Documento tecnico. Sotto la luce migliore Le difficoltà dell illuminazione ridotta al minimo

Transcript

1 Documento tecnico Sotto la luce migliore Le difficoltà dell illuminazione ridotta al minimo

2 Sommario 1. Introduzione 3 2. Il puzzle della sensibilità alla luce 3 3. Non fatevi ingannare! 5 4. La scelta più intelligente 6

3 1. Introduzione La luce è essenziale per la qualità d immagine. Di norma, quanta più luce è disponibile sulla scena, tanto migliore sarà l immagine, purché non sia sovraesposta. Se la quantità di luce è insufficiente, l immagine sarà ofuscata o scura. La quantità di luce richiesta per produrre un immagine di buona qualità dipende dalla telecamera e dalla sua sensibilità alla luce. In altre parole, quanto più scura è la scena, tanto più la telecamera deve essere sensibile alla luce. La sensibilità alla luce, o illuminazione minima, corrisponde alla minima quantità di luce necessaria perché la telecamera produca un immagine di qualità utilizzabile. L illuminazione minima viene indicata in lux (lx), cioè una misura dell illuminazione, spesso erroneamente indicata come intensità luminosa. Si potrebbe quindi dire che la sensibilità della telecamera aumenta man mano che diminuisce il valore in lux indicato dal fornitore. Tuttavia, la questione non è così semplice. Il problema dell illuminazione minima presenta un paradosso. Anche se la sensibilità alla luce è spesso un fattore chiave per decidere tra prodotti e fornitori, costituisce un aspetto sfuggente della tecnologia delle telecamere e uno dei più difficili da rappresentare. Questo documento cerca di offrire altri spunti alla discussione sulla sensibilità alla luce, per evidenziarne le ambiguità e spiegare perché la verifica sul campo è preferibile rispetto ai confronti basati sulle schede tecniche ed è necessario per individuare quale prodotto acquistare dopo avere effettuato un attenta analisi. 2. Il puzzle della sensibilità alla luce Il processo di misurazione della sensibilità alla luce è complicato e non fornisce risultati conclusivi. Questo deriva da molteplici ragioni. Innanzitutto, l illuminanza viene misurata con un misuratore di lux. Benché il metodo di misurazione sia in sé preciso, le letture dei lux sono ingannevoli riguardo alla descrizione della sensibilità alla luce di una telecamera, poiché i misuratori di lux e le telecamere non acquisiscono le stesse informazioni sulla luce. Così, quando si parla di illuminazione o lux, si indica il modo in cui è illuminata la scena, non il modo in cui la luce viene raccolta dalla telecamera. Mentre un misuratore di lux registra la quantità di luce visibile che raggiunge, o illumina, una data area (luce incidente), una telecamera registra la quantità di luce riflessa dagli oggetti nell area coperta (luce riflessa). In tal modo, le letture in lux di due persone che occupano lo stesso spazio, dove una è vestita in bianco e l altra in nero, risulterebbero identiche. Tuttavia, la quantità di luce acquisita da una telecamera che copre la stessa scena può essere inferiore o superiore, il che avviene in parte perché la persona vestita in nero riflette meno luce della persona vestita bianco. Inoltre, gli oggetti lucidi riflettono più luce degli oggetti opachi e le condizioni meteorologiche influenzano anch esse l illuminazione e i riflessi. Mentre la neve intensifica la luce riflessa, la pioggia assorbe gran parte della luce riflessa. Figura 1. Differenza fra la luce incidente misurata da un misuratore di lux e la luce riflessa catturata da una telecamera. 3

