Mercoledì, 15 Settembre 2021 11:07

La Risoluzione nella Videosorveglianza

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Comprendere la risoluzione nella videosorveglianza può essere sorprendentemente complesso. Mentre il termine “risoluzione” appare autoesplicativo, il suo impiego nella videosorveglianza è lontano dall’esserlo.

I principali elementi critici sono i seguenti:

  • Cosa significa normalmente risoluzione (distinguere i dettagli) e i vincoli di questo approccio
  • Cosa significa normalmente la risoluzione nella videosorveglianza (pixel) e i limiti di utilizzo di questa metrica di valutazione
  • In quale modo possono variare le risoluzioni del sensore e del flusso video
  • In quale modo la compressione impatta fortemente sulla risoluzione
  • Cosa limita il valore della risoluzione

 

Risoluzione: Vedere i Dettagli

Nell’accezione normale del termine risoluzione significa: capacità di risolvere i dettagli (vederli o rappresentarli). Per esempio, è possibile leggere la linea inferiore di un tabellone per l’esame della vista? La telecamera è in grado di visualizzare chiaramente su un monitor linee multiple affiancate? Si tratta di una misurazione delle prestazioni basata sui risultati.

Storicamente la video sorveglianza usava un approccio basato sull’impiego di una tabella di prova (test chart). La risoluzione della telecamera analogica veniva misurata con il conteggio delle linee, letteralmente la capacità della telecamere di visualizzare il maggior numero di linee affiancate in una data area o su un monitor.

Se si potevano vedere più linee questo significava che in teoria si potrevano vedere più dettagli anche nel mondo reale: caratteristiche di un volto, caratteri, targhe, ecc…

Eseguendo prove comparate si può verificare come telecamere 1080p siano equivalenti a circa 900 “linee” (TVL), 5MP a 1.000 e così via.

 

Problema: TVL vengono misurate solo in condizioni ideali

Tuttavia, la misurazione delle TVL viene realizzata solo in condizioni di illuminazione uniforme. Aggiungendo luce solare diretta, controluce o livelli di illuminazione inferiori, il numero delle TVL misurate si riduce drasticamente. Inoltre, questo tipo di prova viene normalmente eseguita su tabelle di prova statiche, non con oggetti in movimento come nel mondo reale.

A causa di ciò tale misurazione non tiene conto di sovraesposizione, disturbo causato dalla codifica e artefatti, effetti della illuminazione IR, sfocatura del movimento o altri fattori presenti nel mondo reale.

 

Risoluzione: Conteggio dei Pixel

Nella vendita delle telecamere IP i produttori non provano nenanche a misurare le prestazioni. Invece, la risoluzione è stata ridefinita come conteggio del numero fisico di pixel di cui è dotato il sensore di immagine.

Per esempio una telecamera con risoluzione 1080p viene normalmente descritta come a risoluzione 2MP (milioni di pixel) in quanto il sensore usato è dotato di circa 2 milioni di pixel (tecnicamente 2.073.600 pixel che sono il risultato della moltiplicazione 1920 pixel orizzontali x 1080 verticali).

 

Limitazioni sulla Risoluzione

Viene normalmente dato per scontato che maggiore è il numero dei pixel, così come lo era per le linee televisive, maggior è la qualità dell’immagine ottenuta. Tuttavia questa affermazione è ben lontata dall’essere vera.

Esattamente come le classiche misure di risoluzione che vengono effettuate in condizioni di illuminazione ideali, la sola misurazione dei pixel ignora l’impatto delle problematiche di illuminazione comuni nella applicazioni di videosorveglianza. Spesso, ma non sempre, avere a disposizione un numero maggiore di pixel può dare luogo a una capacità di risoluzione più scarsa in condizioni di scarsa illuminazione. Inoltre, le telecamere con un numero di pixel inferiore ma una capacità di elaborazione immagine superiore possono fornire immagini di qualità superiore in scene con forte presenza di luce solare o con elevata gamma dinamica (WDR).

 

I Pixel determinano il potenziale, non la qualità

Ciononostante i pixel sono un aspetto fondamentale nella specifica di un sistema di videosorveglianza IP. Senza un adeguato numero di pixel per una determinata area / soggetto è impossibile ottenere il risultato desiderato.

