en una escena. Este puede ser el mayor problema, especialmente en las cámaras que deberán ser ajustadas en algunas ocasiones para mantener el brillo del fondo en niveles aceptables.

Piense acerca de una cámara apuntando hacia una puerta que se encuentra al final de un largo y oscuro corredor. Cuando alguien abre la puerta y camina por el corredor, la cámara intentará compensar el repentino brillo que proviene del exterior. El resultado será que la persona en el corredor aparecerá como una silueta y los detalles se perderán en la "sombra". En casos extremos, puede que no se distinga ningún detalle. Las cámaras deben contar con una compensación backlight para salvar esta situación.

La compensación backlight está compuesta por el circuito de la cámara que reproduce la escena y supone que los objetos en foco son los objetos de interés, y que los niveles de luz deben ser optimizados para estos objetos. Niveles de luz de fondo extremadamente altos pueden ser apagados selectivamente mientras se mantengan niveles óptimos en los objetos de interés.

Ajustes manuales y electrónicos

Como todo componente electrónicamente sofisticado, las cámaras requieren ajustes periódicos para mantener el alto rendimiento. Estos ajustes deben ser realizados manualmente en la mayoría de los casos. Las cámaras más nuevas permiten que los ajustes se realicen en forma electrónica desde sitios remotos – y los beneficios son claros:

• Correcciones inmediatas en caso de ser necesarias.

• Los ajustes se realizan instantáneamente desde una ubicación central.

Considere una cámara montada en un poste de un estacionamiento. Un técnico puede realizar ajustes a esta cámara sin preocuparse por el clima, y sin tener que trepar una escalera o usar una grúa. Así, usted puede ahorrar tiempo valioso, disminuye las posibilidades de accidentes y hay menos interrupciones en la operación.

Por ejemplo, la tecnología de Comunicación Blinx BiDireccional de Bosch utiliza un coaxil de CCTV convencional, un UTP (par trenzado no apantallado) y vínculos de transmisión de video vía fibra óptica para comunicar información de y hacia la cámara. La tecnología Blix embebe el control y los comandos de configuración en la señal de video, habilitando muchas funciones que solían requerir acceso directo a la cámara o un cableado separado para trabajar sobre un cable de video.

Procesamiento de señal digital avanzada

Los primeros intentos para desarrollar cámaras de video con una resolución y sensibilidad tan buena como el ojo humano – en teoría el objetivo principal – no fueron muy exitosos.

Esto sucedió porque el ojo presenta una imagen tridimensional al cerebro, que utiliza un alto grado de paralelismo en el procesamiento de la imagen. La capacidad del cerebro para interpretar el contenido de la imagen al mismo tiempo contribuye a una optimización inteligente y sofisticada de la imagen.

La aplicación de la tecnología digital dentro de la cámara proviene de la necesidad de mejorar la calidad de la imagen, la sensibilidad y el rango dinámico. La tecnología DSP y la serie de chips CCD avanzados producen un número excepcionalmente alto de niveles de gris, resultando en un rango dinámico y una reproducción de detalles dentro de imágenes de alta calidad en escenas de mucha y poca luz.

Claramente, el desempeño del control de la cámara incluye la flexibilidad del manejo de la misma a través de la propia pantalla del monitor, el cual es crítico a la hora de realizar una elección.

La calidad de la imagen de una cámara CCD está relacionada directamente con el número de niveles de gris que puedan ser procesados, los cuales son controlados por la arquitectura DSP"s. Por ejemplo, un procesador de 1 bit puede generar una imagen similar a la producida por una impresora de matriz, mientras que un procesador de 4 bits provee 16 niveles de gris para producir una mejor imagen.

La mayoría de las cámaras de seguridad utilizan procesadores de 10 bits y son capaces de producir imágenes con 1024 niveles de gris, entregando variaciones relativamente suaves de luz a oscuridad. Las cámaras Dinion emplean un procesamiento de señal digital de 15 bits, que provee un incremento de 32 veces el número de niveles de gris y precisión de color en comparación con un DSP de 10 bits, produciendo lo que el ojo interpreta como variación virtualmente continua del nivel de gris. Esto resulta en una excepcionalmente precisa reproducción de imágenes con un amplio rango dinámico y colores vivos sobre un amplio espectro.

