Notas técNicas

La mejor iluminación posibleLos desafíos de una iluminación mínima

Índice

1. introducción 3

2. El puzzle de la sensibilidad lumínica 3

3. No se deje engañar 5

4. La elección más inteligente 6

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introducción

La luz es un factor fundamental en la calidad de una imagen. Como regla general, la imagen será mejor cuanta más luz haya disponible en el entorno, siempre y cuando no haya una sobreexposición. Si la can-tidad de luz es insuficiente, la imagen será oscura o granulada. La cantidad de luz necesaria para produ-cir una imagen de buena calidad depende de la cámara y de su sensibilidad a la luz. O, dicho de otro modo, mientras más oscura sea la zona, más sensibilidad a la luz debe tener la cámara.

Por sensibilidad lumínica o iluminación mínima se entiende la cantidad menor de luz necesaria para que la cámara produzca una imagen de calidad aprovechable. La iluminación mínima se indica en lux (lx), que es una medida de iluminancia a menudo denominada erróneamente intensidad luminosa. Así, algunos podrían pensar que mientras menor sea la clasificación de lux que indica el proveedor, más sensible será la cámara. Sin embargo, no es tan fácil. Hay una paradoja en lo que se refiere al problema de la ilumina-ción mínima. Aunque la sensibilidad a la luz suele ser un factor decisivo a la hora de elegir productos y proveedores, se trata de un aspecto complicado de la tecnología de las cámaras, y uno de los más difí-ciles de dilucidar.

Este documento buscar aclarar algunas dudas sobre la sensibilidad lumínica para revelar las posibles trampas y explicar por qué es mejor realizar pruebas sobre el terreno que comparar datos técnicos para poder tomar una decisión de compra informada.

El puzzle de la sensibilidad lumínica

El proceso de medición de la sensibilidad lumínica es complejo e inconcluyente. Existen varias razones para ello:

En primer lugar, la iluminancia se mide con un fotómetro. Aunque el método de medición en sí es preci-so, las lecturas de lux son engañosas a la hora de describir la sensibilidad lumínica de una cámara pues-to que los fotómetros y las cámaras no recogen la misma información lumínica. Así, cuando hablamos de iluminancia o lux, nos referimos a la forma en que está iluminada una zona, no a la forma en la que la cámara recoge esa luz.

Mientras que un fotómetro registra la cantidad de luz visible que ilumina o incide en una zona específica (luz incidente), una cámara registra la cantidad de luz que reflejan los objetos de la zona cubierta (luz reflejada). Así, las lecturas de lux de dos personas que ocupen el mismo espacio serán idénticas, aunque una vista de blanco y otra de negro. Sin embargo, la cantidad de luz que capte una cámara que cubra la misma zona puede ser mayor o menor, en parte porque la persona que viste de negro reflejará menos luz que la persona que vista de blanco. Además, los objetos brillantes reflejarán más luz que los mate, y las condiciones metereológicas afectarán también a la iluminación y el reflejo. La nieve intensificará la luz reflejada, mientras que la lluvia absorberá la mayor parte de la luz reflejada.

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Figura 1. La diferencia entre la luz incidente medida con un fotómetro y la luz reflejada que capta una cámara.

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En segundo lugar, muchos entornos naturales tienen una iluminación bastante compleja, con contraluz, sombras y zonas claras que pueden afectar a la forma en que la cámara interpreta la escena. El contra-luz, por ejemplo, dejará a oscuras un objeto reduciendo las posibilidades de una identificación positiva. En la vigilancia de exteriores, la luz solar cambia de intensidad y dirección durante el día. Por ello, debe tener en cuenta que una lectura de lux no indica las condiciones de iluminación de una zona completa, ni muestra nada sobre la dirección de la luz.

Figura 2. A la izquierda se muestra un ejemplo del aspecto de 5 lux en la realidad, la del medio muestra 80 lux y la de la derecha, 4000 lux.

Tenga en cuenta que cuando se mide el valor de lux de una zona, sólo representa la iluminancia del objeto que se está enfocando. Por ejemplo, en las imágenes anteriores, el valor de lux representa la iluminancia en el punto del árbol o enfrente del edificio. El cielo más claro y el suelo más oscuro no se tienen en cuenta.

En tercer lugar, hay una serie de factores que influyen en la sensibilidad lumínica de la cámara. Entre ellos se incluyen el tiempo de exposición, el f-stop, el tamaño y calidad del sensor, la calidad del objetivo y la temperatura de color. El nivel de IRE también es una parte importante, aunque se trata de un valor analógico que se transfiere al mundo digital mediante una interpretación y a pesar del hecho de que no es aplicable.

