Iluminación en sistemas de videovigilancia.
Todos habéis estado en las batallas publicitarias en las que una empresa empieza a afirmar que sus cámaras de vídeo son 10 o 1.000 veces más sensibles que otras. Por supuesto, siempre resulta rápidamente que las leyes de la física no han sido anuladas y si la cámara funciona sin refrigeración con helio líquido, entonces su sensibilidad está objetivamente limitada por el ruido térmico y para un formato, por ejemplo, de 1/2 pulgada no puede ser mejor que 0,1 lux (para más detalles recomiendo ver el artículo clásico de N. Uvarov, se ha repetido en Internet unas 1500 veces). Sin embargo, algunas cámaras son un poco mejores, un poco más cercanas al límite teórico, y otras son un poco peores. ¿Es realmente importante? Sucede que la velocidad de cuadros se sacrifica, por ejemplo, al promediar más de 10 cuadros, la velocidad de cuadros resultante se reduce a 5 cuadros por segundo, esto le permite aumentar la sensibilidad en otro factor de 10. Sucede que se sacrifica la resolución al promediar la señal sobre los píxeles vecinos, esto le permite aumentar la señal varias veces más. En total, las cámaras más sensibles y las más insensibles difieren unas 20 veces.
¿Es mucho o poco? Veamos las estadísticas diurnas. Durante el día, la sensibilidad no afecta la calidad de la imagen. Cuando se pone el sol, la iluminación disminuye en un orden de magnitud en unos pocos minutos, por lo que una cámara más sensible puede funcionar unos minutos más. ¿Y es sólo por unos pocos minutos que los anunciantes rompen sus lanzas y los técnicos inventan métodos complejos que empeoran la resolución temporal o espacial?
No precisamente. Todo se hace para simplificar el sistema de iluminación. Aunque el sistema de videovigilancia no incluye explícitamente un subsistema de iluminación, hay algunas bombillas cerca. Por ejemplo, en condiciones urbanas, el alumbrado público proporciona varios lux, lo cual es más que suficiente para cualquier cámara de video, y para una bastante buena, esas fracciones de lux que quedan del alumbrado público en un patio oscuro serán suficientes. Por tanto, la duda es si habrá que instalar un sistema de iluminación especial o será suficiente con lo que hayan instalado los servicios de la ciudad.
En algunos casos no puedes contar con ellos. Por ejemplo, en una unidad militar en la remota taiga, inevitablemente tendrás que instalar tu propio sistema de iluminación. Entonces experimentarás plenamente lo que es la sensibilidad. Para proporcionar 3 lux, será necesario instalar bombillas de 50-100 W cada 50 m, como en las calles de la ciudad. Y si 1 lux es suficiente para usted, la potencia se puede reducir proporcionalmente a 20-30 W. Y si crees firmemente (mejor si lo has comprobado experimentalmente) que tu cámara de vídeo es capaz de funcionar a 0,1 lux, basta con instalar bombillas de 10 W cada 100 m. No tomes mis datos como dogmas, son cifras aproximadas. para lámparas de descarga de gas en una lámpara de alta calidad con un reflector que forma el haz. Las lámparas incandescentes, por supuesto, requerirán casi un orden de magnitud más de energía. Una mala elección de las lámparas o una altura y ángulo inadecuados de los aparatos de iluminación también pueden provocar graves pérdidas.
