Cámaras megapíxeles.

Cámaras megapíxeles.

La televisión de alta definición es la principal tendencia en el desarrollo de CCTV en los próximos años. Nadie tiene dudas al respecto. Además, el sector de equipos de vídeo de consumo ya ha superado las fronteras del formato analógico. Las cámaras de fotografía y vídeo de megapíxeles se han convertido en dispositivos cotidianos a precios razonables. El consumidor espera un nivel cualitativamente nuevo en el sector de CCTV. Sin embargo, a pesar de la aparición de cámaras megapíxeles especializadas para sistemas de seguridad, su uso todavía está asociado a una serie de restricciones. La naturaleza de estas limitaciones radica en la esencia misma de una cámara megapíxel como fuente de imágenes de alta resolución, así como en la complejidad y alto costo de crear un sistema basado en estos dispositivos.
En esta publicación lo abordaré. Toca algunos de ellos.

Sensibilidad y velocidad de imagen
Las cámaras megapíxeles utilizan matrices sensibles a la luz CCD (dispositivo de carga acoplada) y CMOS (estructura semiconductora de óxido metálico complementario) como generadores de imágenes. Las diferencias fundamentales entre estos dos tipos de matrices se muestran en la tabla.

El principal factor que limita el uso de matrices CCD de megapíxeles es la baja velocidad de lectura de la carga y, como consecuencia, la incapacidad de proporcionar altas velocidades de formación de imágenes. Para cámaras de 1,5 a 2 MP, este valor es de 15 a 12 fotogramas/s. Cuanto mayor sea la resolución de la matriz, menor será la velocidad de formación de la imagen. La tecnología CMOS, que combina un elemento fotosensible y un chip de procesamiento, permite altas frecuencias de actualización de cuadros incluso para sensores de 3MP. Al mismo tiempo, el coste de una matriz CMOS es menor que el de un CCD de resolución similar.
Por otro lado, la mayor relación señal-ruido y la alta sensibilidad de las cámaras basadas en CCD hacen que esta tecnología sea más preferible para los sistemas de seguridad. También es necesario comprender que a medida que aumenta la resolución, la sensibilidad de la matriz disminuye debido a una disminución en el área de píxeles. La sensibilidad característica de las cámaras CMOS de megapíxeles es 30 veces menor en comparación con las cámaras CCD analógicas tradicionales.
Sin embargo, la tecnología CMOS está mejorando y, dada la creciente demanda de mayor resolución, las cámaras de megapíxeles basadas en matrices CMOS están empezando a dominar el mercado.

