4. componentes de las instalaciones cctv. · circuito de procesamiento de imágenes ... interpola...
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4. Componentes de las instalaciones CCTV.
Selección de cámaras captadoras de imagen:
Según sus características (óptica, dispositivo de captación, circuitos de
tratamiento y amplificación de imagen).
La elección de la cámara de CCTV correcta puede parecer un proceso complejo ya
que existen demasiados factores a tener en cuenta. Sin embargo, es importante resaltar
que todas las cámaras están compuestas por tres elementos básicos:
El sensor de imagen – convierte la imagen en señales electrónicas.
Lente – une la luz reflejada del sujeto
Circuito de procesamiento de imágenes – organiza, optimiza y transmite señales.
Las cámaras CCTV se encuentran disponibles en forma monocromática, color y
día/noche (combina color con monocromática)
Las ventajas de la cámara monocromática son la mayor resolución, los menores
requerimientos de luz y en general son menos costosas. Por otra parte, la cámara color
ofrece una mejor representación general de la escena (con la iluminación apropiada) y a
la vez cuenta con capacidades mejoradas para la identificación y posterior persecución.
Las cámaras día/noche ofrecen lo mejor de ambos mundos y en la actualidad se están
transformando en la tecnología CCTV elegida por los consumidores tanto para
aplicaciones interiores o exteriores.
Sensores de captación
El corazón de las cámaras de CCTV modernas
es el sensor de captación, que puede ser de tipo
CCD (Charge Coupled Device), basado en cargas de
condensadores, o de tipo APS (Actibe Pixel
Sensor), basado en tecnología CMOS
(complementary metal oxide semiconductor) y
conocido por este acrónimo.
Un sensor de captación consiste en un arreglo plano de fotodiodos pequeños y
sensibles a la luz que convierten a esta última en señales eléctricas. Cada diodo produce
un voltaje directamente proporcional a la cantidad de luz que cae sobre él. Ninguna luz
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produce un voltaje cero, y por lo tanto, un nivel negro. La máxima cantidad de luz
produce un máximo nivel de voltaje (un nivel blanco). Entre estos extremos se
encuentran todas las gamas del gris. En el caso de una cámara color, una señal de
crominancia es superpuesta a la señal de luminosidad para llevar la información
correspondiente al color.
La cámara procesa esta señal eléctrica y la convierte en salida de señal de video, la
cual es entonces grabada o reproducida en un monitor. El rango de los niveles de luz que
un sensor puede manejar se encuentra de alguna forma limitado, por lo que el rango de
luz que recibe el sensor debe ser restringido dentro de ciertos límites.
Diferencias CCD y CMOS
Aunque a primera vista los dos tipos de sensores funcionan bajo los mismos
principios de fotosensibilidad de los semiconductores, existen unas pequeñas diferencias
que hacen que ambos tengan sus seguidores y detractores.
La señal electrica generada por la captura de la luz en el sensor debe ser
amplificada. En los CCD, la señal es amplificada en su conjunto. En el CMOS, la señal de
cada fotosito es amplificada independientemente. Esto puede producir demasiado ruido
patrón, generado por los propios amplificadores. Añadido a esto, se encuentra el
problema de incorporar mucha electrónica entre pixeles, lo que hace que no se pueda
captar tanta luz en la misma superficie. En los últimos tiempos se corrige este error con
la inclusión de micro lentes, para concentrar la luz donde nos interesa, así como el
aumento de la integración de los componentes. El CCD, al tener solamente un
amplificador, la amplificación es uniforme. En los CMOS, al haber tantos amplificadores,
no se puede asegurar una amplificación homogenea en toda la superficie del sensor.
El CMOS tiene un menor consumo, por lo que la batería nos durará más tiempo.
Color de la imagen
Ademas de la señal de luminosidad captada por los fotositos, nos encontramos en
los sensores los filtros de color. Estos filtros nos crearán tres versiones de la imagen, una
en cada color básico: rojo, verde y azul (red, green, blue: RGB). Estas tres versiones de la
imagen en cada color básico se superpondrán a la captada inicialmente, en blanco y
negro (B/N o B/W)
El filtro más comúnmente utilizado es el filtro Bayer, consistente en una reticula de
lentes con los colores básicos ubicados de una forma muy especial. Como el ojo humano
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es más sensible a la longitud de onda del verde, habrá dos verdes por cada rojo y azul.
De esta forma, cada pixel recibirá la información de una sección especifica del filtro.
Posteriormente, una labor software, interpola las muestras de cuatro fotodiodos vecinos
para obtener un pixel de color.
