Técnicas de Compressão

É importante considerar o método de compressão utilizado por uma câmara IP, a compressão reduz o tamanho do vídeo de arquivos gerado durante a captação da imagem. Os vídeos de arquivos contêm uma quantidade enorme de dados pelo que é necessária compressão de dados para reduzir os requisitos de armazenamento e largura de banda.

As técnicas de compressão mais utilizadas são o MPEG-4 e MJPEG.

 

M-JPEG (Motion JPEG)

O Motion JPEG ou M-JPEG é uma sequência de vídeo digital que consiste numa série de imagens JPEG individuais (JPEG – Joint Photographic Experts Group) que, quando exibidos a 16 ou mais imagens por segundo, permitem que sejam percepcionados como vídeo em movimento. O vídeo em movimento completo é percepcionado a 30 imagens por segundo no sistema NTSC e a 25 imagens por segundo no sistema PAL.

As câmaras IP, usando este tipo de compressão, podem capturar imagens com taxas até um máximo de 30 imagens por segundo.

Neste tipo de compressão a largura de banda necessária para a transmissão e o espaço em disco exigido para o armazenamento são muito elevados.

 

MPEG-4

Com o MPEG4, apenas uma pequena fracção do total da imagem é enviada como sendo uma imagem completa.

Na captação de imagem de uma câmara a maioria das imagens são semelhantes, diferindo somente quando ocorre movimento; neste formato são enviados apenas os dados correspondentes às diferenças relativamente às imagens anteriores.

O resultado é a reduzida utilização de banda e espaço de armazenamento, no entanto, o MPEG4 tem uma menor qualidade de imagem quando comparado com o M-JPEG.

 

H.264 ou MPEG-4 Part 10/AVC

O H.264, também conhecido como MPEG-4 Part 10/AVC (Advanced Video Coding), é o padrão MPEG mais recente para a codificação de vídeo, esperando-se que este se torne o padrão de vídeo preferencial nos próximos anos.

Um codificador H.264 pode, sem comprometer a qualidade de imagem, reduzir o tamanho de um arquivo de vídeo digital em mais de 80%, comparado com o formato Motion JPEG, e até 50% mais do que o padrão MPEG-4.

Isto significa que será necessária muito menos largura de banda de rede e espaço de armazenamento para um arquivo de vídeo; por outras palavras, é possível obter uma qualidade de vídeo muito mais alta para a mesma velocidade de transmissão.

 

Câmaras IP

Uma câmara IP contém um servidor Web integrado o que possibilita o envio de imagens ao vivo através de uma rede IP, como por exemplo através de uma LAN, Intranet ou Internet.

 

Câmaras standard IP e câmaras IP Megapixel

Existe uma grande diferença entre as câmaras IP standard e as câmaras IP megapixel:

As câmaras IP standard têm geralmente a mesma resolução que uma câmara analógica com o acréscimo de possuírem um codificador de vídeo para converter o sinal analógico para um endereço IP.

As câmaras IP megapixel são câmaras de alta definição que proporcionam imagens de elevada resolução (1.3, 2, 3, 5, 8 ou mais megapixéis), este tipo de câmara fornece imagens em que a resolução contém de 3 a 50 vezes mais detalhe que uma câmara analógica, permitindo cobrir maiores áreas sem perca de resolução, ver melhor esses detalhes e identificar pessoas e objectos com maior definição de imagem – um elemento chave em vídeo vigilância.

 

Vantagens das câmaras IP:

• Não necessitam de um computador para que as imagens sejam enviadas para a Internet, ou rede IP.

• Não necessitam de softwares ou placas adicionais para o seu normal funcionamento.

• São de fácil instalação e possuem o seu próprio endereço de IP, que se liga de forma automática à rede por meio de um hub/router.

• Permitem a visualização em MPEG-4 e a gravação em simultâneo em Motion JPEG.

• Proporcionam, em muitas delas, uma comunicação bidireccional de áudio.

• As imagens e o áudio podem ser encriptados, garantindo a sua integridade e privacidade.

• Permitem o acesso ao vídeo e ao áudio através de um “web browser” e uma ligação Internet.

