CCTV

Vídeo Vigilância - CCTV

A segurança de pessoas e bens é um tema que preocupa de modo crescente a sociedade. Com o objetivo de salvaguardar aquilo que lhes é mais precioso, restaurantes, escolas, fábricas e lojas, entre outras atividades e entidades, recorrem cada vez mais ás várias soluções disponíveis, pretendendo controlar melhor os procedimentos, infraestruturas e instalações.

Com a flexibilidade que lhe é proporcionada pela sua relação com as chamadas novas tecnologias, a Videovigilância é uma das soluções de segurança cuja procura mais tem aumentado nos últimos anos.

No entanto, se por um lado a existência de câmaras que recolhem imagens de um determinado espaço, 24 horas por dia, pode agradar à partida, porque nos sentimos mais seguros, convém lembrar que essa recolha de imagens, e de dados pessoais, pode interferir com os direitos, liberdades e garantias individuais do cidadão.

Alguns tipos de estabelecimentos podem ser obrigados, em termos e condições determinados, a dispor de um sistema de segurança privado de CCTV.

As câmaras de vídeo podem ser uma vantagem no que diz respeito ao controlo de situações como sejam os assaltos ou as agressões e devem ser utilizadas para esses fins, mas acima de tudo é muito importante que as pessoas conheçam estes sistemas e todas as funcionalidades que lhes são atribuídas.

CCTV – em que consiste?

Um sistema de CCTV consiste, fundamentalmente, num conjunto de câmaras colocadas em lugares estratégicos, que captam e transmitem imagens para um sistema de gestão de vídeo que permite, entre outras coisas, a visualização/gravação dessas mesmas imagens.

A utilização de um sistema de Videovigilância controlado a partir de um centro de controlo permite a visualização de todos os movimentos de uma grande superfície onde exista uma grande afluência de pessoas.

O CCTV permite a visualização dessas imagens posteriormente à sua gravação e, na deteção de qualquer evento, conhecer as suas causas, o que ajuda a melhorar a segurança com carácter preventivo. Além disso, a colocação de câmaras visíveis em pontos estratégicos dissuade qualquer intenção de delito e proporciona aos visitantes um sentimento de segurança.

Soluções de CCTV

Existem basicamente três tipos de sistemas de CCTV:

  • Analógicos, com Gravação Digital
  • HDTVI
  • HDCVI
  • IP
  • Híbridos

Sistemas analógicos, com Gravação Digital

Houve um tempo em que a tecnologia dos sistemas de CCTV era totalmente analógica e a gravação de imagens era efetuada em cassetes VHS.

No início da década de 90 do séc. XX surgiram os primeiros sistemas de gravação digital (DVR) que oferecem inúmeras vantagens e superam em muito as prestações dos clássicos sistemas de gravação analógicos, no entanto, esta geração de sistemas não pode ser considerada puramente IP, uma vez que converte os sinais de vídeo analógicos para formatos digitais, os quais são posteriormente armazenados num disco rígido, podendo ser acedidos remotamente por IP.

Esta tecnologia apresenta algumas vantagens e desvantagens quando comparada com os mais recentes sistemas baseados na tecnologia IP.

Vantagens dos sistemas baseados em câmaras Analógicas

  • Baixo custo – As câmaras analógicas geralmente têm um custo mais reduzido que as câmaras IP.
  • Maior variedade – Existe uma grande variedade de modelos/tipos de câmaras analógicas.
  • Compatibilidade – Capacidade de total integração de câmaras de vários fabricantes

Desvantagens dos sistemas baseados em câmaras Analógicas

  • Custos de instalação – As redes de cablagens destes sistemas apresentam custos mais elevados e estão limitadas á distância máxima de transmissão permitida pelo cabo coaxial, porque existe degradação da imagem em função da distância percorrida.
  • Dificuldade de expansão – As instalações de sistemas baseados em câmaras analógicas estão limitadas ao número de câmaras permitidas pelo DVR, sendo por vezes necessário proceder à substituição do gravador existente.
  • Resolução inferior – A imagem analógica digitalizada raramente gera uma definição superior a 0.4 Megapixel. As câmaras IP apresentam uma resolução de 3 Megapixel ou mais.