La interpolación es una especie de invención o suposición de los colores existentes
entre pixeles, lo que hace que las imágenes que veamos en una imagen digital, no se
correspondan a la realidad. En fotografía, el formato de archivo RAW es el que recoge la
información que llega a los pixeles sin ninguna interpolación o compresión.
Ejemplo de filtro Bayer:
Las alternativas a los filtro Bayer son más caras y más complicadas, a mi modo de
ver. Una de ellas es la colocación de tres sensores añadidos, uno para cada color. Otra
consistiría en un escaneado como los de antes, es decir, de tres pasadas. De esta forma
se irian superponiendo las diferentes informaciones de color de la imagen a captar. Por
supuesto que, esta última opción, se realizaría a altas velocidades.
CCD Tamaño de la imagen
Las primeras cámaras CCTV contaban con un tubo circular como sensor. El tamaño
de la imagen era determinado por el diámetro del tubo, el cual es la medida diagonal de
la foto.
Aunque hoy en día los sensores son planos, chips de silicona de forma rectangular,
este método de medición es todavía utilizado.
Los sensores más grandes captan más luz, y por lo tanto tienden a ser más
sensibles que los sensores en formato más pequeño.
Tamaño de la imagen (en milímetros)
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Los precios de las cámaras se incrementan con el tamaño del sensor. Por tanto, la
selección del tamaño del sensor debe adecuarse tanto a su presupuesto como a la
aplicación.
Por favor, note que el tamaño del sensor mostrado en el diagrama debe ser
considerado en relación a la lente seleccionada dado que las lentes son también
diseñadas para tamaños de sensores específicos.
Lentes
Las lentes son los “ojos” de un sistema de CCTV. Son esenciales para la creación de
funciones de video. Las lentes ejecutan dos funciones principales. Primero, determinan
la escena que podrá visualizarse en el monitor – esta es una función de la distancia focal.
Segundo, controlan la cantidad de luz que alcanza el sensor – esta es una función del iris.
La distancia focal puede ser fija o variable (Ej. una lente con zoom). El iris puede
ajustarse manualmente o la cámara puede hacerlo en forma automática.
Tipos de lente
¿Cómo puede determinar la mejor lente para cada situación? Las lentes poseen
muchas características que deben ser compatibles con sus requerimientos.
Lentes de distancia focal fija
Las lentes fijas son el tipo de lente más simple, y por lo tanto son las menos
costosas. Su distancia focal predeterminada requiere un preciso calculo para la
selección de la lente que mejor se adecue a la ubicación. Esta decisión debe estar
basada en el tamaño deseado del área de visualización y su distancia desde la
cámara. El tamaño de las lentes puede variar, desde un angosto de campo de
visión 30 grados para permitir más detalle a una distancia dada hasta uno más
amplio de 90 grados de campo de visión conocida como gran angular.
Lentes varifocales
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Las lentes varifocales ofrecen mayor flexibilidad, permitiendo el ajuste del
campo de visión en forma manual. Aunque son poco más costosos, estas lentes
son muy populares ya que usted puede obtener un ajuste más preciso de la
escena.
También, simplifican el proceso de especificación, ya que un campo de visión
flexible significa que sólo se puede seleccionar una única lente para todas las
cámaras en un sistema completo.
Lentes con corrección por IR
El ojo humano ve la porción de “luz visible” del espectro (más allá que la luz
visible es una luz del espectro que incluye la luz infrarroja). La luz IR afecta
negativamente la exactitud de la reproducción del color, por esta razón, todas las
cámaras color emplean un filtro de bloqueo IR para minimizar o eliminar la luz que
alcanza al sensor imaging. Esto significa que las lentes con corrección por IR no son
necesarias en las cámaras color estándar.
Las cámaras Día/Noche y las
monocromáticas pueden
beneficiarse de las lentes con
corrección por IR. El dispositivo CCD
dentro de la cámara de seguridad
puede detectar la luz IR y utilizarla
para ayudar a iluminar el área observada. De hecho, utilizar lentes ordinarias en
cámaras monocromáticas o día/noche suele generar resultados borrosos o incluso
imágenes fuera de foco. Esto se produce ya que la longitud de onda de la luz IR
difiere de la luz visible, por lo que el punto de foco de la luz IR se ve desplazado en
comparación a la luz visible.
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En consecuencia, cuando se utilizan lentes ordinarias y se configura el foco
en el día, la foto se sale de foco o se torna borrosa durante la noche cuando se
utilice la iluminación IR y viceversa. Este problema puede ser corregido mediante
la utilización de las lentes con corrección por IR, que se enfocan tanto en la luz
visible como en la infrarroja en un mismo plano vertical.
