Molti non sanno che mettere a fuoco una telecamera è una operazione molto importante in un impianto per la videosorveglianza. Soprattutto quando si hanno obiettivi autoiris (AI) o galvanometrici (DC). Dato che il punto di fuoco rimane costante con il variare della luce, ma la lunghezza focale varia con in variare dell’apertura focale. Quindi, è bene tenere presente che una messa a fuoco, senza particolari attenzioni, durante il giorno può essere sufficiente, mentre di notte la scena risulterebbe sfocata.
In pratica, basterebbe mettere a fuoco la telecamera durante la notte, quando il diaframma (IRIS) sia completamente aperto, ma questo comporterebbe del lavoro notturno dispendioso e non necessario. Allora, basta dotarsi di un vetrino da saldatore, quelli che nelle eclissi solari si usano anche per vedere il sole.
Ponendo il vetrino davanti all’obiettivo, si ha l’effetto di visione notturna della telecamera, quindi il diaframma (IRIS) si apre totalmente, ora basta porre un oggetto luminoso, tipo una lampada ad incandescenza ad una distanza media della visione desiderata della telecamera e metterla a fuoco. Bloccare le viti dell’obiettivo e quindi verificare l’esito della messa a fuoco durante il giorno e la notte.

In fase preliminare di progettazione di un sistema di videosorveglianza una delle prime domande che ci si pone è: “Digital Video  Recorder (VDR) o Network Video Recorder (NVR)?” Abbandonando a priori ogni altra tecnologia passata, del tipo: Video Recording Time Laps (VHS)

Vediamo di analizzare in primis quali sono le caratteristiche di base di uno e dell’altro sistema.

Dital Video  Recorder (DVR)

E’ un apparato atto alla registrazione delle immagini video su supporto digitale. Di norma è basato su un PC con Software Windows o Linux, con ingressi video analogici (PAL o NTSC), normalmente da 1/4/8/16/24 e 32 ingressi. Il Video segnale in ingresso viene compresso attraverso delle schede di video compressione. Il segnale video digitalizzato viene reso disponibile per l’archiviazione sul supporto, di solito Hard Disk IDE, S-ATA o SCSI.
Diverse modalità di compressione video si sono susseguite negli ultimi anni, dalla compressione di tipo Jpeg, a Motion Jpeg, a Wavelet ed ora nella maggior parte dei casi si utilizza la compressione video MPEG-4. Avrete notato che non ho citato la compressione video MPEG-2, questa nei sistemi di videosorveglianza è stata decisamente ignorata o per lo meno utilizzata in rarissimi casi. Probabilmente non perchè di bassa qualità, ma per il suo framerate (4CIF@25fps=5.000Kbps), che non si sposava con il costo degli Hard Disk e la tecnologia dei PC del momento. Le prestazioni di un DVR possono andare dai 25/50 ai 400fps (immagini per secondo) disponibili comprensivamente per l’apparato e da suddividersi per il numero di telecamere collegate e registrate. Questo significa che un appartato con una velocità complensiva di registrazione di 25fps, potrà registrare al massimo 2,5fps per 10 telecamere collegate. Per registrare fino a 25fps in un DVR da 16 ingressi bisogna avere una velocità di registrazione complessiva di almeno 400fps. Da notare che in molti DVR la velocita di registrazione e la compressione dell’immagine è la stessa utilizzata per la trasmissione su rete.

Network Video Recorder (NVR)

Non lo definirei “un apparato” ma un “sistema di registrazione”, dato che fanno parte di esso diversi apparati, tra cui: le telecamere IP, i video codec, gli switch di rete ed il server di registrazione. Di norma il server di registrazione è una PC di ottime prestazioni ed elevate caratteristiche finalizzate alla registrazione di dati video streaming, che varia di potenza di calcolo dai 120Mbps ai 280Mbps. Un sistema di video registrazione NVR di norma può essere utilizzato sia in piccoli sistemi, anche con una sola telecamera IP, risultando estremamente conveniente se l’infrastruttura di rete è già esistente, ancor di più quando esisteste anche un server che possa accettare il software di video registrazione digitale. Un sistema di registrazione su IP non necessariamente è basato su telecamere IP, dato che il segnale video analogico può essere facilmente digitalizzato da un apparato di video codifica (semplicemente detto “codec”). L’utilizzo di codec esterni alla telecamera permettono di utilizzare liberamente telecamere analogiche con prestazioni diverse, oltre a poter integrare impianti esistenti di tipo tradizionale. Un codec video può codificare le immagini e renderle disponibili con uno streaming video di tipo Unicast o Multicast (rimando ad un prossimo post l’approfondimento). Gli streaming video disponibili in rete vengono presi e registrati dal Video network Recorder che provvedera ad indicizzarli per essere poi richiamati in un secondo momento.
Un NVR di ottime capacità permette di registrare anche fino a 70 telecamere (Video Stream) in contemporanea alla velocità di 25fps e compressione D1 (4CIF), per un baudrate di 4Mbps è necessaria una potenza di calcolo del server di almeno (280Mbps). Il che significa che se si registra ad un framerate di 12,5fps e baudrate di 2Mbps a parità di qualità di registrazione D1 (4CIF) si possono registrare anche fino 140 telecamere in contemporanea. (approfondimenti successivi verranno dedicati ai sistemi video su IP)

