Resolución de video en sistemas de videovigilancia
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Resolución de video en sistemas de videovigilancia

La resolución de video es un factor clave en los sistemas de videovigilancia, ya que influye directamente en la calidad de las imágenes capturadas. Conocer los factores que afectan la resolución es clave para poder elegir los equipos más adecuados para cada necesidad. En esta nota, analizaremos los diferentes aspectos relacionados con la resolución de video en los sistemas de videovigilancia. 

Muchos de los aspectos relacionados con la resolución de video en los sistemas de videovigilancia no son del todo conocidos o pueden ser confusos, así parezca sencillo hay varios aspectos a tener en cuenta desde la etapa de diseño.

En este artículo revisaremos los principales aspectos relacionados con la resolución de video teniendo en cuenta:

¿Qué es la Resolución en video? 

En los sistemas de videovigilancia, la resolución de video es esencial porque afecta directamente la calidad de la imagen que se captura. Cuanto mayor sea la resolución, mayor será el detalle de la imagen y por lo tanto, será más fácil reconocer personas, objetos y detalles importantes en una determinada escena.

En términos simples la resolución de video es la capacidad que tiene la cámara, sistema de grabación o medio de visualización para reproducir imágenes con niveles de detalle de modo que el video sea útil. Ahora bien, la medida de dicha capacidad en una escala numérica es una de las formas más habituales de categorizar los equipos de videovigilancia. 

TVL vs. Pixeles 

En décadas atrás los sistemas de videovigilancia utilizaban las “líneas de televisión” como la forma de especificar la resolución de las cámaras analógicas y de los monitores de video. Básicamente se hacía referencia a la cantidad de líneas horizontales de video para reproducir una imagen, cuantas más líneas horizontales el equipo podía procesar, mejor resolución tenía para reflejar detalles del mundo real, tales como rasgos faciales, tipos de objetos, matrículas de vehículos, etc.

Sin embargo, en el proceso de fabricación las pruebas de equipos con base en TVL estaban diseñadas para realizarse en condiciones de iluminación uniformes. Al introducir luz solar directa, luz de fondo o niveles de luz más bajos, las mediciones de TVL caían significativamente. Además, estas pruebas se realizaban con gráficos o escenarios de prueba estacionarios, no en objetos móviles comunes como ocurre en el mundo real.

Debido a esto, las mediciones de TVL no tienen en cuenta la sobreexposición, el ruido, el efecto de la compresión en los equipos de artefactos de codificación, los efectos de iluminación IR, el desenfoque de movimiento y otros aspectos que están presentes en el mundo real.

Con la aparición de las cámaras IP, los fabricantes enfocaron sus esfuerzos en redefinir el modo en que se mide la resolución pasando de medir el rendimiento de video en TVL a contar la cantidad de píxeles físicos que tiene un sensor de imagen.

Relación entre cantidad de Pixeles y Calidad de Imagen

Es fácil suponer que cuantos más píxeles o incluso un número alto de líneas de resolución tiene una cámara, mayor calidad de imagen tendrá el equipo, pero esto no es del todo cierto. 

Al igual que con las mediciones de resolución clásicas que solo usaban condiciones de iluminación ideales, la medición de píxeles por sí sola ignora el impacto de los desafíos comunes de iluminación en los sistemas de videovigilancia del mundo real. Puede ocurrir que tener muchos más píxeles puede dar como resultado una potencia de resolución más pobre en condiciones de poca luz. De otro modo, las cámaras con menos píxeles, pero con un procesamiento de imagen superior pueden ofrecer imágenes de mayor calidad en escenarios similares, por ejemplo en escenarios con alta intensidad de luz solar pero con funciones avanzadas de WDR el desempeño será mejor.

Así, la cantidad de píxeles determinan el “potencial” de una cámara para ofrecer una buena resolución, pero no es un indicador de óptima calidad de video. 

Resoluciones Comunes en Videovigilancia

La siguiente tabla resume las resoluciones más comunes utilizadas en las implementaciones de videovigilancia de continua producción en la actualidad. Es importante tener en cuenta que VGA ya no es muy común, excepto en las cámaras térmicas, pero la incluimos aquí como referencia.