Amplio rango dinámico

Aproximadamente definido, el rango dinámico de la cámara es la diferencia entre en el nivel máximo y mínimo de los niveles de señal aceptables. Si parte de una escena es iluminada pobremente, existen altas chances que no haya suficientes fotos provenientes de esa área para ser convertidas en una señal electrónica significativa. El detalle en la oscuridad no será "observado" por la cámara. Por el contrario, si una parte de la escena se encuentra altamente iluminada (por ejemplo, la luz del sol que entra a través de una ventana), la imagen de esa área puede parecer descolorida. En el peor de los escenarios, la escena, puede y usualmente lo hace, contener áreas con niveles de iluminación extremadamente altos y bajos.

El rango dinámico es la habilidad del chip imaging para convertir luz en información. Cuanto más amplio sea el rango dinámico de la cámara, mejor será la habilidad de la misma para enfrentar estos contrastes extremos de luz. Para implementar la característica XF-Dynamic, la Dinion DSP de 15 bits de Bosch utiliza una función conocida como control de histograma para lograr más detalles en la imagen al amplificar las variaciones por minuto en la iluminación (vea el ejemplo). La iluminación de cada píxel en una escena obtenida por el CCD es grabada en un histograma de luminosidad que organiza los píxeles en 32,767 niveles de gris – en un rango que va desde el negro hasta el máximo brillo en una escena.

La función de transferencia de cámara (la curva definiendo la salida como una función de la entrada), en lugar de ser una línea recta simple como una cámara normal, automáticamente se incrementa fuertemente en regiones con alta densidad de información y con menor fuerza en regiones con menor densidad de información.

Esto crea un histograma de luminosidad más uniformemente distribuido en la salida de la cámara.

Las escenas de bajo contraste son típicamente caracterizadas por una cuenta muy alta de píxeles en sólo algunos niveles de gris. En dichas escenas, el histograma reduce el número de píxeles en estos niveles de gris. Al mismo tiempo, se incrementa la cuenta de píxeles en otros niveles (menos bien representados) para ajustar el contraste sobre toda la imagen y resaltar así la mayor cantidad de detalles.

Exposición inteligente

Otro aspecto del rango dinámico amplio permitido por la característica XF-Dynamic de la DinionXF es que ofrece una importante ventaja por sobre la alternativa de "tecnología de doble exposición" utilizada en otros sistemas de seguridad con cámaras. Aquí, una larga exposición de tiempo de acumulación de aproximadamente 1/50 seg. (para PAL) o 1/60 seg. (para NTSC) es utilizada para las áreas oscuras de una escena, y una corta exposición de aproximadamente 1/1000 segundo o menos es utilizada para las áreas brillantes. Una combinación "inteligente" de estas dos exposiciones es entonces hecha – en principio, esto debería poseer lo mejor de ambos mundos, acentuando todos los detalles de la escena sin sobre exposiciones de los puntos brillantes. En la práctica, la combinación óptima es difícil de lograr y compromete, especialmente, todo cambio entre escenas diurnas y nocturnas, resultando en una exposición menor a la óptima y en una calidad de imagen degradada.

Integración de cuadros

Algunas cámaras incluyen técnicas de integración de cuadros para intentar ajustar los problemas relacionados con la obtención de imágenes claras en condiciones de poca luz. Se utiliza una velocidad más lenta del obturador para capturar la suficiente luz en las áreas más oscuras de la escena. Bosch incrementa la sensibilidad de la DinionXF mejorando el tiempo de acumulación de la imagen. Al reducir la velocidad del obturador, se incrementan el tiempo de acumulación y la sensibilidad incluso un poco más. Las cámaras de seguridad convencionales se ven limitadas por la tasa de cuadros de vigilancia de monitoreo a un máximo de 1/50 segundo (o 1/60 segundos) para crear una señal de salida video-compatible.

