Una acertada elección de una cámara CCTV (II)

Por: Bosch
En la entrega anterior de este artículo en el que se dan algunas pautas para seleccionar una acertada cámara CCTV, se abordaron temas como la señal de video, tipos de lentes, sensores e imagen, iris, entre otros. En esta ocasión continuaremos con otras recomendaciones importantes que usted debe tener en cuenta.

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:
• 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.

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 Bi- Direccional 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.

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.

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

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 (vea el ejemplo a continuación).

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.

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
En la mayoría de las imágenes tomadas a partir de la grabación de objetos en movimiento, los detalles suelen perder claridad dada la relativamente lenta velocidad del obturador de 1/50 seg. (o 1/60 seg.) utilizada en las cámaras CCTV estándares. Esto convierte la identificación de individuos y matrículas de vehículos, por ejemplo, en algo dificultoso e incluso imposible.

La solución es incrementar la velocidad del obturador para congelar la imagen, que sólo puede funcionar mientras haya suficiente luz. Incrementar la velocidad del obturador significa incrementar el nivel de la iluminación o la apertura de la lente para compensar la corta exposición. Una vez que el nivel de luz disminuye y la lente se encuentra totalmente abierta, el control automático de ganancias (AGC) puede ser activado para proveer mayores aumentos.

Sin embargo, cuando éste ha alcanzado su límite, la imagen simplemente se degrada hasta que se vuelve inutilizable. La cámara DinionXF de Bosch puede obtener imágenes precisas en movimiento durante un periodo extenso ya que combina características que trabajan en conjunto para mantener un desempeño óptimo. Al cambiar el modo de la cámara al Modo Obturador por defecto, usted puede determinar la velocidad a un valor por defecto (por ejemplo, 1/250 seg.).

Mientras exista suficiente luz en la escena para el control de la lente Auto Iris y AGC para producir una señal de video completa, la velocidad del obturador se mantendrá fija en el valor por defecto. Sólo cuando la luz falle, el control del obturador se encargará de reducir la velocidad del obturador hasta que el valor por defecto sea alcanzado. Las imágenes borrosas por movimiento recurrirán a esta velocidad más baja del obturador, pero esto es preferible a perder la señal de video por completo.

Este sistema de Obturador por Defecto provee videos sin imágenes borrosas por movimiento durante el tiempo que sea posible, y a la vez permite capturar imágenes en todo tipo de condiciones de luz.

Compensación de Cable
Las nuevas técnicas de procesamiento les han permitido a los fabricantes de cámaras llevar la resolución de las cámaras color hasta 540 líneas de TV (TVL). Sin embargo, 540 TVL sólo pueden alcanzar su completo beneficio si usted utiliza cables cortos; de otra forma, la atenuación en el cable reduce la resolución observada.

Para eliminar la necesidad de amplificadores adicionales para compensar la pérdida de estos cables, muchas cámaras Bosch poseen la opción de compensación de cables, que adapta el video de salida de la cámara para minimizar la pérdida ocasionada por los cables. Esta función alcanza componentes de alta frecuencia en la señal de salida que son responsables de los detalles más finos en la imagen – los cuales compensan las grandes pérdidas de alta frecuencia en el cable.

También, compensan la resistencia del cable al amplificar la energía DC y los componentes de baja frecuencia que son responsables de mantener la correcta sincronización de las imágenes brillantes. Usted puede seleccionar compensación del cable directamente en el display de la pantalla de la cámara. Puede ser determinado en tres tipos de cable coaxial con niveles de ecualización que son ajustables dentro de un amplio rango: puede compensar cables con un largo de hasta 2000 metros.

Sólo las cámaras Bosch con compensación de cable incorporada son capaces de
generar una resolución completa de 540 TVL para los grabadores y monitores en una terminal.

Si desea más información acerca de CCTV puede ingresar a www.boschsecurity.com