6 errores que harán fracasar tu sistema de cctv
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6 errores que hacen fracasar un sistema de CCTV
(Y cómo evitarlos)
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Introducción En este reporte especial te mostraré los 5 errores más comunes que se comenten
en el diseño de los sistemas de CCTV y que hacen que estos se vuelvan casi inservibles. Es importante considerar los factores que detallo en este informe durante la etapa
del diseño, porque luego puede ser muy difícil y costoso corregir estos errores.
Lugar de instalación y orientación La primera decisión de diseño de un sistema de CCTV es la ubicación de las
cámaras. Para esto hay que considerar los siguientes factores.
Ubicación La ubicación de la cámara debe permitir tener una visión clara de la escena que se
desea vigilar. Esto se puede resumir en los siguientes puntos:
● Lograr un campo de visión libre de obstáculos. Esto puede parecer trivial, pero debemos recordar que la visión de una cámara generalmente no coincide con la de un observador humano. Debemos tener en cuenta el campo de visión de la cámara y la altura de instalación. Puede haber objetos (carteles, luminarias, etc) que obstaculicen la visión.
● Ubicar las cámaras en sitios estratégicos, que permitan cumplir con los objetivos de la vigilancia (control de acceso, identificación, etc.). También considerar el riesgo de actividades vandálicas contra las cámaras y en ese caso instalarlas fuera del alcance de las personas, siempre que sea posible.
Orientación La orientación está directamente relacionada con el lugar de instalación y la zona
de interés a vigilar. La orientación depende de tres factores: 1) el lugar de instalación de la cámara, 2) la altura de instalación, 3) la zona de interés. Estos tres puntos determinan la orientación y la inclinación que debe tener la cámara.
La ubicación y la orientación determinan en conjunto la perspectiva de la escena que ofrecerá la cámara.
En la siguiente imagen se ve una cámara instalada a 4 mts de altura apuntando a la zona de interés, que se encuentra a 2 mts desde el punto de instalación de la cámara. Está claro que si lo que se desea es visualizar el rostro de las personas que pasan por ahí, este objetivo no se verá cumplido.
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Vista de instalación.
Vista 3D.
Por otro lado, si la cámara se sitúa a 2 mts de altura si se podrá observar el rostro de las personas.
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Vista de instalación.
Vista 3D.
Tipo de lente Los lentes de las cámaras vienen de distintos tipos y seleccionar el adecuado para cada aplicación es fundamental. El tipo de lente definirá el campo de visión (FoV, su sigla en inglés) de la cámara. La incorrecta elección del tipo de lente o la mala instalación puede derivar en los siguientes errores:
● Campo de visión insuficiente o excesivo. ● Imagen borrosa, fuera de foco.
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● Escasa profundidad de campo (DoF, por su sigla en inglés). Veamos las variantes:
● Lente fijo: Este lente tiene los cristales fijos y por lo tanto la distancia focal es también fija, lo que hace que a su vez el FoV también sea fijo. Este tipo de lentes se utiliza en cámaras de bajo costo y vienen ya montados en las cámaras.
● Lente varifocal: Estos lentes permiten ajustar en forma manual el FoV y la distancia focal y de este modo obtener escenas más amplias o más focalizadas. A veces estos lentes vienen separados de las cámaras y se adosan mediante una rosca estándar. Un lente varifocal típico puede ofrecer una distancia focal entre 3 mm y 9 mm, aunque estos valores variar.
● Lentes motorizados: En este caso se trata de un lente similar al varifocal, pero con control electromecánico y a veces con más amplitud focal. Con estos lentes se puede variar tanto el campo de visión como el foco en forma remota. En algunas cámaras el foco lo puede regular en forma automática la cámara cada vez que se modifica el campo de visión.
Iris El iris es el orificio a través del cual pasa la luz para llegar al sensor de imagen. La elección incorrecta del tipo de iris puede ocasionar los siguientes efectos:
● Subexposición o sobreexposición de las imágenes. ● Poca profundidad de campo.
En la actualidad se utilizan cuatro tipos de iris:
● Iris fijo: La amplitud del iris no puede modificarse y por lo tanto no puede controlarse la cantidad de luz que llega al sensor, lo que en ciertas condiciones puede provocar subexposición o sobreexposición. Este tipo de iris se utiliza en las cámaras de bajo costo.
● Iris manual: Este tipo es variable, pero debe ser ajustado en forma manual. Ya casi no se utiliza en cámaras de vigilancia.