Analicemos por qué la potencia de iluminación es tan importante. Por supuesto, específicamente en su sistema, puede que no sea fundamental: piense, 200 vatios adicionales encendidos por la noche cuestan menos de mil rublos al año. Sin embargo, en la mayoría de los sistemas el coste de la electricidad no es el problema. En primer lugar, se debe calcular un sistema de alimentación ininterrumpida suficiente para todo el sistema, incluido el sistema de iluminación. De poco sirve si las cámaras de vídeo funcionan, pero lo hacen en completa oscuridad; el resultado es tan triste como si no estuvieran allí. Y aquí resulta que el consumo principal suele estar formado por el sistema de iluminación. La cámara de vídeo consume unos pocos vatios (bueno, entre 10 y 20 vatios si se trata de una cámara exterior con calefacción) y proporciona control de un perímetro de 100 m. E iluminar estos 100 m puede requerir entre 1 y 2 kilovatios si la cámara no es muy sensible y las lámparas no son muy económicas. Parece que un SAI estándar de 2 kilovatios no es nada caro. Sin embargo, la batería estándar de este UPS sólo durará entre 10 y 15 minutos. ¿Es esto suficiente para ti? ¿O todavía necesitas unas horas? Luego tendrá que instalar baterías adicionales, que son mucho más caras que la unidad UPS principal, y no todos los UPS baratos le permitirán ampliar las baterías. Y con una buena cámara de vídeo y un sistema de iluminación cuidadosamente calculado, 20 W podrían ser suficientes, que el mismo UPS-2000 en su configuración básica podría producir durante casi un día.
Para la mencionada unidad militar en la taiga la situación es aún peor. Con un perímetro de más de 10 km, si consume unos pocos kilovatios por kilómetro, no podrá suministrar energía de bajo voltaje (me refiero a 220 voltios) a las secciones distantes del perímetro. Crees que 2 kilovatios son 10 amperios, pero para transmitir 10 amperios sólo basta 1 metro cuadrado. mm? Desgraciadamente, las pérdidas son tales que incluso un cable con una sección transversal de 50 metros cuadrados. mm en una longitud de 10 km tiene una resistencia de 20 ohmios, es decir, todos los 220 voltios caerán sobre este cable y no quedará nada para las bombillas en la sección más alejada del perímetro. Tendremos que diseñar una serie de subestaciones transformadoras con un reparto de tensión de 6 kilovoltios entre ellas, por muy desagradable que resulte. Por cierto, no conozco ninguna fuente de alimentación ininterrumpida disponible comercialmente con una potencia de 6 kW, por lo que garantizar un suministro de energía ininterrumpida para un sistema de este tipo no será nada fácil.
¿Qué significa un sistema de iluminación correctamente diseñado? En primer lugar, esto significa que se adapta bien en términos de características espectrales y energéticas a la cámara de vídeo. La iluminación infrarroja invisible utiliza sólo el borde del rango de sensibilidad de la cámara. Para cualquier cámara de vídeo, un efecto similar de la iluminación blanca requerirá 10 veces menos energía. A veces, la iluminación oculta tiene sentido, por ejemplo, si no se quiere llamar la atención de intrusos. Aquí es cuando hablamos de proteger un apartamento privado, especialmente si la cámara de vídeo está instalada en secreto para no anunciar las capacidades financieras del propietario del apartamento. La segunda vez que la iluminación IR tiene sentido es si no desea que la luz blanca brillante moleste a las personas. Por ejemplo, si tus vecinos se quejan de que los focos se encienden debido a falsas alarmas. O si la luz de fondo de una cámara de vídeo para reconocer las matrículas al entrar en un garaje incide directamente en los ojos del conductor. En este caso, cambiar a iluminación IR solucionará el problema. En todos los demás casos, es más importante aprovechar al máximo las características espectrales de la cámara de vídeo. Por cierto, dado que la mayoría de las cámaras tienen un área de sensibilidad muy desplazada al rojo, es mejor utilizar lámparas de sodio cálidas en lugar de lámparas de mercurio frías. Sin embargo, si está diseñando un sistema de color, una iluminación con un sesgo demasiado amarillo puede distorsionar enormemente la reproducción del color.
Consideremos ahora la cuestión de la distribución de la iluminación. La solución más sencilla es colocar un foco al lado de cada cámara de vídeo. Desafortunadamente, esta no es una muy buena solución, porque la iluminación será inversamente proporcional al cuadrado de la distancia al foco y, por lo tanto, si la cámara debe monitorear un área de 10 a 100 m de sí misma, la diferencia de iluminación será 100 veces. Sin embargo, las cámaras de vídeo convencionales con matrices CCD pueden manejar una diferencia máxima de 10 veces en la iluminación en todo el campo del cuadro. Es necesario utilizar reflectores de haz estrecho y apuntarlos para reducir específicamente la iluminación cercana, o utilizar tecnología de alumbrado público y utilizar accesorios que estén relativamente espaciados y montados en mástiles altos. Entonces la iluminación es más uniforme y la calidad de la imagen mejora.
