Los lentes como elementos fundamentales en las cámaras de videovigilancia

En esta nota veremos:

• ¿Qué son los lentes?
• Enfoque en las cámaras de videovigilancia.
• Distancia focal. 
• Relación entre el CCD, resolución y campo visual. 
• Lentes y el concepto DORI.
• Iris y su función. 
• El número F y su función.
• Tipos de lentes. 
  
  

¿Qué son los lentes en las cámaras de videovigilancia?

Los lentes de las cámaras de videovigilancia tienen la tarea crucial de enfocar la luz en el sensor de la cámara para capturar imágenes nítidas y claras. Son responsables de determinar el campo de visión, el nivel de zoom y la calidad de la imagen que se graba. Los lentes de calidad superior pueden marcar la diferencia entre una imagen borrosa e irreconocible y una imagen detallada y útil para la seguridad.

En términos generales hay varios conceptos clave sobre lentes que es importante conocerlos para saber especificar correctamente las cámaras en los sistemas de videovigilancia, estos son:

• Enfoque
• Distancia focal
• Campo visual
• Iris
• F. Stop o número F

Enfoque en las cámaras de videovigilancia

En el ámbito de la videovigilancia, la calidad de la imagen es fundamental para capturar detalles precisos y garantizar una supervisión efectiva de áreas críticas. Uno de los elementos clave que influyen en la calidad de la imagen es el enfoque de las cámaras de videovigilancia. El enfoque adecuado no solo garantiza una imagen nítida, sino que también mejora la capacidad de las cámaras para identificar cosas y actividades de interés. 

El enfoque de una cámara de videovigilancia determina la nitidez y la claridad de la imagen capturada. Un enfoque preciso hará que los detalles importantes sean visibles y reconocibles, lo que facilita la identificación de personas, vehículos y otros elementos relevantes para la seguridad. Además, minimiza la distorsión, lo que mejora la utilidad de las imágenes grabadas para investigaciones forenses y revisiones posteriores.

Factores que afectan al enfoque 

Varios factores pueden influir en la calidad del enfoque de una cámara de videovigilancia:

• Calidad de la óptica: La calidad de los lentes y la óptica utilizados en la cámara desempeña un papel crucial en el enfoque. Lentes de alta calidad y óptica bien diseñada pueden proporcionar imágenes más nítidas y claras.
• Ajuste manual o automático: Algunas cámaras ofrecen la opción de ajuste manual del enfoque, lo que permite a los instaladores y operadores ajustar la nitidez de la imagen según sea necesario. Otros sistemas utilizan enfoque automático para mantener constantemente la imagen enfocada en todo momento.
• Condiciones ambientales: Factores como la iluminación, la distancia y las condiciones climáticas pueden afectar el enfoque de una cámara de videovigilancia. Es importante considerar estos factores al instalar y configurar las cámaras para garantizar un enfoque óptimo en todas las condiciones.

Control de enfoque manual

El enfoque se puede hacer desde dos controles fundamentales:

Enfoque fino: Es un ajuste de la óptica del lente con poco impacto en la profundidad de la imagen, generalmente el parámetro va de cercano a lejano, de 0 a infinito (∞).

Zoom: Con este control se ajusta el ángulo de visión del lente, lo que afecta indirectamente al enfoque. Típicamente este parámetro está etiquetado como (ancho) a (teleobjetivo).

¿Cómo se encuentra dispuesto el enfoque?

Fuente: santely.net

La forma o la ubicación del control del enfoque puede disponerse de varias formas y esto depende del tipo y construcción de la cámara. Puede ser enfoque manual para operación manual o enfoque automático.

Actualmente, la mayoría de las cámaras realizan el proceso de enfoque de forma automática, aunque muchos modelos conservan la opción manual y se puede escoger entre una u otra con ayuda de la interfaz gráfica OSD de la cámara para el caso de equipos analogicos o por medio del aplicativo WEB en las cámaras IP

Distancia focal 

Fuente: santely.net

La distancia focal es un concepto fundamental en la óptica de las cámaras de seguridad utilizadas en sistemas de videovigilancia. Se refiere a la distancia entre el punto focal de la lente y el plano del sensor de imagen o CCD, cuando la lente está enfocada en un objeto en particular. 

La distancia focal es uno de los parámetros más importantes asociados a los lentes, como es una medida se expresa típicamente en milímetros (mm) y determina el ángulo de visión y la magnificación de la imagen capturada por la cámara. De este modo, la distancia focal es un parámetro importante en videovigilancia porque es el principal factor que afecta el campo de visión o ángulo de visión (AoV) de una escena. 

Selección de la distancia focal

Al seleccionar la distancia focal adecuada para una cámara de seguridad en videovigilancia, es importante considerar varios factores, incluyendo:

Tamaño y tipo de área a vigilar: Se refiere a determinar si se requiere un campo de visión amplio para cubrir áreas grandes o un enfoque más específico para observar detalles a largas distancias.