 

Risoluzioni Comuni della Videosorveglianza

La seguente tabella riepiloga le risoluzioni più comuni usate nella produzioni di telecamere per videosorveglianza. Si tenga presente che il VGA non viene più usato se non per la produzione di alcune telecamere termiche ma è incluso a titolo di riferimento di quella che viene considetata la “risoluziona standard”.

 

Nome / quantità di Pixel

Orizzontale x Verticale

VGA / 0,3 MP

640 x 480

720p / 1MP

1280 x 720

1080p / 2MP

1920 x 1080

3MP (4:3)

2048 x 1536

3MP (16:9)

2304 x 1520

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

 

Risoluzione Vs. Costo

A parità di altre caratteristiche, le telecamere a risoluzione superiore normalmente costano di più rispetto di modelli a risoluzione inferiore, sebbene tale differenza si sia ridotta rispetto al passato. Per esempio quando furono introdotte le prime telecamere 4K o 5MP, esse erano disponibili solamente per i modelli di fascia e costo più alto. Ora le 5MP e oltre sono modelli normali nelle diverse gamme prodotto, da modelli a basso costo e ottica fissa a modelli di fascia alta con funzionalità avanzate.

Inoltre, si consideri che costi più elevati per risoluzioni più alte non sempre significano prestazioni superiori in quanto funzionalità avanzate come “super low light / starlight” e “true WDR” non sono sempre supportate o a prestazioni elevate nei modelli a risoluzione maggiore, o significano un aumento di costo significativo. Per esempio, la maggior parte di telecamere 1080p offrono un ottimo WDR e opzioni “super low light / starlight”, mentre quelle a risoluzione più elevata possono non essere dotate di una o più di queste funzioni.

 

Crescita della Risoluzione Massima Rallentata

All’inizio degli anni 2010, la risoluzione delle telecamere è aumentata rapidamente da SD a megapixel e poi a 3, 5, e 10 megapixel subito dopo. Tuttavia negli ultimi anni questi avanzamenti hanno rallentato drasticamente.

Sono stati introdotti sensori con risoluzione 8K / 33MP ma i modelli disponibili sono estremamente pochi, con pochissimi annunci di modelli con questa risoluzione avvenuti nel 2021.

 

Risoluzione Eccessiva

Con l’aumento del numero di pixel a 1080p, 4MP, e oltre, la risoluzione della telecamera è spesso diventata inutilmente alta per le caratteristiche della scena.

Storicamente la videosorveglianza ha sempre avuto “fame” di risoluzione, con quella disponibile quasi sempre inferiore al necessario.

Tuttavia, con l’alta risoluzione ora disponibile una volta che si ha risoluzione sufficiente per catturare un volto o una targa, la maggior parte degli utenti ottengono benefici pratici limitati da un numero maggiore di pixel.

L’utilizzo di una quantità di pixel superiore a quella necessaria finisce per causare uno “spreco”, aumentando in modo inutile il consumo di banda e la dimensione dell’archivio necessario.

 

L’Impatto delle Multisensore

La crescita della telecamere multisensore ha contribuito a ridurre la necessità di aumento della risoluzione dello stesso. Dal momento che questi modelli sono più efficaci nella copertura di aree ampie utilizzando due o più sensori, esse hanno preso il posto di telecamere con singolo sensore a risoluzione maggiore in molti casi fra cui i parcheggi, le arene sportive e altre aree di ampie dimensioni.

Con molti modelli multisensore ormai disponibili, la richiesta per modelli a singolo sensore con risoluzione superiore a 4K è diminuita fortemente.

 

Risoluzione del Sensore vs. Risoluzione dello Stream (flusso video)

Mentre i produttori specificano tipicamente le telecamere in base alla risoluzione, talvolta, la risoluzione del flusso video inviato può essere inferiore. Questo avviene in diversi casi:

