25 - Cámaras de vídeo y CCTV

Las cámaras transforman la luz en señales eléctricas proporcionales al nivel de luminosidad. La captación de imágenes a color requiere descomponer la imagen y captarla con un triple sensor para captar los colores primarios RGB. Funcionamiento de una cámara:

Las cámaras cuentan con micrófonos y proceso de audio, pero en esta ocasión nos vamos a centrar en la parte de imagen y video.

1. Tras pasar por el objetivo, la luz llega al sensor CCD (uno en las cámaras domésticas, tres en las profesionales por R, G, B) o en algunos casos sensor CMOS (bajo consumo, menor calidad) (CCD vs CMOS). Los fotositos o celdas del sensor almacenan carga eléctrica proporcional a la luz recibida. El objetivo consta de:
   • Lentes de enfoque: concentran el punto focal en la distancia que se desea captar con nitidez. Son habituales con auto-focus y foco manual. Las cámaras más cutres (Nintendo DS, móviles pre 2010) tienen foco fijo.
   • Lentes de encuadre: permiten regular la distancia focal (= zoom). Características: distancia focal (mm) y número de aumentos (x2, x10). https://www.blogdelfotografo.com/distancia-focal/

     

   • Lentes de foco trasero: contienen el iris/diafragma, que se abre o cierra para acomodar la cantidad de luz. El iris se calibra en números ”ƒ” que indican la apertura o tamaño de la lente. Cuanto mayor sea ésta, mayor será el campo de visión (teleobjetivo ƒ/2,8 ƒ/2,4; wide (gran angular) ƒ/1,5, ultrawide ƒ/1,8…) https://www.blogdelfotografo.com/apertura-diafragma/ En ocasiones se puede variar la apertura: Iris fijo, iris variable manual, autoiris.

     

   Parámetro clave del sensor CCD/CMOS: Sensibilidad (lux): facilidad con la que imagen capta imágenes en función de la luz. Es más sensible si capta imágenes en luz baja.

2. Las señales se digitalizan en un bloque sample & hold (muestreo y retención para futura conversión A/D).

   Parámetro clave: resolución (Mpx, millones de píxeles; o bien “ancho x alto”)

3. Tras este proceso, las señales pasan por un proceso analógico (y ajuste de ganancia filtrado) que realiza correcciones de balance de blancos y otros parámetros. Después, las muestras de cada color se pasan por ADC (Analog to Digital Converters) que se encargan de la cuantificación y codificación de cada color (de momento sin compresión).

   Elemento clave del proceso analógico: AGC (Automatic Gain Control) (en español CAG). Cuando la señal analógica llega con nivel excesivo, se atenúa; cuando llega demasiado débil, se amplifica.

4. Los datos digitales resultantes pasan al procesador digital, que aplica filtros de reducción de grano, estabilización digital, etc. El procesador digital recoge las tramas R, G y B, las guarda en memoria RAM y/o en un buffer, y genera las señales Y y C (digitales también). Si procede almacenar en memoria no volátil, el procesador se encarga codificar esa información (compresión JPEG, MPEG…) para pasarla a almacenamiento SD (secure digital), flash o SSD (solid-state drive).

   El procesador digital puede aplicar efectos y también zoom digital, que no es más que un recorte sobre la imagen original (con la consiguiente pérdida de resolución).

5. A continuación vienen las interfaces de vídeo, que transforman las señales a los formatos de salida (HDMI, DP, SDI, Firewire, S-video (Y-C), CVBS y/o YPbPr) gracias al bloque de temporización y control, que genera las señales de sincronización y las órdenes que coordinan todos los procesos (exploración de imagen en los sensores, autofocus, iris automático…).

   En el estudio de TV, la señal SDI viaja en cable coaxial (75 Ω) o en cable triaxial (doble malla) o, si hay mucha distancia, en fibra óptica.

Otros parámetros:

• Sensibilidad ISO. Escala que determina el grado de sensibilidad del sensor de una cámara de fotos digital respecto a la luz que se proyecta sobre el sensor. Cuando duplicas el valor ISO, es decir, pasas de, por ejemplo, ISO 100 a ISO 200, necesitas la mitad de luz para lograr la misma exposición. https://www.blogdelfotografo.com/iso/
• Balance de blancos: ajuste que permite reproducir los colores correctamente (que el punto más claro sea blanco, y el más oscuro sea negro). https://www.dzoom.org.es/el-balance-de-blancos/
• Temperatura del color. Luz que emitiría un cuerpo negro calentado a una temperatura determinada

  

• Efecto moiré y aliasing: https://www.fotonostra.com/fotografia/moire.htm
• SNR. Debe ser mayor de 46 dB
• Montaje de lente: C: 17,526 mm; CS: 12,50 mm

CCTV y videovigilancia

Se debe usar cartel, y nunca grabar la vía pública sin permiso. Leyes e indicaciones.

Algunas cámaras típicas CCTV:

Las cámaras IP codifican las imágenes en formato MPEG-2, h.264 u otros. Las graban en local (mal) o bien las envían a un DVR remoto (bien).

Los sistemas de monitorización deben permitir:

• Secuenciación. Imágenes de una en una a intervalos de tiempo o mediante pulsación manual.
• Monitorización múltiple simultánea

  

• Monitorización remota. Cada vez más instalaciones de vídeo se basan en protocolo IP, con lo cual es posible visualizar desde dentro y fuera de la red local.

OJO: problemas de seguridad flagrantes en muchas marcas. Lo mejor es siempre utilizar túneles VPN (WireGuard, OpenVPN…) para acceder a elementos de la red local desde fuera de ella.

• Telemetría ya sea en el teclado de un ordenador, o en una consola propia.

• Equipos de grabación y reproducción (DVR, Digital Video Recorder y NVR, Network Video Recorder). Los de gama alta incorporan almacenamiento en RAID.

  

  

Métodos de grabación:

• Continua. Los archivos deben eliminarse al cumplir un plazo.
• Selectiva. Tiempos específicos.
• Por alarma: Al activarse un sensor.

Medios de transmisión:

• Cable coaxial y conectores BNC 75Ω. Para sistemas no basados en IP.
• Pares trenzados RJ-45 con alimentadores PoE o bien switches PoE.

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