Necesidades de identificación: Se requiere una evaluación sobre la necesidad y la capacidad de identificar personas u objetos en la imagen y qué nivel de detalle es necesario para cumplir con los objetivos de seguridad.

Condiciones de iluminación:Es importante considerar las condiciones de iluminación del entorno y del objetivo en particular, ya que la distancia focal puede afectar de manera indirecta la cantidad de luz que llega al sensor de imagen y, por lo tanto, la calidad de la imagen en diferentes situaciones de sobre iluminación o poca iluminación.

Distancia focal y campo visual, también llamado ángulo de visión

Fuente: santely.net

La distancia focal de la lente afecta directamente el ángulo de visión de la cámara. Lentes con distancias focales más cortas proporcionan un campo de visión más amplio, ideal para áreas grandes o espacios abiertos. Por otro lado, lentes con distancias focales más largas ofrecen un campo de visión más estrecho, adecuado para capturar detalles en distancias más largas.

De este modo hay una relación inversamente proporcional entre distancia focal y  campo visual. Cuanto mayor es la distancia focal el campo de visión, es más estrecho pero mayor profundidad se tendrá en la escena. Y cuanto menor es la distancia focal, el campo de visión es más amplio y con menor profundidad en la escena.

Magnificación o zoom de la imagen

La distancia focal también determina la magnificación o zoom de la imagen capturada por la cámara. Lentes con distancias focales más largas producen imágenes más amplias del objetivo, lo que permite ver detalles finos a largas distancias. Por el contrario, lentes con distancias focales más cortas generan imágenes menos ampliadas, pero con un campo de visión más amplio.

Profundidad de campo

La distancia focal influye en la profundidad de campo de la imagen, es decir, la zona de la escena que aparece nítida en la imagen. Lentes con distancias focales más cortas tienen una profundidad de campo más amplia, lo que significa que tanto los objetos cercanos como los lejanos aparecen enfocados. En cambio, lentes con distancias focales más largas tienen una profundidad de campo más estrecha, lo que resulta en un enfoque selectivo en objetos específicos.

Relación entre el CCD, resolución y campo visual 

El CCD, dispositivo de acoplamiento de carga, por sus siglas en inglés, es un componente esencial en las cámaras de seguridad y videovigilancia que se utiliza para capturar imágenes. La relación entre el CCD, la resolución y el campo visual en una cámara de seguridad se debe entender para saber cómo se adquieren y procesan las imágenes.

Si el tamaño del sensor CCD aumenta para una distancia focal fija, aumenta el ángulo de cobertura, por lo que a mayor tamaño del CCD, aumenta la distancia del objetivo a cubrir y aumenta en alto y ancho la escena objetivo. A menor tamaño del sensor, disminuye la distancia del objetivo a cubrir y disminuye en alto y ancho la escena objetivo

Ahora bien, el número de píxeles y el tamaño del CCD son muy importantes. Cuanto más altos sean dichos valores, más detallada y nítida será la imagen resultante. 

Fuente: av.jpn.support.panasonic.com

También puede darse el caso de que tengamos dos CCD con el mismo número de píxeles pero de diferentes tamaños. Así, con el CCD más grande, obtendremos una imagen de mejor calidad y nitidez. Esto puede marcar la diferencia entre una cámara y otra, aunque en su hoja técnica aparezcan con la misma resolución. Por supuesto, el precio también varía, y es en este punto donde, al momento de especificar un proyecto, se debe establecer una relación calidad-precio.

Lentes y el concepto DORI

Fuente: vivotek.com

El concepto DORI en videovigilancia es una métrica utilizada para ayudar a determinar la idoneidad de una cámara de seguridad para una aplicación específica, considerando la distancia, la observación, el reconocimiento y la identificación. DORI es un acrónimo que representa las cuatro etapas de la vigilancia: detección, observación, reconocimiento e identificación. Estos términos se utilizan para definir las capacidades de una cámara en función de la distancia a la que puede capturar detalles con claridad y precisión.

Fuente: nellyssecurity.com

El lente determina qué tan amplia o estrecha será la vista o escena que capturará la cámara. Como ya mencionamos, podemos deducir que con distancias focales pequeñas, tendremos reconocimiento y detalle a corta distancia; con distancias focales grandes, también, pero a mayor distancia. Los objetivos de tamaño específico juegan un papel crucial en esto, por lo que identificar a qué distancia se requiere reconocimiento e identificación es clave.