TÉRMINO/CANTIDAD DE PIXELES

HORIZONTAL X VERTICAL

VGA / 0,3 MP

640 x 480

720p / 1 MP

1280 x 720

1080p / 2 MP

1920 x 1080

3MP 4:3

2048 x 1536

3MP 16:9

2304 x 1296

4MP

2688 x 1520

5MP 4:3

2592 x 1944

5MP 16:9

3072 x 1728

6MP

3072 x 2048

4K / 8MP

3840 x 2160

12MP

4000 x 3000

Resolución vs. Costo

¿Cómo elegir la resolución de video adecuada para un sistema de videovigilancia?  La elección de la resolución de video adecuada dependerá de las necesidades de seguridad específicas de cada lugar. Para elegir la resolución adecuada, es necesario tener en cuenta varios factores, como el tamaño del lugar que se va a vigilar, el número de cámaras que se necesitan, la ubicación de las cámaras y el presupuesto disponible.

En igualdad de condiciones, las cámaras de mayor resolución generalmente cuestan más que los modelos de menor costo, aunque actualmente la diferencia ya no es tan grande como en años atrás. Por ejemplo, cuando se introdujeron por primera vez las cámaras 4K o 5MP, generalmente se limitaban a modelos de mayor costo y de gama alta. Ahora, equipos con resolución de 5MP y más son bastante comunes en todas las líneas de productos, desde modelos de cámaras con lentes fijos sin mayores especificaciones adicionales hasta cámaras de gama alta con funciones avanzadas con IA en borde.

Como lo anotamos es importante tener en cuenta que un costo más alto para un cámara de resolución más alta no siempre resulta que tenga un rendimiento más alto, ya que las funciones avanzadas, WDR real, súper baja iluminación, entre otras no siempre son compatibles o tienen un rendimiento tan alto en los modelos de resolución más alta, o requieren un aumento significativo en el costo. Por ejemplo, hay cámaras con resolución de 1080p que cuentan con WDR avanzado y muy alta sensibilidad para condiciones de muy poca luz, mientras que también hay modelos de mayor resolución que pueden carecer de una o más de estas características de este tipo.

Resoluciones muy altas 

En muchos casos la resolución excesiva en vez de ser una ventaja puede ser un problema en los proyectos de videovigilancia, en especial en los sistemas en red. 

A medida que la cantidad de píxeles aumenta de 1080p, 4MP y hasta más, la sumatoria de resolución de todas las cámaras puede volverse un dolor de cabeza para el manejo de ancho de banda y almacenamiento. En especial en proyectos multi-sitio, con grabación centralizada o con redes que comparten el canal de transmisión con datos sensibles para la operación, es ahí en donde los formatos o codecs de compresión súper eficientes entran en juego y la lógica o sentido común sobre la real necesidad de contar siempre con super alta resolución. 

En este enfoque muchos fabricantes han implementado soluciones con base en IA para optimizar el rendimiento de sus equipos permitiendo configurar las capturas de video en muy alta resolución, sólo cuando “realmente” el usuario lo requiere y el resto de la información “poco útil” se graba y/o se transporta en mínimos óptimos es decir en una calidad de video apenas necesaria que permita una búsqueda forense inteligente o un monitoreo eficiente. Pero en caso de que las analíticas respondan a situaciones reales el video requerido será de alta calidad. 

Resolución y las cámaras multisensor

El auge de las cámaras multisensor también ha reducido la necesidad de aumentar la resolución de las imágenes en los flujos de video. Dado que este tipo de cámaras pueden cubrir grandes áreas usando dos o más sensores configurados en resolución "estándar" y puntos de interés específicos pueden actuar como cámaras individuales configuradas con mayor resolución, así el consumo de ancho de banda se puede optimizar según cada caso. 

Resolución del sensor frente a resolución de flujo

Si bien los fabricantes suelen especificar las cámaras IP en función de la resolución del sensor, a veces la resolución de la transmisión enviada o del flujo de datos puede ser menor. Esto sucede en casos como:

  • Limitación de las capacidades de la cámara
  • Cámaras de ojo de pez
  • Cámaras multisensor con un solo flujo de video 
  • Configuración el software 

Limitación de las capacidades de la cámara

En algunos casos, los fabricantes pueden especificar sus cámaras con sensores disponibles de una resolución determinada por ejemplo de 8 Mp, pero al implementar el sistema se configuran los flujos de video a un número de píxeles más bajo, 5 Mp debido a las limitaciones en el procesamiento, ancho de banda, o almacenamiento a resolución completa. También puede ocurrir que al aplicar funciones como WDR o niveles de ganancia altos la cámara de forma automática reduzca o sacrifique cantidad de píxeles por calidad de imagen balanceada. 