Muchos de estos factores pueden manipularse para que la cámara capte más luz. De hecho, algunos proveedores no tienen escrúpulos en manipular los valores para que sus productos parezcan de mejor calidad. Por ejemplo, si se aumenta el tiempo de exposición (reduciendo la velocidad de obturación), se permite que entre más luz en el sensor. Esto resulta útil para mejorar la calidad de la imagen y conseguir buenos valores con imágenes fijas. Sin embargo, si la escena presenta movimiento, la imagen de vídeo será borrosa y el objeto no podrá identificarse. Esto no evita que los proveedores usen este truco cuando muestran datos e imágenes de prueba. Desconfíe siempre de los proveedores que muestran imágenes fijas como prueba del rendimiento del vídeo en movimiento de la cámara en condiciones de luz escasa.

La ganancia no influye en la sensibilidad a la luz de la cámara, pero es un amplificador de la señal de vídeo. Al aumentar el nivel de ganancia se mejora la señal de vídeo y se consigue que la imagen sea más brillante. En contraposición, el ruido de la imagen también aumenta. Puede compararse a subir el volu-men de una radio con una recepción defectuosa: no sólo oirá más música, sino también más interferen-cias y ruido de estática.

Figura 3. A la izquierda, una escena captada a 500 lux con una ganancia baja. A la derecha, una escena similar tam-bién captada a 500 lux con una ganancia alta. La imágenes ilustran cómo un aumento de la ganancia amplificará la señal de vídeo y hará la imagen más brillante, a cambio de mostrar mayor ruido en la imagen.

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3.

Por último, lo más importante es quizás saber que actualmente no hay en el mercado ningún estándar internacional para medir la iluminación mínima, lo que significa que ni siquiera los líderes del mercado comparten el mismo método, lo que complica que los proveedores consigan valores adecuados y que los clientes confíen en ellos.

No se deje engañar

A consecuencia de los problemas descritos anteriormente, cualquier comparación entre productos de distintos proveedores según la clasificación de lux, números f o tamaños de sensor es inadecuada. Si compra una cámara basándose en una comparación tan insuficiente es posible que se equivoque. Una cámara con una clasificación de iluminación mínima definida como 5 lx, F10 puede tener el mismo ren-dimiento que otra con la especificación 0,05 lx, F1.0. Las mismas propiedades pueden expresarse de muy distintas formas, y los diferentes proveedores usan distintos componentes. Como resultado, analizar los productos de proveedores competidores es mucho más complicado que comparar sus datos técnicos.

Algunos incluso optimizan el rendimiento durante las pruebas usando objetivos opcionales o de gama y precio elevados que el cliente medio puede ser reticente a comprar. No olvide comparar el valor provisto de iluminación mínima y el número f con el número f real del objetivo estándar, en caso de que se sumi-nistre alguno con la cámara. Las cámaras ofertadas por Axis lo incluyen todo: las cámaras siempre se suministran con un objetivo y las pruebas se completan de forma homogénea con la alternativa de ob-jetivo estándar y la configuración predeterminada.

Como experimento, usamos el método 1 de Axis de medición de iluminación mínima para comparar al-gunos de nuestros productos con productos similares de otros proveedores. Todas las imágenes siguien-tes se captaron usando los ajustes predeterminados de las cámaras; y la diferencia entre clasificación de lux especificada en las hojas de datos de los productos y los resultados de la prueba habla por sí misma.

Cámaras de red fijasCámara de red AXIS P1346 Producto de la competencia 1 Producto de la competencia 2

Imagen de prueba2 Hoja de datos3 Imagen de prueba2 Hoja de datos3 Imagen de prueba2 Hoja de datos3

0,5 lx 0,6 lx (color) 0,5 lx 0,3 lx (color) 0,1 lx 0,2 lx (color)

Imagen de prueba2 Hoja de datos3 Imagen de prueba2 Hoja de datos3 Imagen de prueba2 Hoja de datos3

1 lx 1 lx (color) 1 lx 1 lx (color) 1 lx 0,5 lx (color)

Cámara de red AXIS M1031-W Producto de la competencia 1 Producto de la competencia 2

1 Una nota técnica sobre la Medición de la Iluminación Mínima (MMI) Puede encontrar el método de Axis en www.axis.com/corporate/corp/tech_papers.htm2 Iluminación durante la prueba3 Iluminación mínima especificada en la hoja de datos del producto

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Si uno de los requisitos clave de instalación es el valor de iluminación mínima, es importante que haga bien los deberes y pruebe las cámaras en vez de confiar ciegamente en el valor mostrado.