● Iris DC: Este tipo de iris es variable y su apertura se modifica en función de la intensidad lumínica. A través de un controlador proporcional, la cámara controla la apertura del iris variando una tensión continua (por eso se llaman DC) que controla el motor que mueve al iris.
● Iris P: Hace ya un tiempo que varios fabricantes están utilizando este tipo de iris. El control, en vez de basarse solo en la intensidad de la luz, también mantiene la apertura del iris entre ciertos valores que resultan óptimos para evitar efectos de difracción y pérdida de profundidad de campo (DoF). Son muy útiles en escenas amplias y en exteriores (ideales para videovigilancia urbana) y por ahora solo están disponibles en cámaras de alta gama.
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Resolución La resolución de la imagen, junto con el campo de visión (FoV) determina el nivel
de detalle, por lo que es fundamental hacer una correcta elección. Una resolución menor a la aconsejable hará que el sistema no cumpla los requisitos de detección, reconocimiento o identificación.
En la siguiente figura se muestran diferentes resoluciones comparando el tamaño
de imagen que genera cada una.
Resolución de imagen (Fuente: Wikipedia).
En la tabla siguiente se muestran los valores de densidad de pixeles (en pixel/metro) necesaria para cumplir con los diferentes niveles de detalle. Estos valores están tomados de la norma británica de CCTV, que es la más adoptada para estos cálculos.
Vale aclarar que estos valores son válidos en escenas donde la iluminación es óptima y no existen limitadores de visibilidad, como la niebla o la lluvia.
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Nivel de detalle Detalle Pixels/metro
Monitoreo Se puede observar el número de personas, dónde están y adónde se dirigen. No se pueden distinguir características.
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Detección Detectar la presencia de una persona sin la necesidad de ver su rostro.
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Observación Se pueden observar ciertas características, como la ropa y el entorno.
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Reconocimiento Un observador puede reconocer a una persona que conoce. Se puede identificar la chapa de un automóvil.
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Identificación Se puede identificar a una persona en forma fehaciente, observando las características de su rostro.
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Compresión de video En el momento de diseño del sistema es clave la elección del tipo de codificación a
utilizar, ya que esto determina los recursos necesarios para el procesamiento, transmisión y almacenamiento de las imágenes.
En la actualidad se dispone de tres métodos de codificación: 1)MJPEG, 2)MPEG4 y 3)H.264. Sin duda, H.264 es el más utilizado en los nuevos proyectos, debido a que es el que mejor optimiza el uso de ancho de banda y almacenamiento.
Por otro lado, cuando se necesitan fotos de buena calidad (ej: en los sistemas de fotomultas) la opción de MJPEG puede ser la más conveniente.
De acuerdo a la elección, el tipo de la cantidad de recursos de hardware y
comunicaciones variará fuertemente. En la siguiente figura se muestra la comparación de uso de ancho de banda entre los distintos estándares de codificación de video. En promedio, MPEG4 puede utilizar 8 veces menos de ancho de banda que MJPEG y H.264 la mitad de MPEG4, aunque estos valores varían en instantáneamente a medida que cambia la escena.
Cuanto más movimiento haya en la escena, menos eficientes serán los métodos
de compresión y más aumentará el uso de ancho de banda. Al momento de considerar el nivel de detalle necesario (en pixel/metro) es
fundamental tener en cuenta el nivel de compresión que se utilizará, ya que si es muy alto puede producir imágenes de baja calidad y no cumplirse los requerimientos de vigilancia.
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Comparación de codificación de video (Fuente: www.axis.com)
Por lo tanto, no solo interesa la resolución, los cuadros por segundo y la
codificación a utilizar, sino también el nivel de compresión. El valor de compresión se especifica mediante el parámetro de cuantización (Q) o factor de remoción de detalle (DRF), que varía entre 0 y 50, indicando más compresión (y pérdida de detalle) a mayor número.
Procesamiento de video Para seleccionar la cámara adecuada es necesario tener en cuenta las
particularidades de la escena que se quiere monitorear. No es lo mismo capturar imágenes de un parque al aire libre, donde las condiciones de iluminación cambian permanentemente, que en un depósito con luz artificial.
En el caso del parque, por ejemplo, se requerirá un amplio rango dinámico (WDR)
para compensar las diferencias de iluminación y las sombras, mientras que en el caso del
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depósito esta característica no será necesaria. En la siguiente tabla se muestran las principales opciones de procesamiento de imagen disponibles en el mercado.
