Le telecamere day&night superano i limiti dell’occhio umano?

 

Quali le tecnologie e le funzioni che permettono alle telecamere day&night di superare i limiti dell’occhio umano e garantire elevate prestazioni, a prescindere dalle condizioni ambientali?

 

Per garantire immagini impeccabili in ogni condizione di illuminazione, una telecamera deve innanzitutto possedere un’ottica e un sensore di qualità, abbinati a tecnologie di ultima generazione.

Le lenti, il sensore e il suo chipset di controllo sono, infatti, i primi anelli della lunga catena che trasforma le immagini in segnali elettrici e digitali.

Elementi di scarsa qualità producono prestazioni mediocri, che peggiorano al diminuire della luce e rendono poco utile un sistema di videosorveglianza.

Ottiche e sensori di alta qualità rappresentano, invece, una garanzia non solo in termini di prestazioni ma anche di affidabilità.

Quando possibile, la scelta deve ricadere su telecamere con sensori di grandi dimensioni (diagonale calcolata in frazioni di pollici - es.: 2/3”, 1/3”), perché solitamente in grado di catturare più luce e con la più bassa apertura (F) possibile.

Questo valore indica la luminosità dell’obiettivo in termini inversamente proporzionali: minore è l’F, maggiore sarà la luce catturata dall’obiettivo e trasferita al sensore per generare immagini più nitide e meno rumorose al calar del buio.

Anche la lunghezza focale dell’obiettivo, fissa o variabile, incide sulla qualità delle riprese e deve essere valutata in base al posizionamento della telecamera e all’area da monitorare.

I sensori CMOS e CCD di ultima generazione catturano immagini di buona qualità anche con pochissimi lux (indicativamente 0,06-0,08 per le riprese a colori, 0,01-0,03 per quelle in bianco e nero).

Quando la luce si riduce ulteriormente, nelle telecamere day&night entrano in funzione due importanti ausili: il filtro IR Cut e l’illuminatore integrato.

 

IR Cut, semplice quanto fondamentale

Il filtro IR Cut può essere di tipo elettronico (ICF - Infrared Cut Filter) oppure meccanico (ICR - Infrared Cut-Filter Removable).

Nel primo caso, si tratta di un’elaborazione dell’immagine a livello del chipset che governa il sensore, mentre nel secondo caso di una vera e propria lente posizionata tra l’obiettivo e il sensore e controllata da un attuatore elettrico o elettromeccanico.

Lo scopo del filtro IR Cut è quello di “tagliare”, durante il solo funzionamento diurno, le componenti IR presenti nella luce solare e artificiale (lunghezza d’onda da 400 a 700 nm - nanometri) che possono falsare i colori delle immagini, renderle innaturali e buie.

All’imbrunire, un sensore di luminosità posizionato nelle vicinanze dell’obiettivo rileva la riduzione della luce sotto la soglia prestabilita e rimuove il filtro.

Ciò permette al sensore di immagine di catturare tutte le componenti dello spettro, incluse quelle oltre i 700 nm (IR), ovvero di vedere al buio la riflessione della luce IR emessa dall’illuminatore, seppur solo in bianco e nero, dal momento che la luce infrarossa non contiene alcun colore visibile dall’occhio umano.

L’illuminatore viene attivato dallo stesso sensore di luminosità, che governa il funzionamento del filtro se di tipo integrato oppure da un sensore ad-hoc se di tipo esterno.

Il filtro ICR meccanico ha prestazioni migliori di quello ICF elettronico, perché, come abbiamo spiegato sopra, agisce a monte a livello dell’ottica e non “a valle” durante l’elaborazione dell’immagine.

 

I led

I vecchi illuminatori IR a lampada sono stati ormai totalmente rimpiazzati dai led, decisamente più pratici, economici ed efficienti.

Le prime generazioni di illuminatori IR a led utilizzavano (e utilizzano tuttora) decine di led posizionati in cerchio intorno all’obiettivo.