• A qualidade da imagem de uma câmera IP é muito superior ao da imagem analógica digitalizada.

• Podem utilizar a rede estruturada existente, facilitando a sua instalação e reduzindo o custo da instalação

 

Lentes

As lentes podem ser divididas em 4 grandes grupos:

 

Lentes fixas:

• Lentes de grande abertura (grande angular) – permitem cobrir uma ampla área, no entanto é difícil a identificação de uma pessoa;

• Lentes standard – permitem a mesma visibilidade que o olho humano;

• Lentes teleobjectiva – têm um ângulo de vista fechado, mas permitem distinguir melhor os objectos.

 

Lentes Varifocais:

• Podem ser usadas quando não é possível obter uma lente com o comprimento focal necessário para uma aplicação particular ou quando se pretende maior flexibilidade de forma a seleccionar o melhor ângulo de visão.

 

Lentes Zoom:

• Têm um comprimento focal variável e encontram-se disponíveis em versões manuais ou motorizadas.

 

Lentes Pinhole:

• São lentes muito pequenas, muito usadas em câmaras ocultas.

 

Lentes, compreender as especificações

Qualquer “datasheet” de uma lente apresenta as seguintes especificações:

• F-number ou F-stop (mais vulgar)

• Profundidade de campo

• Comprimento focal versus ângulo ou campo de visão

• Controlo da íris

• Tipo de encaixe mecânico C ou CS-MOUNT

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F-number ou F-stop

A capacidade de uma lente para “capturar” luz, depende da relação entre a abertura da lente e o comprimento focal.

Esta relação é representada pela letra “F”, a qual é usualmente referida como “F-stop”.

Um número baixo para o F-stop implica uma grande abertura da lente o que permite obter uma imagem de boa qualidade com baixa luminosidade.

Exemplo: Uma lente com um F-stop de 1.2 captura muito mais luz do que uma lente com um F-stop de 4.0, o que permite obter uma melhor imagem com baixa luminosidade.

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Profundidade de campo

Profundidade de campo é a distância, antes e depois do objecto, em que a imagem ainda se considera aceitavelmente focada, isto é, quando se pretende focar com precisão um objecto que se encontra a uma determinada distância, a lente também foca o campo um pouco à frente e atrás do objecto.

​

A profundidade de campo aumenta ou diminui de acordo com a abertura:

Comprimento focal da lente

• Lentes angulares (ex: 2,8mm) - maior profundidade de campo

• Lentes teleobjectivas (ex: 16mm) - menor profundidade de campo

Abertura

• Grande abertura (ex: f 1.2) → menor profundidade de campo

• Pequena abertura (ex: f 4.0) → maior profundidade de campo

Distancia ao objecto

• Pouca distancia (ex: objecto a 5 m) → menor profundidade de campo

• Grande distancia (ex: objecto a 25 m) → maior profundidade de campo

• ​

Comprimento Focal versus Campo de Visão

O comprimento focal é a distância, em milímetros, entre o ponto de convergência da luz até o ponto onde a imagem focada será projectada.

Campo de visão é a amplitude da imagem que pode ser visualizada por determinada lente em função de sua distância focal. Quanto maior for essa distância, menor será o campo de visão e maior será o seu poder de aproximação do objecto focado.

O ângulo ou campo de visão de uma lente depende de dois factores: o comprimento focal e as dimensões do CCD.

• Quanto “maior” for o CCD, mais amplo é o ângulo de visão para um comprimento focal constante.

• Quanto “maior” for o Comprimento focal, menor é o ângulo de visão para um determinado CCD.

Relativamente ao comprimento focal as lentes podem ser classificadas nos seguintes tipos:

• Lentes monofocais – São lentes com um comprimento focal fixo e a cada comprimento corresponde um ângulo de visão (amplo, médio, estreito/fechado). Por exemplo: lentes de 2.8, 4, 6, 8, 12, 16 mm...

• Lentes com comprimento focal variável (lentes varifocais) – São lentes com comprimentos focais variáveis que são ajustadas manualmente. Por exemplo: lentes de 2.8-10, 3.5-8, 5-50 mm...