Tipos de câmaras analógicas

As câmaras podem ser divididas em três grandes grupos:

  • Câmaras normais - De que fazem parte as câmaras de corpo, as câmaras “bullet” (câmaras cilíndricas), as mini-câmaras e as câmaras “dome”;

     

  • Câmaras com movimento - Usualmente designadas por câmaras PTZ (Pan – deslocamento horizontal / Tilt – deslocamento vertical / Zoom – variação do ponto focal) e câmaras PT (Pan e Tilt), podem ser câmaras Speed Dome (câmaras cujos movimentos podem ser efetuados a grande velocidade – até cerca de 360º/s) e Low Speed Dome (câmaras cujos movimentos são mais lentos – até cerca de 120º/s);

  • Câmaras ocultas - De que fazem parte as câmaras camufladas em detetores PIR e em detetores de fumo, existindo muitos outros modelos de câmaras ocultas.

       

As primeiras são as mais utilizadas e encontram-se disponíveis no mercado nos mais diversos formatos, para as mais diversas aplicações.

As segundas são câmaras motorizadas que permitem orientar a câmara em diversas direções e efetuar zoom remotamente, sendo normalmente utilizadas quando se pretende cobrir uma vasta área com uma só câmara e/ou existe um operador para a sua operação.

As câmaras ocultas são utilizadas em aplicações muito particulares em que se pretende dissimular a sua presença.

Câmaras, compreender as especificações:

Qualquer folha de especificações (“datasheet”) de uma câmara apresenta normalmente o seguinte conjunto de especificações:

  • Resolução (em TV lines)
  • Sensibilidade (em lux)
  • Formato da imagem (em polegadas)
  • Alimentação (em V – volts)
  • Consumo (em A – amperes)
  • Relação Sinal/Ruído (S/R) (em dB)

Destas especificações podemos realçar as primeiras duas: Resolução e Sensibilidade.

Resolução

A resolução das câmaras é usualmente medida em TVL (“TV Lines” – Linhas TV) – é a mais pequena área do objeto que a câmara consegue distinguir.

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Os valores mais usuais para a resolução são: 330, 350, 380, 420, 480, 550 e 600 TVL.

Este número de linhas diz respeito à resolução horizontal. Nas especificações, normalmente não aparece o número de linhas horizontais porque o seu número depende do chip instalado na câmara.

Sensibilidade

A sensibilidade é usualmente medida em lux e indica o nível de luz mínimo necessário para se obter uma imagem de vídeo de boa qualidade.

Quanto mais baixo for o valor de lux especificado para a câmara, melhor será a imagem obtida em condições de fraca luminosidade. Por exemplo, se tivermos uma câmara com 0,4 lux e outra com 1,0 lux, a primeira permite a captação de uma boa imagem em condições de mais fraca luminosidade.

A captação uma imagem de boa qualidade depende do local onde vão ser colocadas as câmaras e do que se pretende visualizar, consoante as condições de luminosidade:

Tipo de utilização

Câmaras recomendadas

Durante o dia

~5.0 lux

Interiores com fraca luminosidade e exteriores com luminosidade por candeeiros

0.5 < lux < 2.0 < lux < 2.0

Situações de luminosidade muito fraca

Abaixo dos 0.4 lux

Sem qualquer luminosidade

Recomenda-se a utilização de iluminação artificial por infravermelhos em conjunto com câmaras a Preto/Branco. Alternativamente, podem ser usadas câmaras a cores Dia/Noite que comutam para Preto/Branco em situações de baixa luminosidade, também em conjunto com iluminação por infravermelhos.

Formato da imagem

Atualmente existem vários formatos de imagem, que dependem do CCD da câmara, destacando-se os formatos de 1/2”, 1/3” e 1/4”.

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Uma lente projetada para um formato de imagem específico pode ser sempre usado num dispositivo com um formato de imagem mais pequeno, mas nunca num dispositivo com um formato de imagem maior.

Alimentação elétrica das câmaras

A alimentação elétrica das câmaras é especificada em volts (V), existindo normalmente 3 tipos de alimentação:

  • Alimentação por 12 Vdc
  • Alimentação por 24 Vac
  • Alimentação por 230 Vac

No primeiro caso (12 Vdc), é utilizada uma fonte de alimentação regulada (estabilizada) e deve ser tida em consideração a polaridade, isto é, qual o pólo positivo e qual o pólo negativo – no caso de não ser indicada na fonte a polaridade, deverá identificar-se cada um dos pólos recorrendo a um voltímetro.

No segundo e terceiro caso não é necessário ter em atenção a polaridade (não existe polaridade em AC).