Característica Descripción
BLC
La sigla en inglés para Back Light Compensation (Compensación de Contraluz). Con esta técnica se evita la sobreexposición de la imagen, cerrando el iris cuando una parte de la imagen está muy iluminada o la cámara recibe luz de frente. Esta característica es necesaria cuando la cámara apunta a ventanas, entradas o cualquier otro lugar desde donde pueda entrar luz que incida directamente en el lente de la cámara. Otro ejemplo de uso es en las cocheras, donde es necesario compensar la la luz proveniente de los faros de los automóviles. En ocasiones, donde las diferencias de iluminación son muy amplias, la aplicación de BLC no es útil, porque aparecen zonas muy oscuras en la imagen, producto de la subexposición.
AGC
Automatic Gain Control (Control Automático de Ganancia). Esta característica está presente en todas las cámaras día/noche y permite incrementar la ganancia interna de la cámara aplicada a la señal de video. De este modo se puede “iluminar” artificialmente la escena. El problema es que a medida que se aumenta la ganancia, además de la señal de video también se incrementa el ruido y disminuye la calidad de la imagen.
WDR
Wide Dynamic Range (Amplio Rango Dinámico). Cuando las diferencias de iluminación son considerables o hay lugares con muchas sombras, es necesario utilizar esta técnica. La cámara captura dos imágenes por cada cuadro de video, una con baja exposición y otra con alta, con lo que se obtiene una imagen sobreexpuesta y otra subexpuesta. Luego se procesa el cuadro mediante la “mezcla” de estas imágenes, compensando las zonas de una imagen con otra. Algunas cámaras incluso toman más de dos imágenes por cuadro, lo que mejora el resultado final. Para usar esta técnica la cámara debe poder procesar al menos el doble de imágenes por segundo de la máxima cantidad de cuadros por segundo (FPS), lo que implica una elevada capacidad de procesamiento. Es por esto que esta característica solo se encuentra en cámaras de gama media y alta.
DNR
Dynamic Noise Reduction (Reducción Dinámica de Ruido). Cuando la cantidad de luz que llega al sensor de imagen disminuye, llega un momento donde el nivel de ruido es comparable a la señal de video. Para filtrar este ruido existen básicamente dos técnicas de reducción de ruido: 2D y 3D. La técnica 2D filtra el ruido de cada cuadro por separado. En cambio, la técnica 3D evalúa la variación del ruido entre cuadros. En general, el filtro 3D proporciona mejores resultados, aunque también puede provocar un aspecto borroso (blur) en objetos en movimiento.
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¿Cómo calcular todo esto sin morir en el intento? En primer lugar se debe seleccionar el tipo de cámara de acuerdo a las
requerimientos de la instalación y las condiciones ambientales. Es decir, seleccionar el formato de cámara (box, bullet, domo, etc), el nivel de protección ambiental (IP66, antivandálica, etc.) y las características de procesamiento de imagen (WDR, BLC, etc.).
Luego, en función del nivel de detalle requerido en cada punto de vigilancia,
seleccionar la resolución y la distancia focal. Para esto puede ser muy útil utilizar un software de cálculo y simulación, que además permitirá generar vistas en 3D para verificar la correcta posición y orientación de las cámaras.
El software que yo utilizo permite, en su última versión, trabajar con modelos reales de fabricantes ya predefinidos, lo cual facilita mucho la tarea. De todos modos si el fabricante o el modelo no están presentes, se puede de igual modo configurar una cámara con las especificaciones reales (sensor, lentes, etc.).
En la siguiente figura se muestra una captura de pantalla del esquema de instalación para una cámara Vivotek IP8162P. Una vez definidos los parámetros de instalación y las características de la escena se puede calcular el nivel de detalle. La zona rosa indica identificación, mientras que la amarilla es para reconocimiento (y también lectura de matrículas).
Vista de instalación.
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En la siguiente figura se muestra la misma información, pero sobre el plano. Se
puede incorporar en el fondo un dibujo en Autocad, una imagen o una foto aérea del lugar. También se pueden agregar objetos 3D creados por la misma aplicación o importado de otro software, como Google Sktechup.
Vista sobre el plano.
Finalmente, en la siguiente figura se observa la vista 3D generada por el software
para cada cámara.
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Vista 3D.
No es la intención de esta guía ser un manual de uso de este software, sino ofrecer una visión inicial de lo que se puede lograr con él. En todo caso, recomiendo bajar la versión demo y probarlo.
Existen dos versiones, la diferencia está en que la profesional permite trabajar con planos Autocad y se pueden utilizar modelos 3D. Enlace a la versión básica. Enlace a la versión profesional.
Espero que esta guía te haya sido de utilidad. Ante cualquier consulta puedes contactarme a info@videoip.net . ¡Saludos!. Ing. Rodrigo J. Hernández
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