4 In secondo luogo, molte scene naturali hanno un illuminazione piuttosto complessa, con retroilluminazione, ombre e luci che influenzano il modo in cui la telecamera interpreta la scena. La retroilluminazione, ad esempio, porrà l oggetto all oscuro, limitando la possibilità di identificarlo in modo certo. Nella sorveglianza di ambienti esterni, durante il giorno la luce solare cambia per intensità e direzione. È quindi necessario considerare, che un determinato valore lux misurato non si riferisce alla condizione di illuminazione di un intera scena e non dice nulla sulla direzione della luce. Figura 2. Esempi che illustrano come appaiono in realtà 5 lux (a sinistra) 80 lux (al centro) e 4000 lux (a destra). Ricordare che, quando un valore in lux viene misurato in una scena, questo rappresenta solo l illuminazione sull oggetto a fuoco. Nelle immagini qui sopra, ad esempio, il valore in lux rappresenta l illuminazione sul punto dell albero o davanti all edificio. Non si è tenuto conto del cielo più luminoso o del terreno più scuro. Inoltre, esistono numerosi fattori che influenzano la sensibilità alla luce di una telecamera. Questi includono il tempo di esposizione, l apertura dell obiettivo, la dimensione e la qualità del sensore, la qualità dell obiettivo e la temperatura di colore. Anche il livello IRE deve essere considerato tra i fattori, malgrado sia un valore analogico che persiste nel mondo digitale attraverso la sua interpretazione e nonostante la sua inapplicabilità. Molti di questi fattori possono essere manipolati in modo che la telecamera raccolga più luce. In effetti, alcuni fornitori manipolano senza ritegno i valori per far sì che i loro prodotti sembrino migliori. Ad esempio, un aumento del tempo di esposizione (rallentando la velocità dell otturatore) farà in modo che più luce raggiunga il sensore. Questo rappresenta un modo conveniente per migliorare la qualità d immagine e ottenere buoni valori con le immagini statiche. Tuttavia, se nella scena c è del movimento, l immagine video sarà mossa e non sarà possibile identificare l oggetto. Questo non impedisce ai fornitori di usare questo trucco quando forniscono immagini e dati di esempio. Fare sempre attenzione ai fornitori che esibiscono immagini statiche come prova delle prestazioni della loro telecamera su immagini in movimento in condizioni di scarsa illuminazione. Il guadagno non influisce sulla sensibilità alla luce della telecamera, ma permette di amplificare il segnale video. Aumentando il livello di guadagno si aumenta il segnale video e si rende più luminosa l immagine. In compenso, viene aumentato anche il livello di disturbo nell immagine. È come aumentare il volume di una radio con una scarsa ricezione; si sentirebbero più forte non solo la musica ma anche le scariche e le interferenze. Figura 3. A sinistra, una scena ripresa a 500 lux con basso guadagno. A destra, una scena simile ripresa anch essa a 500 lux ma con guadagno elevato. Le immagini mostrano come un aumento del guadagno amplifica il segnale video e rende più luminosa l immagine, aumentando purtroppo anche il livello di disturbo nell immagine. 4