La DinionXF soluciona este problema desacoplando la acumulación de imágenes del video a través de una característica llamada SensUp. Esto mejora notablemente la efectividad de la sensibilidad. La imagen acumulada es almacenada en la memoria y mostrada cada 1/50 segundos (o 1/60 segundos) para crear una señal de salida videocompatible, con la memoria en constante actualización cada 1/5 segundos. La ventaja del SensUp es que en lugar de funcionar en pasos, como la mayoría de las cámaras, utiliza un ajuste continúo de la velocidad del obturador para un control suave del nivel de video. Esto lo hace más efectivo en situaciones donde no se cuente con iluminación artificial (vea el ejemplo).

Reducción Dinámica del Ruido

Las escenas ruidosas grabadas pueden incrementar dramáticamente el tamaño de los archivos digitales (los cuales son generalmente archivados con el tiempo en un disco duro remoto). En casos extremos, las escenas ruidosas pueden reducir el periodo del archivo – por ejemplo, de un mes de video a no más de una semana. El ruido electrónico es causado por un número de fuentes, incluyendo la atenuación de cables, los efectos térmicos, y la sobre-amplificación. Vale aclarar que la cámara misma puede ser una fuente de ruido.

Algunas cámaras incluyen la Reducción Dinámica de Ruido (DNR) para mejorar la calidad de imagen reduciendo o cancelando ruido electrónico, especialmente en condiciones de poca luz. El sistema DNR en la cámara DinionXF de Bosch elimina el ruido al comparar las imágenes producidas a lo largo del tiempo. Un poderoso algoritmo desarrollado para el procesador DSP de 15 bits realiza entonces una auditoria píxel por píxel de las imágenes – y cualquier cambio pequeño o al azar que puede ser un síntoma de ruido es automáticamente eliminado de la escena

Ratio de Señal a Ruido

El ratio de Señal a Ruido (ratio s/n) es el ratio que indica el nivel de señal de video presente en la imagen. El ruido en una imagen disminuye la definición de la misma. La unidad para expresar este ratio s/n es los decibeles (dB), pero también puede ser expresada como un ratio.

Un ratio de señal-a-ruido de 40 dB es equivalente a un ratio de 100:1, lo que significa que la señal es 100 veces el nivel de ruido. Por otra parte, el ruido es 1/100 de la señal. En un ratio señal-a-ruido de 20 dB, el ruido es 10% de la señal y producirá una imagen inaceptable. La siguiente tabla provee una guía de la calidad que usted puede esperar en distintos niveles del ratio señal-a-ruido.

Existen muchas fuentes para el ruido, incluyendo un diseño pobre del circuito, el calor, la sobre amplificación, influencias externas, y el control automático de ganancias, como también los sistemas de transmisión tales como microondas e infrarrojos. El ratio señal-a-ruido es una medida importante sobre la calidad del video: cuanto más grande el ratio señal-aruido, mejor será la calidad de la imagen generada por la cámara.

Ajuste Auto Contraste

La Niebla, la neblina, la bruma y el resplandor reducen significativamente el contraste de la imagen y pueden hacer casi imposible el reconocimiento (o incluso la detección). La avanzada energía de procesamiento de 15 bits DSPs provee mejoras significativas en contraste mediante el incremento del alcance del rango dinámico de la cámara. Utilizando la función XF-Dynamic Auto Black, la cámara DinionXF dinámicamente ajusta los niveles de iluminación en las escenas para reducir las áreas más oscuras a (casi) negro. Esta función mejora el contraste en las imágenes oscurecidas por "velos" de neblina o en las que el contraste se reduce por niebla o bruma. La función Auto Black es la más efectiva en situaciones dentro de un ambiente, tales como una discoteca con poca luz y humo de cigarrillo.

Reducción de Imágenes Borrosas por Movimiento

Partes: 1, 2

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