Quanti di voi si sono posti la domanda: “Che cosa è meglio un sensore CCD o un sensore CMOS?”. Forse questa è tipo la domanda del tipo: “Che cosa viene prima la gallina o l’uomo?”. Nessuno ha una risposta certa, benché possa sembrare in apparenza semplice e scontata.

Le due tecnologie CCD (charge coupled device) e CMOS (complementary metal oxide semiconductor) sono due tecnologie diverse e non è semplice metterle a confronto, dato che ognuna ha caratteristiche intrinseche diverse l’una da l’altra. Tendenzialmente il mercato, spinto soprattutto dalle aspettative dei consumatori, ha messo in evidenza i vantaggi di una e dell’altra tecnologia, dando per scontato che l’una sia superiore all’altra.

Entrambi le tecnologie convertono la luce in carica elettrica che viene poi processata come segnale elettrico analogico. In un sensore CCD, ogni carica del pixel viene trasferita su di un numero limitato di nodi, per poi essere convertito in un valore di tensione, memorizzato e trasferito in modalità analogica al resto della telecamera. Mentre, nel sensore CMOS, ogni pixel ha una propria conversione di carica e il sensore stesso include un amplificatore di segnale, un correttore di rumore ed un circuito di digitalizzazione, quindi l’uscita è direttamente digitalizzata.

Malgrado entrambi le tecnologie fossero state studiate negli stessi anni, fra il 1960 e il 1970, l’industria ha potuto produrre da subito sensori CCD con buone risoluzioni, il che ha determinato la scelta del tipo di sensore più diffuso negli ultimi anni. Come del resto negli stessi anni è stato con il segnale PAL e NTSC, proprio durante i giochi olimpici di Monaco.

Entrambi le tecnologie offrono ottime prestazioni d’immagine, quando queste sono state egregiamente progettate. Il CCD è ancora molto utilizzato, soprattutto in quei settori dove è richiesta un’elevata qualità di immagine a dispetto della grandezza del sensore. Mentre, il sensore CMOS è maggiormente apprezzato, dove è necessario avere bassi consumi e dimensioni ridotte. Anche se, il mercato consumer attualmente ha installato sensori CCD, dove è richiesta una dimensione ridotta ed alta qualità, mentre installa CMOS dove è richiesta elevata qualità senza problemi di dimensioni, contraddicendo completamente quanto detto fino ad ora.

Ancora una volta l’industria di massa fa la sua scelta ed influenza il mercato, a dispetto di quanti possono pensare che sia scontato dire: che il mercato influenzi sempre l’industria. Il fatto è che la produzione di massa dei chip CCD risulta ancora molto più economica di quella dei sensori CMOS.

Possiamo quindi concludere che: i sensori CCD e CMOS sono complementari fra di loro, le loro caratteristiche intrinseche possono spingere a scegliere uno a l’altro, dipende dalle applicazioni stesse.

Per molti installatori e progettisti coinvolti nella realizzazione di sistemi di videosorveglianza, reperire informazioni che riguardano le basi della tecnica video non è facile, soprattutto perchè, a mio giudizio, non vi è una diffusa ed adeguata preparazione in questo campo di applicazioni. In molti casi, sia nella progettazione che nella realizzazione, avvengono errori sistematici, causati soprattutto dalla non adeguata preparazione della filiera che ha interessato il progetto stesso.
La naturale conseguenza, quando si vuole risolvere un problema, è di cercare una strategia e metterla in atto. Personalmente, penso che l’informazione tecnica è il principio di base perché un progetto si realizzi nel migliore dei modi. E’ per questo che il Blog sarà sempre provvisto di materiale e documenti utili a migliorare e diffondere la conoscenza tecnica.