Uma lente grande angular tem um pequeno comprimento focal enquanto uma lente teleobjectiva tem um grande comprimento focal.

 

Lentes monofocais de 4, 8 e 12mm

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Íris ou diafragma das lentes o seu controlo

Existem 3 tipos de íris:

• Íris fixa – Não é possível efectuar qualquer ajuste.

• Íris manual – Neste tipo de íris o seu ajuste é efectuado manualmente.

• Auto-íris – Possui um motor eléctrico acoplado à lente que permite abrir e fechar a íris de forma a adaptar a quantidade de luz incidente no CCD de forma a aumentar a latitude de luminosidade de operação da câmara. Tem dois modos: DC drive (mais comum) e Vídeo Drive.

As câmaras comuns não utilizam lentes incorporadas, sendo estas intermutáveis, podendo-se utilizar a mesma câmara com várias lentes diferentes.

As lentes podem ou não possuir um diafragma á semelhança das máquinas fotográficas.

As lentes sem íris são denominadas de "Lentes Fixas".

As lentes com íris podem ter o seu controlo de forma manual ou motorizada:

A íris manual é afinada manualmente e pode criar desfocagem com a alteração da luminosidade.

A auto-íris é controlada por um motor eléctrico que, associado a um sensor que mede permanentemente os níveis de luminosidade, auto-regula a lente de forma a obter sempre a melhor nitidez.

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Tipo de encaixe mecânico C ou CS-MOUNT

CS-MOUNT

É o standard da indústria para a montagem (encaixe) de lentes nos corpos das câmaras.

A montagem CS tem uma rosca com 1” de diâmetro e 32 passos por polegada.

A distância da superfície da lente à superfície do sensor é de 0.492” (12.5mm).

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Como seleccionar uma lente para uma determinada aplicação?

Existem normalmente duas questões que se devem colocar quando pretendemos seleccionar uma determinada lente. Essas questões são:

Será que devo de usar uma lente com íris fixa, manual ou auto-íris?

• Se quisermos economizar, utiliza-se uma lente com íris fixa ou com íris manual. Estas duas são aconselhadas em situações em que as condições de iluminação possuem uma latitude de variação limitada. Por exemplo: escritórios, zonas interiores com iluminação constante, etc.

• Para situações em que a iluminação sofre variações de grande latitude, a única solução são lentes com auto-íris (excepto em situações em que a mecânica da lente não tenha capacidade de reacção às variações de luz).

Qual o comprimento focal da lente que é necessário?

• Pequeno comprimento à amplo ângulo de visão

• Se for para aplicar num escritório ou num armazém em que se pretenda cobrir a máxima área possível então a escolha mais acertada será uma lente por exemplo de 2.8mm ou 4mm.

• Se pretender observar uma área limitada, como por exemplo uma entrada, a escolha acertada serão lentes de 8mm ou 12 mm.

• Deverá usar lentes varifocais se pretender uma maior flexibilidade de forma a seleccionar o melhor ângulo de visão.

NOTA: O comprimento focal a usar dependerá sempre da distância da câmara ao objecto.

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Em qualquer área coberta por uma câmara existem sub-áreas ou objectos em movimento que podem ser críticos e isto é fundamental quando nos é pedido uma detecção ou identificação de algo, assim:

• Para se fazer uma detecção, basta que a área crítica a ser observada seja 5% da área total da imagem.

• Para ver a acção, é necessário que a área crítica a ser observada seja 10% da área total da imagem.

• Para fazer a identificação, é necessário que a área crítica a ser observada seja 25% da área total da imagem.

Exemplo:

Considere que tem uma câmara com um CCD de 1/3” e que com esta pretende cobrir o portão de entrada de uma fábrica. Considere que a área crítica se situa no portão de entrada por onde entram veículos que se pretendem identificar.