5 Infine, anche se forse è il fattore più importante, non esiste attualmente sul mercato nessuno standard globale per la misurazione dell illuminazione minima, il che significa che nemmeno i leader del mercato condividono lo stesso metodo, il che rende molto difficile per qualsiasi fornitore ottenere valori corretti e fare in modo che i propri clienti li accettino con fiducia. 3. Non fatevi ingannare! Come conseguenza delle difficoltà descritte in precedenza, il confronto tra prodotti da fornitori diversi basati sui valori in lux, sui valori F o sulle dimensioni dei sensori risulta falsato in partenza. L acquisto di una telecamera basato su presupposti inadeguati può risultare sbagliato. Una telecamera con un illuminazione minima di 5 lx, F10, in condizioni di scarsa luminosità può avere le stesse prestazioni di una telecamera con 0,05 lx, F1,0. La stessa proprietà può essere espressa in molti modi diversi e i vari fornitori usano valori di riferimento diversi. Di conseguenza, l esame dei prodotti di fornitori concorrenti è molto più complicato del semplice confronto dei dati tecnici. Alcuni arrivano ad ottimizzare le prestazioni durante il test usando obiettivi non standard o obiettivi più costosi appartenenti ad una fascia più alta che il cliente medio sarebbe riluttante ad acquistare. Non dimenticare di confrontare il valore di illuminazione minima e il valore F con il valore F effettivo dell obiettivo standard, se ne viene fornito uno insieme alla telecamera. Le telecamere Axis offrono il pacchetto completo; le telecamere sono sempre consegnate con un obiettivo e le nostre prove sono coerentemente eseguite con la scelta di obiettivo standard e le impostazioni predefinite. Come esperimento, abbiamo utilizzato il metodo 1 di Axis per la misurazione dell illuminazione minima per confrontare alcuni dei nostri prodotti con prodotti simili forniti da altri produttori. Tutte le immagini che seguono sono state acquisite usando le impostazioni predefinite delle telecamere e le differenze fra i valori in lux specificati nelle schede tecniche dei prodotti e i risultati della prova parlano da sole. Telecamere di rete fisse AXIS P1346 Network Camera Prodotto concorrente 1 Prodotto concorrente 2 Immagine di prova 2 Scheda tecnica 3 Immagine di prova 2 Scheda tecnica 3 Immagine di prova 2 Scheda tecnica 3 0,5 lx 0,6 lx (a colori) 0,5 lx 0,3 lx (a colori) 0,1 lx 0,2 lx (a colori) AXIS M1031-W Network Camera Prodotto concorrente 1 Prodotto concorrente 2 Immagine di prova 2 Scheda tecnica 3 Immagine di prova 2 Scheda tecnica 3 Immagine di prova 2 Scheda tecnica 3 1 lx 1 lx (a colori) 1 lx 1 lx (a colori) 1 lx 0,5 lx (a colori) 1 Nota tecnica sulla misurazione dell illuminazione minima (MMI)) Il metodo Axis è reperibile all indirizzo 2 Illuminazione durante la prova 3 Illuminazione minima specificata nel foglio dati del prodotto 5

6 Telecamere di rete a cupola fisse AXIS M3114-R Network Camera Prodotto concorrente 1 Prodotto concorrente 2 Immagine di prova 2 Scheda tecnica 3 Immagine di prova 2 Scheda tecnica 3 Immagine di prova 2 Scheda tecnica 3 0,5 lx 1 lx (a colori) 0,5 lx 0,5 lx (a colori) 0,5 lx 0,4 lx (a colori) Se per i requisiti dell installazione il valore di illuminazione minima è un fattore decisionale chiave, il tempo dedicato ad un confronto delle telecamere sul campo, senza fidarsi ciecamente dei valori presentati, rappresenta un ottimo investimento. 4. La scelta più intelligente In conclusione, esistono due modi per scegliere una telecamera in maniera oculata ed efficiente. Il modo migliore consiste nel confrontare le telecamere sul campo con oggetti in movimento, in quanto è l unico modo in cui le telecamere possono essere effettivamente testate in base ai requisiti della specifica applicazione. Se non è possibile un confronto sul campo, assicurarsi di rivolgersi ad un fornitore che utilizza un processo documentato e ripetibile, poiché questo garantisce: > che i prodotti di quel particolare fornitore possono essere confrontati l uno con l altro. > che i valori nominali non sono stati manipolati per vendere un particolare prodotto al di fuori del suo campo di applicazione. 6