Además, en caso de niebla, la iluminación delantera es similar a conducir con luces altas. Cuanto más brillantes son los faros, peor se ve.
Otra desventaja de colocar el foco al lado de la cámara es el efecto de “caras planas” conocido en la fotografía debido al flash ubicado en la cámara. No en vano los profesionales utilizan flashes colocados a un lado o al menos dirigidos hacia un lado, lo que da como resultado una imagen mucho más natural. Por motivos de seguridad, la naturalidad no parece ser tan importante, pero la esencia del problema (un menor contenido informativo de la imagen con iluminación frontal) se manifiesta en un menor contraste y, en consecuencia, una peor legibilidad de la imagen. En ocasiones, sobre todo si no hablamos de vigilar una franja estrecha a lo largo del perímetro, sino de vigilar una zona adyacente relativamente amplia, puede resultar conveniente colocar las lámparas en un lateral, por ejemplo en la pared de un edificio, para que dar luz a través del eje de visión de la cámara de vídeo.
Me gustaría señalar que un cálculo cuidadoso del campo de iluminación utilizando programas especiales a veces puede reducir la potencia calculada en 2 veces. Estos programas son bastante sencillos y también existen en versiones gratuitas. Muchos fabricantes líderes de iluminación los ofrecen en sus sitios web. Como ejemplo, daré los programas Calculux, DiaLux o la “Fórmula de la Luz” doméstica.
Al hacer cálculos, hay que tener en cuenta que incluso los fabricantes más honestos indican la «iluminación máxima» a la que algo es visible como la sensibilidad de una cámara de vídeo. Esto a menudo significa que es difícil distinguir los objetos blancos del negro con un contraste del 100%. Los objetos reales tienen un contraste del 20% en el mejor de los casos (esto es si el enemigo no se esfuerza mucho en disfrazarse, sino que simplemente se pone pantalones de mezclilla azules y camina sobre asfalto gris). En el mejor de los casos, la sensibilidad se da para una relación señal/ruido de 20 dB. Para quien no lo sepa: esta señal/ruido corresponde a una cinta de vídeo muy antigua y desgastada con la traducción de Volodarsky. Algo es visible, pero en realidad se necesita mucho más.
Por lo tanto, si no ha comprobado la sensibilidad real de las cámaras de vídeo utilizadas específicamente junto con las lámparas utilizadas específicamente, debe dar un margen.
Además, hay que recordar que todos los cálculos se realizaron en condiciones ideales. Con el tiempo, la salida de luz de las lámparas disminuye, la transparencia del vidrio (incluidas las lentes de las cámaras de video) y las propiedades especulares de los reflectores se deterioran. Por lo que después de seleccionar las lámparas, conviene sustituirlas por otras de doble potencia.
En conclusión, tenga en cuenta que un sistema de videovigilancia por sí solo no protegerá a nadie. Y si llega un grupo de seguridad al lugar, no serán robots, sino personas. Y, por regla general, no están equipados con dispositivos de visión nocturna, lo que significa que requieren una iluminación de al menos 5 lux. Además de ayudar al grupo de alarma, una buena iluminación es en sí misma un elemento disuasorio para muchos delincuentes. Recuerdo la historia de un amigo que, en lugar de una alarma de seguridad en su coche, colgó un foco en el balcón dirigido a su coche, y no tuvo problemas con el robo de ruedas o baterías, incluso en los años 90 más turbulentos. Para ahorrar energía, puede tener sentido diseñar el sistema de iluminación «para personas» y «de servicio» por separado, ya que con un suministro de energía ininterrumpido es suficiente mantener solo el de servicio para las cámaras de video, y las personas podrán utilizar linternas y faros en caso de necesidad.