La elección más inteligente

En conclusión, si desea que la elección de su cámara sea un éxito, tiene dos opciones. La mejor es com-parar las cámaras sobre el terreno con objetos en movimiento, ya que es la única forma en la que pueden probarse realmente las cámaras según los requisitos del uso que vaya a darles. Si no es posible comparar sobre el terreno, asegúrese de recurrir a un proveedor que aplique un proceso documentado y repetible, ya que es la única forma de asegurar que> los productos de ese proveedor en concreto pueden compararse entre sí.> las mediciones no se han manipulado para favorecer la venta de un producto específico.

4.

Cámaras de red domo fijasCámara de red AXIS M3114-R Producto de la competencia 1 Producto de la competencia 2

Imagen de prueba2 Hoja de datos3 Imagen de prueba2 Hoja de datos3 Imagen de prueba2 Hoja de datos3

0,5 lx 1 lx (color) 0,5 lx 0,5 lx (color) 0,5 lx 0,4 lx (color)

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tiempo de exposición

La longitud de tiempo en el que el sensor de imagen se expone a la luz se define como tiem-po de exposición. Cuanto más largo es el tiempo de exposición, más luz recibe el sensor de ima-gen. Al aumentar la exposición mejorará la cali-dad de imagen en condiciones con poca ilumi-nación, pero también aumentará la distorsión por movimiento y disminuirá la frecuencia total de imagen ya que se necesita más tiempo para exponer cada imagen.

F-stop

F-stop o número f es una medida de la capaci-dad de los objetivos para captar la luz. Es la re-lación entre la longitud focal (la distancia entre

el centro del objetivo y su punto de enfoque) y el diámetro de la apertura (la apertura del iris

que deja pasar la luz a través del objetivo hasta el sensor). Cuanto más pequeño sea el número f, mejor será la capacidad de captación de luz del objetivo. Los f-stops se escriben a menudo como Fx o como f/x (longitud focal/apertura). Un f-stop con un valor de F4 significa que el diámetro del iris es igual a la longitud focal di-vidida entre 4; así, si una cámara tiene un obje-tivo de 8 mm, la luz debe atravesar una apertu-ra de iris de 2 mm de diámetro.

calidad del objetivo

La calidad del material del objetivo y el modo en el que está diseñado el montaje del mismo influ-yen en el tipo de resolución que puede ofrecer un objetivo. Ningún objetivo es perfecto y todos crean alguna forma de aberración óptica o de-fectos de imagen como resultado de las limita-ciones. Los objetivos están fabricados para que se adapten al sensor, por lo que es importante seleccionar un objetivo adecuado para la cámara.

calidad del sensor

La luz que pasa a través del objetivo se dirige al sensor de imagen de la cámara de red. Los píxe-les del sensor registran la cantidad de luz a la que se exponen y la convierten en un número de electrones o señales eléctricas correspondiente. Cuanto más brillante es la luz, más electrones se generan.

La regla general solía ser que un sensor grande capta más luz que uno pequeño y también que la capacidad de almacenamiento de electrones de cada píxel aumenta con el tamaño del píxel. Sin embargo, existen tecnologías y diseños en la actualidad que mejoran y concentran la luz y que aumentan la sensibilidad del sensor. Por lo tanto, los sensores y píxeles de menor tamaño pueden ser mucho mejores que los de un tama-ño mayor. La única manera de saberlo con se-guridad es mirando más allá del tamaño del píxel y probando el sensor.

temperatura del color

La temperatura del color se mide en grados Kel-vin (K). La escala se basa en el hecho de que todos los objetos calentados irradian calor. La primera luz visible que irradia un objeto caliente es roja y, al aumentar la temperatura del objeto

calentado, el color irradiado se vuelve de un co-lor más azul. Al igual que la temperatura del color de la luz de día cambia a lo largo de la jornada, la luz de interior presenta una gama de temperaturas del color. El ojo humano compen-sa las diferencias de color que producen las dis-tintas fuentes de luz, de modo que los objetos parecen mantener su color. Las cámaras, sin embargo, deben ajustarse a la iluminación local. Normalmente, cuentan con un modo automáti-co en el que el balance de blancos se calcula automáticamente en lugar de manera manual, haciendo referencia a una superficie neutra como una tarjeta gris. Hay además configura-ciones de cámara para optimizar la representa-ción de los colores.

Longitud focal

Apertura grande Apertura pequeña

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6/ES

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