No caso de câmaras alimentadas a 230 Vac, estas podem ser ligadas diretamente a uma tomada. É muito importante que a tomada disponha de ligação à terra para proteção da câmara contra descargas elétricas (por exemplo trovoadas).

No caso de câmaras alimentadas a 24 Vac, basta que exista um simples transformador que transforme 230Vac em 24Vac.

Consumo elétrico

O consumo elétrico é medido em amperes (A).
O consumo elétrico usual das câmaras ronda os 120mA (consumo da câmara sem iluminação por infravermelhos ativa).
O consumo de uma câmara com iluminação por IR anda ronda os 600mA

É possível alimentar mais do que uma câmara só com um transformador desde que a soma das correntes das câmaras ligadas a esse transformador não ultrapasse o valor da corrente que pode ser fornecida pelo mesmo:

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 Verificar sempre o valor da tensão aplicado às câmaras

Quando a alimentação é a 12Vdc a distância entre fonte de alimentação e a câmara é muito importante, pois a tensão diminui com comprimento de cabo a percorrer, devido à sua resistividade específica.

Com alimentação AC a questão da distância não é um ponto crítico.

Relação Sinal/Ruído (S/N)

A relação sinal/ruído é uma expressão que nos permite quantificar a qualidade do sinal da câmara, especialmente com níveis de luminosidade baixos.

O ruído não pode ser evitado, apenas pode ser minimizado.

A quantidade de ruído depende da qualidade do “chip” de CCD, da restante eletrónica da câmara, das influências eletromagnéticas externas e também da temperatura a que a eletrónica é sujeita.

Na prática, uma câmara de CCTV com uma razão S/N maior ou igual a 48dB pode ser considerada uma boa câmara.

Quanto maior for a relação S/N melhor é a câmara

HDTVI

Mais recente, é a solução HDTVI que pode permitir ao cliente configurar um sistema totalmente novo 720p/1080p resolução vigilância analógico com vantagens de transmissão de longa distância (500 metros) através de cabo coaxial.

Esta nova tecnologia permite que o utilizador atualize o seu sistema analógico existente de resolução padrão com HD-TVI compatível com câmaras e DVRs.

Em comparação com outras tecnologias de vigilância por vídeo, a nova solução de HDTVI (Transporte de Vídeo Interface de alta definição) podem todos os utilizadores de CCTV analógicos apreciar a resolução HD sem investir uma quantia enorme de dinheiro na religação da infraestrutura existente de cabo coaxial.

A câmara HDTVI pode entregar livre de latência 720p/1080p vídeo de alta definição ao longo de até 500 metros. Apenas substituindo as suas câmaras e DVRs com produtos compatíveis com HDTVI, pode perfeitamente atualizar o seu sistema para um sistema analógico HD.

Sistemas IP

Tal como os sistemas de CCTV tradicionais (analógicos), este tipo de sistema de vídeo vigilância permite atingir os objetivos de segurança e gestão pretendidos.

Distingue-se pelo facto da transmissão de imagem e som ser feita via intranet nas instalações da organização, o que em alguns casos, poderá ser uma mais-valia e comodidade para o utilizador final.

As câmaras IP, ao estarem ligadas diretamente numa rede IP, permitem aos utilizadores visualizar imagens e áudio ao vivo de um local ou múltiplos locais, através da rede local, Internet ou intranet.

Uma câmara analógica tem uma resolução de aproximadamente 300.000 Pixéis ou aproximadamente 0,3 Megapixel, já uma câmara IP poderá ter resoluções de 3 Megapixel ou mais. Com resoluções desta dimensão existe uma grande capacidade de reconhecimento e verificação de detalhes numa imagem e são possíveis novos recursos como a deteção de movimento no campo da área de visualização e zoom simultâneo em varias partes da imagem, etc.

Com as câmaras analógicas as imagens são transportadas via cabo coaxial sem nenhuma criptografia ou autenticação, o que permite que qualquer pessoa possa ver as imagens da câmara. Já as câmaras IP podem encriptar as imagens que serão enviadas pela rede, garantindo assim que só as pessoas habilitadas visualizem as imagens.

A qualidade da imagem de uma câmara IP, que grava a imagem digitalmente nativa é muito superior ao da imagem analógica digitalizada. Nem sempre isto é notado na visualização “ao vivo” porém, tal fator de qualidade será patente a quando da recuperação da imagem gravada.