Iris y su función 

El iris es una estructura ubicada dentro del objetivo de una cámara que regula la cantidad de luz que entra en la lente. Funciona de manera similar al iris del ojo humano, controlando el tamaño de la apertura para ajustar la cantidad de luz que llega al sensor de imagen de la cámara. Esto se logra ajustando el ancho de la apertura mediante una serie de compuertas o aspas, así como el tiempo en que estas permanecen abiertas o cerradas.

El control o el funcionamiento del iris en las cámaras también está relacionado con varios aspectos en el desempeño de las mismas, estos son: 

Control de la exposición

El iris ajusta la cantidad de luz que entra en la cámara, lo que permite controlar la exposición de la imagen. En entornos con condiciones de iluminación variables, el iris puede ajustarse automáticamente para garantizar que la imagen capturada tenga la exposición adecuada, evitando imágenes sobreexpuestas o subexpuestas.

Profundidad de campo

El ajuste del iris también afecta la profundidad de campo de la imagen. Un iris más abierto (apertura grande) produce una profundidad de campo más estrecha, lo que resulta en un enfoque selectivo en objetos cercanos mientras desenfoca el fondo. Por otro lado, un iris más cerrado (apertura pequeña) aumenta la profundidad de campo, lo que permite que más objetos en la escena estén enfocados.

Afecta la calidad de la imagen

Un iris bien ajustado garantiza una iluminación adecuada en la imagen capturada, lo que contribuye a una mayor claridad y nitidez. Al controlar la cantidad de luz que llega al sensor de imagen, el iris ayuda a minimizar el ruido y mejorar el contraste y la saturación de color de la imagen.

Adaptación a condiciones de iluminación cambiantes

En entornos de videovigilancia donde las condiciones de iluminación pueden variar, como áreas exteriores o espacios con iluminación artificial, el iris puede ajustarse automáticamente para adaptarse a los cambios de luz y garantizar una calidad de imagen óptima en todo momento.

El Número F y su función 

El F-stop o número F es un parámetro que suele causar confusión, pero su comprensión es importante. El número F es una medida que describe la relación entre el diámetro de la apertura del diafragma de una lente y la distancia focal de esa lente. Se representa como una fracción, por ejemplo, f/2.8, f/4, f/5.6, etc. Cuanto menor sea el número F, mayor será la apertura del diafragma y más luz entrará en la cámara.

En términos sencillos, el número F mide la cantidad relativa de luz que puede pasar por el lente, con el iris totalmente abierto. Cuanto más bajo sea el número F, mejor será el equipo para el procesamiento de luz en condiciones de poca luz, siendo este un aspecto importante a la hora de evaluar las características de las cámaras.

Tipos de lentes

Hay varios tipos principales de lentes

• De distancia focal fija
• Varifocales
• Gran Angulares
• Tipo Zoom

De distancia focal fija

Estos lentes tienen una distancia focal fija y un ángulo de visión específico, sus parámetros no se pueden cambiar ni ajustar. Son ideales para aplicaciones donde se requiere un ángulo de visión constante y predefinido.

Varifocales

Los lentes varifocales permiten ajustar la distancia focal de manera manual o automática para cambiar el ángulo de visión de la cámara. Son versátiles y se pueden adaptar a diferentes escenarios de vigilancia sin necesidad de cambiar la lente físicamente.

Gran Angulares

También conocidos como lentes panorámicos, generalmente se usan en las cámaras tipo “ojo de pez”.  Estos lentes ofrecen un campo de visión extremadamente amplio, capturando una vista de 180º grados o más hasta 360º. Son útiles para monitorear áreas grandes o abiertas con una sola cámara.

Tipo Zoom

Estos lentes permiten ajustar la distancia focal de manera remota, lo que facilita el zoom y el seguimiento de objetos en movimiento sin necesidad de mover físicamente la cámara, usados en las cámaras tipo PTZ. Los lentes zoom son una variante de los lentes varifocales en los que se incorporan varios mecanismos motorizados y en la medida en que se cambia la distancia focal de manera automática, este se va ajustando el enfoque.

En esta imagen vemos dos ejemplos de lentes zoom que de hecho son externos a las cámaras y pueden conseguirse en el mercado como accesorios generalmente de cámaras tipo caja, sin embargo, a la hora de escoger este tipo de lentes se deben revisar las hojas de datos y compatibilidad entre cámara y lente. 

Una mejor asesoría y proyectos especificados correctamente 

Los lentes son componentes esenciales en las cámaras de seguridad para videovigilancia, ya que determinan cómo se capturan y procesan las imágenes. Al seleccionar los lentes adecuados, considerando la distancia focal, la apertura del diafragma, la calidad óptica y la resistencia, entre otros aspectos, se pueden obtener soluciones más ajustadas a las necesidades del usuario final. Al comprender su funcionamiento, los profesionales de seguridad pueden ofrecer sistemas de videovigilancia efectivos con un mayor nivel de profesionalismo en una variedad de entornos y aplicaciones.