Sabendo que:

A distância da câmara ao portão é D = 30,48 m = 30480 mm
A largura do portão é l = 3,65 m = 3650 mm

Sabendo de antemão que o CCD de 1/3” corresponde a: c = 4,8mm e v = 3,6mm

E definindo que a área crítica para a identificação de um veículo é de 1,7 m x 1,5 m

Temos que:

Comprimento focal f = 4,8 x 30480/3650 = 40mm
Altura da zona a cobrir h = v x D/f = 3,6 x 30480/40 = 2743,2 mm = 2,7432 m
Área da zona cobrir = l x h = 3,65 x 2,7432 = 10 m2
Área crítica = 1,7 x 1,5 = 2,55 m2
% do veículo no monitor = 2,55/10 x 100 = 25,5 %

Concluímos portanto que, se utilizar uma lente com um comprimento focal de 40 mm, conseguirá obter uma identificação (matricula) clara dos veículos que cruzam o portão de entrada da fábrica e uma imagem da zona do portão correspondente a uma área de 10 m2 (3,65 m de largura por 2,74 m da altura).

 

Lentes Megapixel

As câmaras de alta resolução MEGAPIXEL requerem lentes adequadas e de qualidade superior.

As imagens de alta resolução requerem lentes de qualidade superior.

As câmaras Megapixel e o movimento de alta definição (HD) mudaram completamente as regras de selecção de lentes e estão a desafiar os fabricantes a produzirem lentes com maiores desempenhos.

Uma lente Megapixel não é apenas um acessório para a câmara, mas sim um elemento essencial que optimiza a qualidade das imagens capturadas e, como tal, quando seleccionada correctamente, pode ajudar a tirar o máximo partido das imagens megapixel, uma escolha errada pode fazer com que a câmara tenha uma qualidade igual ou mesmo inferior a uma câmara analógica.

 

Selecção de uma lente Megapixel

A selecção da lente é particularmente importante para o reconhecimento facial ou para a identificação de uma matrícula, que são aplicações comuns para câmaras megapixel, onde é necessária uma imagem de alta resolução tanto no centro como na borda da imagem, o que só é possível com uma escolha de lente adequada.

Á semelhança das lentes standard, há também que ter sempre em conta o comprimento focal que, da mesma forma, também dependerá sempre da distância da câmara ao objecto a focar.

No entanto, a especificação mais importante e onde existe maior variação entre cada tipo de lente megapixel é a função de transferência de modulação (MTF), esta função é a capacidade e o rigor de precisão que uma lente tem ao transferir a informação que está a ser visualizada para uma imagem inteira, para cada pixel do sensor CCD, e determina a nitidez das imagens.

 

O MTF

Para compreender como as lentes podem afectar o desempenho dos sistemas de imagens, é necessário compreender a física por trás da difracção, abertura da lente, comprimento focal e o comprimento de onda da luz.

Um dos pontos de referência mais útil para descrever a qualidade da imagem (desempenho da lente) é a função de modulação (MTF).

Na sua definição mais básica, o MTF é a forma de descrever a sensibilidade ao contraste de um sistema de lentes. Comparativamente ao olho humano, isto poderia ser considerado como o desempenho visual.

Uma lente perfeita reproduziria uma imagem completa de um objecto sem qualquer degradação, mas uma lente perfeita infelizmente não existe, a nitidez da imagem, o contraste, a iluminação, o espectro de transmissão e a distorção afectam a capacidade de uma lente na reprodução de uma imagem.

Uma lente adequada reproduz a imagem de um objecto até ao ponto em que um detalhe desse mesmo objecto já não possa ser reproduzido.

Em conclusão o MTF é portanto a relação de contraste de um objecto para uma imagem.

Na indústria óptica, o MTF é medido como uma unidade de frequência espacial chamado Pares de Linhas por milímetro: Lp/mm.

 

Lp/mm – Pares de Linhas por milímetro

O número de pares de linha por milímetro (Lp/mm) é a medida quantitativa amplamente aceite para medir a resolução de uma lente e é a especificação mais importante para a escolha de uma lente adequada.

Pares de linhas (Lp) são grupos de linhas alternadas e quanto maior for este valor maior será a capacidade da lente para capturar pequenos detalhes numa imagem.