As imagens capturadas por este tipo de câmaras são transportadas na rede IP, através de hubs, switchs e routers, e armazenadas num PC com software de Gestão e Controle de Vídeo (NVR).

É também um sistema de vídeo plenamente baseado em rede, onde nenhum componente analógico intermediário é utilizado; um sistema de vídeo IP utiliza o processamento das câmaras IP como forma de reduzir a utilização da banda.

Uma das grandes vantagens desta solução é permitir a utilização da infraestrutura de rede estruturada existente, bem como a possibilidade de alimentação via POE (Power over Ethernet), ou seja, alimentação através do cabo de rede, o qual suporta a transmissão de dados e a alimentação; a utilização de dispositivos de rede Wireless (Wi-Fi), a possibilidade de Pan/Tilt/Zoom integrados, áudio, entradas e saídas digitais, acionamento de dispositivos e maior flexibilidade e capacidade de integração com outros sistemas.

A capacidade de expansão destes sistemas é ilimitada.

Fundamentos de Redes IP

Endereço IP

  • O endereço IP é um número único, que identifica o computador numa rede.
  • Cada mensagem contém a informação de qual o endereço de envio e qual o endereço destino.

Routers

  • Em certos contextos, como no caso da Internet, são genericamente designados por gateways.
  • Permitem dividir a rede em segmentos estanques, em que os pacotes de informação, para passarem de um segmento de rede para o outro, têm obrigatoriamente que passar pelo router.
  • Existem routers para redes LAN (Local Area Network) e WAN (Wide Area Network)

Protocolo

  • Define a regra para a transmissão de dados

Gateway

  • É o ponto de entrada de uma rede para a outra – o gateway é o responsável pela distribuição correta dos dados que entram e saem de uma rede local. Normalmente é um router ou um computador.

Firewall

  • É um módulo de filtragem localizado numa máquina de gateway que examina todo o tráfego de entrada e saída para determinar se ele pode ser encaminhado para o seu destino.
  • O router fornece um firewall abrangente através da sua funcionalidade de NAT – a atribuição de regras para endereços IP específicos e a possibilidade de registar informações dos pacotes enviados para uma determinada direção, para que possam ser autorizados no caminho de volta.

NAT (Network Address Translator)

  • Com o NAT é possível ligar os diversos computadores de uma rede a outra rede por meio de um único endereço IP, evitando possíveis conflitos de identificação dos endereços IP dos computadores de cada rede.
  • É possível a ligação de toda uma rede usando um único endereço IP, uma vez que o módulo NAT reescreve o endereço de origem nos pacotes enviados dos computadores da rede local, com o endereço do router.

DNS (Domain Name Service/System)

  • Normalmente usamos o nome de um domínio porque é mais fácil recordarmo-nos de um nome do que de uma sequência de números; o DNS resolve o problema dos nomes do ponto de vista do IP – por exemplo, www.mtronica.com é um nome de domínio que tem um endereço IP associado, o DNS faz a correspondência do nome de domínio ao endereço IP que lhe está associado.

DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)

  • É um protocolo de organização e simplificação da administração de endereços IP de máquinas locais. Em muitos casos, para maior simplificação, o servidor DHCP possui um servidor DNS embebido. Ao especificar o endereço IP de um dispositivo de rede em particular, o DHCP usará os valores do DNS associado àquele dispositivo.

Rede Local (LAN – Local Area Network)

  • Uma rede local é um grupo de computadores ligados entre si com a possibilidade de partilha de recursos.

Mascara de rede

  • A máscara de rede é usada para agrupar endereços IP, existindo um grupo de endereços atribuídos a cada segmento de rede. Por exemplo, a máscara 255.255.255.0 agrupa um conjunto de 254 endereços IP.
  • Se tivermos, por exemplo, uma sub-rede 194.196.16.0 com máscara 255.255.255.0, os endereços que poderemos atribuir aos computadores na sub-rede serão de 194.196.16.1 até 194.196.16.254.