7 Tempo di esposizione Il tempo in cui il sensore immagini è esposto alla luce viene detto tempo di esposizione. Quanto maggiore è il tempo di esposizione, tanto maggiore è la quantità di luce che un sensore immagini riceve. L aumento dell esposizione migliora la qualità d immagine in condizioni di scarsa illuminazione, ma può determinare immagini sfocate e ridurre la velocità di trasmissione totale, poiché l esposizione di ogni fotogramma richiede un intervallo di tempo maggiore. F-stop L f-stop, o numero f, indica la capacità delle lenti di raccogliere la luce. È il rapporto fra la distanza focale (la distanza fra il centro della Qualità del sensore La luce che passa attraverso l obiettivo viene messa a fuoco sul sensore immagini della telecamera di rete. I pixel del sensore registrano la quantità di luce a cui sono esposti e la convertono nel corrispondente numero di elettroni, o segnali elettrici. Quanto maggiore è la luce, tanto maggiore è il numero di elettroni. Come regola generale, un sensore più grande raccoglie più luce di un sensore più piccolo e anche la capacità di ogni pixel di memorizzare gli elettroni aumenta con la dimensione dei pixel. Oggigiorno esistono comunque tecnologie e progettazioni che migliorano e concentrano la luce e aumentano la sensibilità di un sensore. In tal modo, sensori e pixel più piccoli possono essere molto migliori di quelli grandi. L unico modo per saperlo con certezza è riuscire a vedere oltre la dimensione dei pixel e testare il sensore. Temperatura del colore Lunghezza focale La temperatura del colore viene misurata in gradi Kelvin (K). La scala è basata sul fatto che tutti gli oggetti riscaldati emettono radiazioni. La prima luce visibile irradiata da un oggetto riscaldato è rossa e, man mano che aumenta la Apertura grande Apertura piccola lente e il suo punto focale) e il diametro dell apertura (l apertura del diaframma che permette di far arrivare la luce al sensore attraverso la lente). Quanto più piccolo è il numero f, tanto maggiore è la capacità delle lenti di raccogliere la luce. Gli f-stop sono spesso scritti come Fx o f/x (distanza focale/apertura). Un f- stop pari a F4 indica che il diametro del diaframma è uguale alla lunghezza focale divisa per 4; quindi, se una telecamera ha un obiettivo da 8 mm, la luce deve passare attraverso un apertura del diaframma di 2 mm di diametro. Qualità dell obiettivo La qualità del materiale dell obiettivo e la progettazione del gruppo dell obiettivo influiscono sul tipo di risoluzione fornito dall obiettivo stesso. Nessun obiettivo è perfetto e tutti creano qualche forma di aberrazione o difetto nell immagine come effetto delle loro limitazioni. Gli obiettivi sono prodotti in modo da corrispondere al sensore ed è importante scegliere un obiettivo adatto alla telecamera. temperatura dell oggetto riscaldato, il colore irradiato tende al blu. Così come la temperatura del colore della luce del giorno varia durante il giorno, la luce negli ambienti chiusi ha un intera gamma di temperature di colore. L occhio umano compensa le differenze dei colori prodotti dalle diverse sorgenti luminose, per far sembrare che gli oggetti mantengano il proprio colore. Le telecamere devono invece essere adattate secondo l illuminazione locale. Di solito hanno una modalità automatica, in cui il bilanciamento del bianco viene calcolato automaticamente, invece di fare riferimento manualmente a una superficie neutra, come una scheda grigia. Esistono anche impostazioni della telecamera che permettono di ottimizzare la rappresentazione dei colori. 7

8 /IT/R1/1101 Informazioni su Axis Communications Axis é una Societá IT che offre soluzioni video di rete per installazioni professionali. La Societá é il leader mondiale per il video di rete, che stimola il mercato per la transazione dal video analogico a quello digitale di sorveglianza. I prodotti e le soluzioni Axis si concentrano sulla sorveglianza di sicurezza e monitoraggio remoto, e sono basate su piattaforme innovative e a tecnologia aperta. Axis è una Società con sede in Svezia presente in tutto il mondo, con filiali aperte in 20 Paesi e ha stretto collaborazioni con partner in più di 70 Nazioni. Fondata nel 1984, Axis è presente nei cambi NASDAQ OMX Stockholm, con la sigla Axis. Per ulteriori informazioni su Axis, si prega di visitare il nostro sito web su Axis Communications AB. AXIS COMMUNICATIONS, AXIS, ETRAX, ARTPEC e VAPIX sono marchi di Axis AB registrati o in fase di registrazione in diverse giurisdizioni. Tutti gli altri nomi di Società e prodotti sono marchi o marchi registrati di proprietà dei rispettivi proprietari. Ci riserviamo il diritto di apportare modifiche senza preavviso.