Da qualche anno, sono disponibili anche gli illuminatori led di tipo “array”, che sfruttano speciali chip dotati di led multipli a elevate prestazioni.

I led IR tradizionali hanno una potenza unitaria nell’ordine dei 15 mW (0,015 watt), una vita stimata di circa 1.200 ore ed emettono luce infrarossa con un’apertura di soli 30-50 gradi, capace di illuminare soggetti distanti un metro.

Gli illuminatori IR con 20-30 di questi led possono arrivare a coprire una distanza massima teorica di 20-30 metri, concentrando l’illuminazione nella parte centrale dell’immagine.

Nella pratica, però, la distanza può ridursi anche del 30-50% per molteplici motivi: scarsa qualità dei led e loro invecchiamento, caduta di tensione causata dalla lunghezza dei cablaggi di piccola sezione, trasparenza dell’aria, riflessioni ecc.

I led array sono molto più potenti (fino a 30 watt per led), longevi (10.000 ore) e hanno una maggiore apertura (fino a 180°), con il risultato che le immagini appaiono più dettagliate, definite e illuminate in modo uniforme, sia al centro che ai bordi.

Le telecamere con illuminatore led IR array sono indicate per le riprese di aree molto ampie, per nulla o scarsamente illuminate da altre sorgenti (ad esempio, lampioni).

Quelle con illuminatore led IR tradizionali sono, invece, idonee per il monitoraggio di piccole aree come uffici, magazzini, box e cortili fino a 50-70 mq.

Alcune aziende leader del mercato hanno studiato sistemi di illuminazione a led array con lenti rettangolari e chip ad alta potenza, posizionati in modo da ottimizzare le riprese video in formato 4:3 o 16:9.

Queste soluzioni permettono di annullare del tutto l’effetto di sovraesposizione al centro dell’immagine e di sottoesposizione agli angoli.

 

Led IR visibili e invisibili

Sia i led tradizionali che quelli array possono emettere luce nel campo dell’infrarosso, con lunghezze d’onda differenti.

Di norma, gli illuminatori IR lavorano a circa 840-850 nm ed emettono una lieve luminescenza rossastra facilmente visibile dall’occhio umano.

Questo può essere un vantaggio, ovvero un deterrente per i malintenzionati, oppure uno svantaggio qualora non si voglia fare capire che la telecamera è presente e accesa.

Per rendere invisibile un led IR all’occhio umano, è necessario che la lunghezza d’onda della luce emessa sia il più distante possibile dalla luce visibile, ad esempio oltre i 900 nm.

Gli illuminatori con led IR da 930-950 nm sono, infatti, invisibili all’occhio umano, ma pochi sanno che, tanto più ci si allontana dalla lunghezza d'onda della luce visibile, tanto più si riducono il potere di illuminazione, la portata e il dettaglio delle immagini.

In sostanza, i led “invisibili” da 930-950 nm fanno meno luce di quelli visibili da 840-850 nm.

 

Illuminatori esterni fino a 300 metri

Quando gli ambienti da monitorare sono molto ampi e per nulla illuminati, oppure quando la telecamera ha un obiettivo zoom molto spinto, l’illuminatore integrato, anche di tipo array, potrebbe non essere sufficiente.

In questi casi, bisogna ricorrere a illuminatori esterni posizionati in luoghi strategici e protetti da eventuali tentativi di sabotaggio.

Solitamente, gli illuminatori esterni adottano gli stessi componenti e tecnologie di quelli integrati, ovvero led tradizionali o array, un sensore di luminosità che ne consente l’attivazione sotto la soglia di pochi lux (5 o 10, talvolta regolabile) e uno chassis impermeabile (es.: IP67) per l’installazione in esterno senza ulteriori protezioni.

Quello che cambia è il maggior numero di led che lo chassis può ospitare, da un minimo di 60-100 fino a oltre 300 (10-20 per gli array), per una portata teorica fino a 300 metri.

A seconda dei modelli, gli illuminatori esterni richiedono una sorgente di alimentazione da 12Vcc o 220Vac.

 

Valerio Stanna

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