Porta

  • Porta são números de 16 bits (1 a 65535) usados pelos protocolos TCP e UDP e são usadas para endereçar aplicações (serviços) que são executados num computador.
  • Se houvesse apenas uma única aplicação de rede em execução no computador não haveria necessidade de portas pois o endereço IP era suficiente para endereçar os serviços.
  • O número de porta pode ser visto como o endereço de uma aplicação dentro do computador.
  • Algumas portas usuais são:
    • File Transfer Protocol (FTP) Porta 21
    • Telnet Porta 23
    • Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Porta 25
    • WWW server (HTTP) Porta 80
    • Domain Name Server (DNS) Porta 53

Switch

  • Permite a ligação dos computadores numa rede em estrela o que facilita a montagem e manutenção do sistema.
  • A maioria dos Switches tem uma série de LED que permitem controlar o fluxo de informação global e/ou porta a porta.

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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 percecionado 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 fração 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 bidirecional 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 teleobjetiva – têm um ângulo de vista fechado, mas permitem distinguir melhor os objetos.

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 selecionar 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

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.

Profundidade de campo

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

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Imagem ilustrativa de como o F-stop afeta a profundidade de campo

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 teleobjetivas (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 objeto

  • Pouca distancia (ex: objeto a 5 m) → menor profundidade de campo
  • Grande distancia (ex: objeto 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 projetada.

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 objeto focado.

O ângulo ou campo de visão de uma lente depende de dois fatores: 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 teleobjetiva tem um grande comprimento focal.

https://www.mtronica.com/image/cctv_tec/lens.png

Lentes monofocais de 4, 8 e 12mm

Íris ou diafragma das lentes o seu controlo

Existem 3 tipos de íris:

  • Íris fixa – Não é possível efetuar qualquer ajuste.
  • Íris manual – Neste tipo de íris o seu ajuste é efetuado manualmente.
  • Auto-íris – Possui um motor elétrico 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 elétrico que, associado a um sensor que mede permanentemente os níveis de luminosidade, autorregula a lente de forma a obter sempre a melhor nitidez.

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).

https://www.mtronica.com/image/cctv_tec/cs-mount.png

Como selecionar uma lente para uma determinada aplicação?

Existem normalmente duas questões que se devem colocar quando pretendemos selecionar 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 (exceto em situações em que a mecânica da lente não tenha capacidade de reação 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 selecionar o melhor ângulo de visão.

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

Considerando que se pretende escolher uma lente para cobrir a área que se mostra na figura, em que:

 

F – Comprimento focal em (mm)
l – Dimensões horizontais do objecto
h – Dimensões verticais do objecto
D – Distancia da lente ao objecto

https://www.mtronica.com/image/cctv_tec/focal_lenght.png

  

Para determinar o comprimento focal que necessitamos utiliza-se a expressão:

F = v x D/h ou F = c x D/l em que:

c – Largura do chip de CCD
v – Altura do chip de CCD

Uma outra questão é a seguinte:

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

  • Para se fazer uma deteção, basta que a área crítica a ser observada seja 5% da área total da imagem.
  • Para ver a ação, 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 seleção 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 otimiza a qualidade das imagens capturadas e, como tal, quando selecionada corretamente, 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.

Seleção de uma lente Megapixel

A seleção 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 objeto 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 afetar o desempenho dos sistemas de imagens, é necessário compreender a física por trás da difração, 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 objeto 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 afetam a capacidade de uma lente na reprodução de uma imagem.

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

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

Na indústria ótica, 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 adotar 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 elétrica

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 recetor / 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 ativos, 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 Ótica)

Exemplos de ligação de sistemas de CCTV analógicos com inclusão de conversores de vídeo, áudio e dados por cabo UTP

Aplicações básicas a curta distância

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Passagem de sinal de vídeo por cabo UTP a uma distancia de 600 m (P&B) ou 300 m (Cor)

 

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Passagem de sinal de vídeo e alimentação do conversor e câmara por cabo UTP sem utilização de cabo de corrente a uma distancia até 50 m

 

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Passagem em simultâneo de 4 câmaras num único cabo UTP
A alimentação e o sinal de vídeo são enviados num único cabo UTP

 

Aplicação básica a longa distancia

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Transmissão de imagem de uma câmara a cores, a uma distância de 1500 m,
utilizando um emissor passivo (sem alimentação) e um recetor ativo (com alimentação)

 

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Ligação série de longa distancia Transmissão de imagem a cores a uma distância de 3000 m
utilizando ligação série de emissores passivos (sem alimentação) e recetores ativos (com alimentação)

 

Principais vantagens da utilização de transmissão de imagem em cabo UTP

  • Fácil instalação
  • Economia de tempo e cablagem
  • Alternativa à utilização de fibra ótica por uma fração 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.