Cámaras de ojo de pez

En estos casos los fabricantes a menudo recortan partes no utilizadas del sensor de imagen en las transmisiones de los flujos de video en cámaras panorámicas, por lo que un modelo de cámara ojo de pez de 12MP realmente transmitirá video a 8 Mp o 9 Mp, sin embargo, en la mayoría de los casos esto no es perceptible por el usuario final. 

Cámaras multisensor con un solo flujo de video 

Además, de los casos anteriores algunas cámaras de multisensor generan una única secuencia o flujo de datos que contiene todas las imágenes de todos los sensores, pero al configurar el equipo de esta manera se utiliza una resolución más baja que la puede tener la capacidad individual de cada sensor. 

Configuración el software 

Finalmente, un instalador puede configurar una cámara de forma errónea o de fabrica en una resolución baja. A veces esto se hace para ahorrar ancho de banda, pero en otras veces, simplemente es un error o falla en la configuración de los parámetros de resolución desde el VMS

De este modo una cámara de alta resolución puede quedar visualizándose con baja resolución y de hecho ser algo notorio para el usuario final,  pero el problema es simplemente que no está configurada en su resolución de transmisión máxima para el flujo en vivo, y más bajo para el de grabación o al revés.

Debido a estos problemas, los integradores y usuarios finales deben asegurarse de verificar no solo la resolución del sensor, sino también las resoluciones de transmisión posibles y que pueden ser configuradas desde el VMS o desde la interfaz web de las cámaras y que generalmente se encuentran especificadas en la hoja de datos de la cámara.

El Impacto de la compresión en la resolución

En los sistemas de videovigilancia en red los pixeles son la base para la especificación de la resolución, sin embargo todas las cámaras de video en red pasan por un proceso de compresión y descompresión de los datos que pueden afectar la calidad de la imagen resultante. Así, se puede tener dos cámaras de igual resolución, es decir, el mismo número de píxeles, pero la calidad de la imagen visible puede variar sustancialmente entre ambas debido a las diferencias en los niveles de compresión elegidos en cada caso.

Elección de los niveles de compresión

Elegir el nivel de compresión correcto puede no ser fácil. La cantidad de pérdida de calidad de video por los efectos de la compresión que se puede tolerar es algo subjetivo y a menudo depende de las preferencias del usuario final o de los detalles de la escena que se captura.

Al final, todo se trata de un buen balance entre calidad de imagen y beneficios de la compresión, como sabemos el aumento de la compresión puede resultar en grandes ahorros en costos de almacenamiento, y en disco duro, ya que se requiere menos almacenamiento para tiempos de retención específicos, desempeño de la red de datos al requerir menos ancho de banda y equipos estándar como switches de red, dado que se pueden usar switches a gigabit sobre cobre en lugar de equipos con capacidad de fibra a 10GbE que son altamente costos. 

De este modo, partir siempre de un “mínimo óptimo” será un buen punto de partida. Esto quiere decir cuales son las especificaciones mínimas de calidad mínima de video, velocidad de transmisión y ancho de banda que se puede tener para que este video sea útil para un fin específico y en consecuencia, especificar el almacenamiento y transmisión. 

Ángulo de incidencia y resolución

Algo que muchas veces no se tiene en cuenta y que está relacionado con la instalación de las cámaras es su ubicación, las cámaras deben quedar instaladas con un ángulo adecuado para captar los detalles de un objeto o persona, lo que se conoce como "ángulo de incidencia".

Se puede contar con la mejor resolución disponible, pero si el ángulo de incidencia de la cámara siempre capta imágenes desde arriba, será difícil saber quién entra o sale de un área específica, esto ocurre mucho con la cámaras ojo de pez de aplicación en techo, por lo que las cámaras en puntos de acceso o de especial atención deben estar instaladas de modo que se puedan captar detalles de las personas. Entonces volvemos al punto del balance, muchas veces no se requieren cámaras de más de 10 Mp para aplicaciones de techo, pero sí equilibrar con cámaras puntuales en puntos de acceso o críticos para la operación del cliente.

Fuente: sdmmag.com

De este modo, los diferentes factores de forma de las cámaras no son excluyentes entre sí, se complementan, y el punto está en hacer del diseño algo equilibrado entre prestaciones y requerimientos de funcionamiento. 

