La tecnologia 4K ha permesso, nel mercato della videosorveglianza così come in quello del broadcasting e consumer, di migliorare la qualità e la definizione delle immagini, trasformando una ripresa digitale in qualcosa di molto più reale.
Le telecamere 4K permettono di catturare un maggior numero di elementi e in modo più preciso.
In alcuni casi, la quantità di dettagli è così elevata che è possibile - attraverso sofisticati sistemi di tracking e zoom ottico/elettronico - ottenere, da una ripresa 4K, molteplici inquadrature Full HD perfettamente intelligibili, ampliando il campo visivo e riducendo il numero di telecamere necessarie a coprire un’ampia area.
Per questi motivi, le telecamere 4K sono perfette per monitorare i parcheggi di un centro commerciale, le banchine di una stazione, una piazza molto grande, gli spalti di uno stadio, ma anche un negozio oppure un magazzino.
Di norma, per poter identificare una persona, è necessario che il volto sia rappresentato “digitalmente” da almeno 80 pixel: disporre, in una singola immagine, di 100mila “blocchi” potenzialmente capaci di riconoscere una persona (ma anche una targa, il colore o il modello di un veicolo) rappresenta un grande vantaggio in termini di sicurezza e affidabilità.
Senza contare, poi, la possibilità di catturare immagini a scopo probatorio alla massima risoluzione consentita dal sensore (intorno ai 12-20 Megapixel).
Fedeltà cromatica e frame rate
Una delle sfide più difficili per una telecamera (non solo di videosorveglianza) è quella di rappresentare le immagini nello stesso modo in cui vengono viste dall’occhio umano. Quest’ultimo è decisamente più sofisticato, versatile e flessibile di qualsiasi dispositivo elettronico, poiché riesce a distinguere anche quelle variazioni di luminosità e colore che un sensore CMOS non è in grado di cogliere.
Le telecamere 4K più avanzate, grazie a tecnologie sofisticate e funzionalità avanzate, permettono tuttavia di ottenere una gamma cromatica ampia, capace di rappresentare più accuratamente la realtà di una scena con tutti i suoi elementi (persone, oggetti e sfondo), sia in tempo reale che nella visione post-evento in caso di indagine.
Altro fattore chiave che incide sulla qualità e l’efficacia delle riprese, è il numero di fotogrammi al secondo (fps - frame per second) catturati dal sensore ed elaborati dall’elettronica della telecamera.
L’occhio umano percepisce le immagini Full Motion a circa 15-16 fps, ma la maggior parte delle telecamere di sicurezza è in grado di raggiungere i 30 fps (requisito minimo per lo standard HD).
Grazie a un maggiore frame rate e alla migliore risoluzione di ogni singolo fotogramma, una telecamera 4K può catturare i movimenti più rapidi come, ad esempio, un’auto che sfreccia ad alta velocità o una persona che sta compiendo un furto.
Le ottiche sono fondamentali
Le prestazioni di una telecamera 4K non dipendono solo dal sensore, dall’elettronica e da altre funzioni, ma soprattutto dalla qualità delle ottiche.
Al crescere del numero dei pixel e, soprattutto, della loro densità, per ottenere immagini luminose, perfettamente a fuoco e cromaticamente bilanciate su tutta l’area di ripresa, è necessario utilizzare lenti adatte a tale formato.
Anche la migliore profondità di campo - uno dei grandi vantaggi del 4K rispetto al Full HD - potrebbe non essere sfruttata a dovere con ottiche non adeguate.
Gli installatori sanno benissimo che, a volte, una telecamera SD garantisce immagini migliori di una Full HD proprio per l’ottica montata.
La stessa cosa accade con il 4K: avere a disposizione diversi milioni di pixel e un obiettivo che non è in grado di gestirli correttamente può portare a risultati inferiori alle aspettative.
La prova sul campo, più che le promesse dei costruttori, è l’unico modo per valutare le prestazioni di una telecamera 4K.
Variabili ambientali
Catturare immagini ad altissima definizione 4K con un sistema di videosorveglianza può portare a risultati differenti, a seconda delle caratteristiche dell’ambiente che si vuole monitorare.
La presenza di soggetti e di oggetti in movimento e le condizioni di illuminazione - che variano durante la giornata - possono vanificare le prestazioni di una telecamera 4K e spostare l’acquisto sui modelli Full HD.
Di norma, la sensibilità alla luce è inversamente proporzionale alle dimensioni dei pixel: visto che un sensore 4K integra almeno 8 milioni di pixel (circa 4 volte il Full HD), a parità di dimensioni del sensore (1/1,7”, 1/2,3”, 1”, ecc.), la sua sensibilità sarà inferiore e richiederà quindi più luce.
Anche la gamma dinamica, ovvero la capacità del sensore di catturare sia le aree chiare che quelle scure di un’inquadratura, è teoricamente più critica nelle telecamere 4K.
Le aziende leader del mercato hanno però studiato soluzioni che permettono di risolvere, in parte o totalmente, questo problema.
Il principale intervento viene fatto sui sensori, più grandi, luminosi e capaci di catturare le immagini anche in condizioni di illuminazione critiche, grazie a soluzioni come la retroilluminazione del sensore, già ampiamente collaudate nei settori broadcasting e consumer.
In secondo luogo, sono state messe a punto tecnologie sofisticate che compensano i differenti livelli di luce della scena per evitare abbagliamenti, “bruciature” o sotto-esposizioni, migliorare la visualizzazione dei colori, ridurre il rumore e ottenere, così, una gamma dinamica elevata.
Immagini più definite occupano più banda
Le immagini ad altissima risoluzione e con un elevato frame rate richiedono un’infrastruttura di rete adeguata al trasporto di ogni singolo bit, senza un’eccessiva compressione (che riduce la qualità) o, peggio, senza la perdita di dati preziosi.
Anche lo storage delle registrazioni deve essere idoneo alla gestione dei video 4K, visto che possono occupare fino a quattro volte lo spazio di un video Full HD.
Per ovviare a questo problema, le telecamere 4K adottano sofisticate tecnologie e algoritmi proprietari basati sulla compressione H.264, che permettono di ridurre il bitrate fino al 85% con un degrado delle immagini più che accettabile per la stragrande maggioranza delle applicazioni.
Alcune telecamere 4K adottano, inoltre, tecnologie avanzate che permettono di selezionare una qualità di immagine differente in base all’area di ripresa, privilegiando zone “sensibili” che richiedono immagini di altissima qualità rispetto a zone “normali” che, invece, possono essere monitorate anche con una qualità video inferiore.
Le future telecamere 4K adotteranno il codec H.265 (HEVC), standard di compressione ad alta efficienza che garantisce una sensibile riduzione della banda occupata (a parità di qualità delle immagini) oppure un netto miglioramento della qualità a parità di banda.
4K o Full HD?
I vantaggi offerti dal 4K sono molteplici e tangibili. Non tutti, però, possono essere sfruttati adeguatamente nella progettazione di un impianto di videosorveglianza e giustificare il probabile (ma non automatico) divario di costo rispetto a una soluzione Full HD.
In determinate circostanze - monitoraggio di aree molto vaste quali parcheggi, piazze, incroci stradali, grandi negozi e magazzini con illuminazione controllata - il 4K è sicuramente una soluzione da tenere in considerazione, se non addirittura obbligatoria. Nel caso di abitazioni private, piccoli negozi, laboratori e magazzini, si possono, invece, valutare soluzioni Full HD oppure miste Full HD + 4K, se il budget e le variabili in gioco lo consentono.
Giacomo Bozzoni