Para uma câmara analógica o valor aceitável de uma lente é cerca de 30 Lp/mm, já para uma câmara megapixel o valor mínimo é de 60 Lp/mm. Devido à maior resolução do sensor megapixel, as lentes megapixel necessitam de capturar mais detalhes.

A melhor forma de determinar o Lp exigido pela câmara é dividir o número de pixéis do chip na largura pelo seu número de pixéis na altura e depois dividir por dois (pares de linhas).

As câmaras megapixel providas de lentes que disponibilizam imagens de alta resolução tanto no centro como na borda da imagem têm um maior rigor e precisão de alinhamento com o CCD.

Geralmente as especificações fornecidas pelos fabricantes quando á resolução das lentes são baseadas no centro da imagem e referem-se ao numero de pixéis ou pontos que podem ser discernidos no centro da lente e não necessariamente nas bordas.

No entanto, como muitos fabricantes ainda não disponibilizam o Lp/mm das lentes, são recomendados outros métodos de correspondência.

Por exemplo, muitos fabricantes avaliam as lentes para um determinado tamanho de CCD megapixel, (geralmente 1.3, 3, 5 etc.) ou formato de imagem padrão 1/2”, 1/3“ ou 1/4” etc.).

A importância pratica é que o Lp/mm é apenas relativo ao tamanho dos pixéis na câmara, por exemplo, uma lente de 120 Lp/mm pode ser muito boa para uma câmara de 1.3MP usando um sensor de 1/2” e insuficiente para uma câmara de 2MP usando um sensor de 2/3”.

 

Sistemas híbridos

Cada vez mais o CCTV está a adoptar a tecnologia IP, mas a maioria dos sistemas existentes são ainda analógicos.

Os DVR híbridos facilitam a fácil integração dos sistemas existentes com a mais recente tecnologia IP, permitindo uma implementação de CCTV/IP a custos mais reduzidos.

Estes sistemas fazem uso das duas tecnologias, analógica e IP, reutilizando e integrando, num mesmo sistema, as câmaras e cablagem analógicas existentes e as novas câmaras IP, podendo ainda fazer uso de uma cablagem de rede estruturada existente e assim baixar significativamente os custos de transição de um sistema analógico para um sistema IP, permitindo a sua evolução gradual.

 

Cablagem

Alimentação eléctrica

Os circuitos de alimentação dos sistemas de CCTV deverão ser estabilizados e centralizados num local restrito, por exemplo numa zona técnica, para que inviabilize a interrupção de funcionamento por parte de terceiros.

 

Transmissão de imagem por cabo coaxial

Os sistemas de CCTV convencionais emitem a imagem em sinal de vídeo composto através de um cabo coaxial de cada câmara até ao equipamento receptor/DVR.

 

Transmissão de imagem por cabo UTP

Para câmaras analógicas

Para instalações onde existam problemas de passagem de cabos ou distancias muito longas, é possível transmitir as imagens através de cabo UTP, o que facilita a instalação e mantêm a qualidade do sinal emitido pelas câmaras, sendo possível até a passagem em simultâneo de vários sinais de vídeo, áudio e dados num único cabo UTP.

Para a utilização de cabo UTP para a transmissão destes sinais são utilizados conversores passivos, que não necessitam de alimentação externa, e activos, que necessitam de alimentação externa e permitem, no caso da transmissão de vídeo, cobrir distâncias maiores.

 

Para câmaras IP

Os sistemas de cablagem para CCTV/IP utilizam cabo UTP e a sua elaboração segue as regras das redes estruturadas de voz e dados (ver Redes Estruturadas de Cobre e Fibra Óptica)

​

      Principais vantagens da utilização de transmissão de imagem em cabo UTP

• Fácil instalação

• Economia de tempo e cablagem

• Alternativa à utilização de fibra óptica por uma fracção dos custos

• É adequado para aplicação em instalações de CCTV de grande dimensão onde é necessário instalar muitas câmaras ou onde seja difícil passar cabo coaxial devido às dimensões de tubagens existentes

Alguns exemplos onde será bastante útil utilizar esta solução são:

• Hotéis

• Escolas

• Hospitais

• Aeroportos

• Parques de Estacionamento

• Centros Comerciais

• Etc.

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