TECNOSEguroPRO Resolución de Video 2Fuente: cctvcamerapros.com

Factores adicionales que afectan la resolución

Adicional a los puntos anteriores, es importante tener en cuenta que hay otros factores que de una forma u otra afectan la resolución en los sistemas de videovigilancia, estos son:

  • Rendimiento de la cámara en escenarios con poca iluminación 
  • Rendimiento del WDR
  • Selección de lentes y enfoque de la lente

Rendimiento de la cámara en escenarios con poca iluminación 

Los problemas de calidad de video surgen con mayor frecuencia en condiciones de poca iluminación y en escenarios donde se genera un contraste de luz con parte de la escena muy iluminada y otra parte no. 

En la noche, las imágenes pueden ser simplemente tenues, con objetivos difíciles de identificar, y de hecho, la captura de detalles faciales puede ser un problema, o las imágenes pueden presentarse muy ruidosas debido a los altos niveles de procesamiento necesarios para producir la imagen.

TECNOSEguroPRO Resolución de Video 3

También, algunas cámaras pueden desenfocar o distorsionar objetivos importantes en la noche o espacios con baja iluminación, debido a la falta de control en la intensidad de luz IR, ruido digital y/o a las velocidades de obturación lentas utilizadas para intentar iluminar más la escena.

TECNOSEguroPRO Resolución de Video 4Imagen con y sin sobreexposición al IR. Fuente: kirio.com.co

Muchos fabricantes han desarrollado modelos más robustos para dar solución a estos problemas implementando algoritmos que compensan la intensidad del IR integrado de manera adaptativa. 

Sin embargo, es importante tener en cuenta que incluso las cámaras IR de mayor rendimiento pueden sufrir este tipo de inconvenientes, aunque en una menor incidencia. Y muchos iluminadores externos o de apoyo pueden sobreexponer al objetivo en un determinado momento, en especial cuando este se acerca hacía la cámara, incluso, pueden afectar otros detalles de la escena. 

Rendimiento del WDR

Las escenas que contienen una mezcla de luces brillantes y sombras también causan problemas a muchas cámaras, con objetivos que pueden notarse demasiado oscuros como para tener una identificación al contrario de sobreexpuestos y descoloridos.

TECNOSEguroPRO Resolución de Video 5Fuente dinexco.com

Las cámaras que utilizan WDR real, logran mejorar la exposición en toda la escena, haciendo que los detalles sean más visibles en general, y claro está, hay muchos fabricantes que continuamente desarrollan mejoras en el WDR con modelos de gamas más altas y mejor desempeño, pero también hay modelos con WDR digital o DWDR que puede tener un menor desempeño en escenarios exigentes. 

Selección de lentes y enfoque del lente

TECNOSEguroPRO Resolución de Video 6Fuente: xcell.com

Seleccionar un lente de cámara en videovigilancia de manera incorrecta puede tener varios efectos negativos en la calidad de la imagen capturada. Entre ellos están:

Distorsión de la imagen: si se selecciona un lente con una distancia focal incorrecta, la imagen puede aparecer distorsionada o deformada.

Pérdida de nitidez: si el lente no está diseñado para la distancia entre la cámara y el objeto a grabar, la imagen puede verse borrosa o falta de nitidez.

Ángulo de visión inadecuado: si el lente no tiene el ángulo de visión adecuado, la imagen capturada puede ser demasiado estrecha o amplia, lo que podría resultar en la omisión de información importante o la captura de información innecesaria.

Problemas de enfoque: si se elige un lente que no es compatible con el sensor de la cámara, puede haber problemas de enfoque, lo que resultará en una imagen desenfocada o borrosa.

Conclusión 

La resolución de video es uno de los aspectos más importantes a tener en cuenta al elegir un sistema de videovigilancia. La elección de la resolución adecuada dependerá de las necesidades de seguridad específicas de cada lugar. Como vimos, es importante considerar varios factores tanto impulsores como atenuantes de la resolución y calidad de video, aspectos que están relacionados con el tamaño del lugar a cubrir, tipo de escena, e incluso el presupuesto disponible para elegir la mejor opción.

Jairo Rojas Campo

Ing. Electrónico de la Pontificia Universidad Javeriana, especialista en Gerencia de Proyectos, con experiencia como líder de gestión de proyectos en varias empresas reconocidas del gremio de seguridad en el país desde el 2001. Cuenta con múltiples certificaciones en seguridad electrónica en las líneas de CCTV, sistemas de alarmas de intrusión, detección de incendio, controles de acceso, plataformas de integración entre otras.

Actualmente realiza actividades orientadas a la transferencia de su conocimiento y experiencia a equipos de trabajo del sector, realiza diseño y especificación de proyectos. Apasionado por el ciclismo de ruta y ciclo montañismo.

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