  • Capacità limitate della telecamera: In alcuni casi, i produttori possono usare sensori disponibili con una risoluzione ma “ritagliare” il sensore a un numero di pixel inferiore a causa delle limitazioni di capacità di elaborazione a risoluzione piena. Per esempio, un sensore a 6MP può essere “ritagliato” a 5MP per poter fornire un flusso video a frame rate superiore o essere in grado di applicare il WDR o livelli di guadagno superiori.
  • Telecamere Fisheye: I produttori spesso ritagliano le porzioni non usate del sensore nei flussi video delle telecamere panoramiche, così un modello fisheye da "12MP" è in gradi di fornire flusso video a 8 - 9MP.
  • Telecamere multisensore con immagine unica (stitched): Alcune telecamere multisensore forniscono un singolo flusso video contenente una immagine unica che normalmente utilizza una risoluzione non standard. Per esempio una telecamera con quattro sensori da 3MP che fornisce un unico flusso da 7552 x 1416.
  • Ridotta via software: Per concludere un installatore può volontariamente o erroneamente configurare una telecamera a una risoluzione inferiore. A volte questo viene fatto per risparmiare banda ma altre volte si tratta semplicemente di un errore o un disguido causato dalla configurazione di default del NVR o VMS. In ogni caso molte volte la risoluzione HD puà sembrare “terribile” ma il problema è semplicemente che non è stata impostata la risoluzione massima del flusso video (p.es., una telecamera da 3MP impostata a 640 x 480).

In considerazione di questi fattori gli utenti dovrebbero essere certi di verificare non solo la risoluzione del sensore ma le risoluzioni dei flussi video supportate e usate (informazioni normalmente presenti sulla scheda tecnica o che si evincono dalle schermate di configurazione della telecamera).

 

Impatto della Compressione sulla Risoluzione

Dal momento che la risoluzione significa semplicemente numero dei pixel, non viene fatta alcuna considerazione sul modo in cui vengono compressi i pixel. Anche se due telecamere hanno la stessa risoluzione (cioè numero di pixel) la qualità dell’immagine visibile potrebbe variare sostanzialmente a causa delle differenze nei livelli di compressione impostati.

E’ quindi molto comune che immagini di telecamere diverse con la stessa risoluzione diano come risultato un livello di dettaglio “usabile” molto diverso a causa della differente configurazione della compressione.

 

Scelta dei Livelli di Compressione

La scelta del livello di compressione adatto può essere complicata. La quantità di deterioramento dell’immagine dovuta alla compressione accettabile dipende spesso da preferenze soggettive di chi la visualizza o dai dettagli che devono essere catturati della scena.

Analogamente importante, un aumento della compressione può garantire enormi risparmi sui costi dei dichi fissi (archivio di dimensione inferiore a parità di durata), configurazione del server (quantità di CPU inferiore necessaria per archiviare e banda inferiore) e switch di rete (p.es. possibilità di usare switch in rame 100Mbps o 1Gbps).

Per valutare la compressione si tenga presente che le impostazioni di default di produttori diversi tendono a variare in modo significativo.

 

Impatto dell’Angolo di Incidenza

Indipendentemente dalla qualità dell’immagine è necessario che l’inquadratura della scena avvenga con un angolo che permetta di “vedere” i dettagli di un soggetto, definito “angolo di incidenza”.

Per esempio una telecamera installata in alto e rivolta verso il basso con un angolo molto verticale, o laterale rispetto al passaggio di soggetti, non consentirà di vedere i dettagli del volto o le caratteristiche fisiche dei soggetti che transitano sotto la telecamera stessa e quindi anche se questa telecamera avesse 10 volte la risoluzione disponibile questo non cambierebbe.

Questo è un problema pratico che si affronta spesso in quanto anche se si riesce ad ottenere il numero di pixel “corretto” se una persona non viene inquadrata frontalmente da una telecamera o un’auto transita perpendicolarmente alla stessa, non si avrà comuque alcuna possibilità di catturare i dettagli desiderati.

 

Fattori Aggiuntivi che Influenzano la Risoluzione

Per concludere, si tenga presente che oltre a quanto discusso in precedenza, molti altri fattori influenzano la risoluzione nella videosorveglianza oltre al numero dei pixel fra cui:

  • Comportamento della telecamera a bassi livelli di illuminazione
  • Gestione della Gamma Dinamica (WDR )
  • Prestazioni degli illuminatori IR integrati
  • Impostazione della compressione
  • Angolo di incidenza della telecamera
  • Tipo di obiettivo
  • Messa a fuoco dell’obiettivo

Quindi non bisogna accettare la risoluzione specificata (numero di pixel) come unico parametro di misura della qualità dell’immagine in quanto questo darà luogo a notevoli problemi. E’ necessario comprendere e considerare tutte queste variabili (e altre ancora) per ottenere la qualità massima dalle proprie applicazioni di videosorveglianza.

 

Letto 5360 volte Ultima modifica il Venerdì, 17 Settembre 2021 15:02