Interfaz de transferencia de datos
Las cámaras digitales megapíxeles se han utilizado para aplicaciones de visión artificial durante muchos años, pero como se señaló anteriormente, recientemente ingresaron al mercado de CCTV. El principal factor limitante no fue solo el precio del dispositivo (matriz fotosensible, procesador de cámara), sino también la falta de una interfaz de transferencia de datos universal que le permita conectar varios dispositivos y combinarlos en un sistema. Estamos hablando de una interfaz digital de gran ancho de banda, ya que los parámetros de imagen de una cámara megapíxel van más allá del estándar analógico. Desafortunadamente, la interfaz FireWire (IEEE1394) utilizada para cámaras industriales es cara y no permite crear un sistema distribuido. El desarrollo de las redes IP y la aparición de los sistemas IP han llevado al uso de Ethernet como interfaz universal estándar para cámaras CCTV de megapíxeles. Por supuesto, la imagen está comprimida. No se puede transmitir en formato RAW (sin comprimir), ya que para una representación digital (4CIF, 704 x 576), incluso una imagen analógica, el flujo es de más de 29 Mb/s*. Para una cámara con una resolución de 1,5 MP (16CIF, 1408 x 1152), la transmisión sin comprimir será de 118,8 Mb/s. Los algoritmos de compresión más comunes utilizados para comprimir imágenes en cámaras de megapíxeles son MJPEG y MPEG4. Le permiten reducir la cantidad de datos decenas de veces. El flujo típico de una cámara de 1,5 megapíxeles es de 1 a 1,5 Mb/s. Esto es 2-3 veces más grande que la transmisión 4CIF (704 x 576). Las cámaras con una resolución de 2 y 3 MP (actualmente son las más comunes en el mercado) tienen una tasa de bits de 2 a 4 Mb/s. El volumen de datos transmitidos hace pensar en crear una red gigabit para un sistema basado en cámaras megapíxeles, lo que incide seriamente en el coste de la solución. En cualquier caso, la tarea de calcular y construir correctamente una red IP para cámaras megapíxeles es más complicada que para cámaras IP con una resolución de 4CIF (704 x 576).
Grabación y visualización
La transmisión y gestión del flujo de datos no es la única cuestión urgente. Los datos deben almacenarse y la imagen debe decodificarse para mostrarse en la pantalla de la estación de trabajo. Al elegir una solución basada en cámaras de megapíxeles, es necesario tener en cuenta el coste de crear un sistema de archivo y el rendimiento de las estaciones de trabajo. Utilizando los datos de la tasa de bits de la cámara, es fácil calcular la cantidad de espacio en disco por día para un sistema de alta definición que consta, por ejemplo, de 16 cámaras con una resolución de 1,5 megapíxeles. La cifra resulta impresionante: ¡¡¡más de 2TB!!! Por supuesto, puede reducir la cantidad de fotogramas y, como resultado, la tasa de bits. Al mismo tiempo, reducir el contenido de información del sistema.
Sin embargo, surge la pregunta: ¿por qué tales sacrificios?
Los cálculos de flujo para los formatos 4CIF y 16CIF, así como la imagen de la relación entre los dos formatos, no son fruto del azar. El lector podrá evaluar la eficacia del uso de una cámara de televisión de megapíxeles en comparación con una cámara analógica y responder a la pregunta que a menudo se formula en las páginas de las revistas del sector: ¿puede una cámara de megapíxeles sustituir a varias cámaras analógicas? Desafortunadamente, aparte de una excelente visualización de imágenes en monitores con pantallas grandes y alta resolución, las cámaras con una resolución de 1,5 a 2 MP no tienen ninguna ventaja. La resolución definitivamente no es suficiente para aprovechar las capacidades del zoom digital (ZOOM).
Sin embargo, no quiero que el lector tenga la impresión de que las cámaras de megapíxeles no son apropiadas para sistemas de videovigilancia. Actualmente están apareciendo en el mercado cámaras con una resolución de 3 y 5 megapíxeles, que son verdaderamente capaces de cambiar los principios de la videoseguridad y los parámetros cuantitativos de los elementos del sistema. La reducción del número de cámaras con resolución 4CIF, los costos de los canales de digitalización, la transmisión de datos y el trabajo de instalación directa pueden compensar los costos de construcción de redes de alta velocidad y matrices de almacenamiento de datos.
Hoy en día, el uso más relevante de las cámaras megapíxeles no es como parte de sistemas IP, sino en sistemas híbridos basados ​​en DVR. Las grabadoras de video híbridas especializadas le permiten grabar imágenes tanto de cámaras analógicas como de cámaras IP de megapíxeles. Las áreas de vigilancia que requieren detalles especiales pueden equiparse con cámaras megapíxeles conectadas a un DVR híbrido, mientras que otras áreas están equipadas con cámaras analógicas convencionales. Las cámaras de megapíxeles deben distribuirse entre grabadores, de modo que no haya más de 1 o 2 cámaras conectadas a cada uno de ellos. Si es necesario organizar estaciones de trabajo remotas, es importante calcular correctamente el tráfico de solicitudes de los clientes y seleccionar la configuración de las estaciones de trabajo.
En el futuro, la mejora de las tecnologías de procesamiento, transmisión y almacenamiento de datos lo hará posible. posible crear un sistema de alta definición verdaderamente eficaz.

*Nota: Cálculo del volumen de datos de una cámara con una resolución de 704 x 576 píxeles: 704 (puntos horizontales) x 576 (puntos verticales) x 24 (digitalización, bits por color)/8 (representación de bits por byte)/1024 ( byte de representación a kilobyte) x 25 (cuadro/s) = 29.700 Kb/s.