Las lentes con corrección por IR no se utilizan únicamente con la iluminación
IR durante la noche, muchas de las fuentes de luz incluyen una porción de luz IR
del espectro. Por tanto, las lentes en una cámara monocromática o día/noche
proveen una imagen más fuerte dado que toda la luz se focaliza. Asimismo, usted
obtendrá una imagen más texturada en comparación a las lentes ordinarias.
Lentes zoom motorizados
Las lentes zoom son las más complejas pero ofrecen una gran funcionalidad.
Éstas pueden ser ajustadas remotamente para permitir la variación de la distancia
focal y mantener el foco mientras se realiza el seguimiento. Esto significa que una
lente puede ser utilizada para cubrir un área más amplia hasta que se detecte un
intruso. En ese momento, usted puede realizar un acercamiento para captar los
detalles de la cara.
Generalmente, las lentes zoom incorporan un zoom motorizado, funciones
de foco y auto-iris para permitir su máxima utilización.
Formato de la lente
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Las lentes son a la vez clasificadas de acuerdo al tamaño de la imagen. El formato
de la lente (1/2”, 1/3”, 1/4”, etc.) deriva dLa ratio del diámetro para la imagen disponible
producida.
Mientras que es más económico unir el formato de la lente con el tamaño del
sensor de la cámara, es posible utilizar una lente más grande en una cámara de menor
tamaño (imagen) dado que la imagen sólo requiere un tamaño mínimo del largo del
sensor.
Utilizar una lente más grande, puede ser en ocasiones más beneficioso, ya que
ofrece una gran profundidad de campo (el rango de distancia de la lente antes de los
objetos se encuentra muy lejos para estar en foco).
A su vez, la existencia de lentes más grandes significa que la imagen del área
utilizada es tomada por completo desde la central, la parte más plana de la lente –
causando una menor distorsión en las esquinas y ofreciendo un mejor foco.
Montaje de lentes
Las lentes de CCTV utilizan montajes “C” o “CS” que especifican el tipo de anillo
adaptador de lente y sus dimensiones. La diferencia entre los dos tipos es la distancia
desde la parte posterior de la pestaña de montaje hasta la cara del sensor. Esto es
conocido como la “distancia posterior de la pestaña”. Con las lentes CS, la distancia es
más corta, permitiendo el uso de vidrios en menores cantidades y en menor tamaño,
generando un diseño máscompacto de lentes.
La mayoría de las cámaras actuales utilizan
montaje de lente tipo CS. Una lente CS puede ser
utilizada únicamente en una cámara con un formato de
montaje CS. Una lente de montaje C puede ser utilizada
en una cámara de montaje CS sumando un anillo
adaptador de 5 mm.
El tipo de anillo adaptador de lentes y sus
dimensiones son idénticos para ambos tipos de lentes,
por lo que cualquiera de los dos puede ser montado en las cámaras con cualquier tipo de
montaje sin causar ningún daño.
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Sin embargo, las lentes no son totalmente intercambiables; la combinación
lente/montaje incorrecta haría imposible hacer foco en la cámara.
Distancia focal
La distancia focal es la distancia entre el centro de la lente y el sensor de imagen.
Los rayos de objetos distantes son condensados internamente en la lente en un punto
común del eje óptico. El punto en el que se posiciona el sensor de imagen de la cámara
CCTV es llamado punto focal. Por diseño, las lentes poseen dos puntos principales: un
punto principal primario y uno secundario. La distancia entre el punto principal
secundario y el punto focal (sensor de imagen) determina la distancia focal de la lente.
La medida de la distancia focal se
expresa en milímetros. Las lentes son
definidas como normales, gran angular o
telefoto de acuerdo a su distancia focal.
Por ejemplo, en un formato de cámara
de 1/3”, una lente de 8 mm. es normal
ya que es capaz de capturar un amplio
campo de visión.
Contrariamente, una lente de 125 mm. en la misma cámara, en el mismo lugar
observa un campo de visión más angosto aunque los objetos se amplíen
significativamente (lente de largo alcance).
Campo de visión – Field of Vision (FOV)
El campo de visión es la medida de cuan grande es
el área que una cámara de CCTV es capaz de observar. El
FOV está basado en la cámara y la lente. Por ejemplo, el
diagrama más abajo muestra un cuarto de 15’x15’. La
lente de 4 mm. (Flechas verdes) permite una mejor
cobertura de visualización del gran angular que una
lente de 12 mm. (Flechas rojas).
En aplicaciones donde una visualización más cercana es necesaria (por ejemplo,
sobre una caja registradora o a una gran distancia), una lente de 8 mm. ó 12 mm. resulta
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una mejor opción. La misma cámara a una distancia de 21 pies con una lente de 12 mm.,
el FOV será de aproximadamente 6’ vertical y 9’ horizontal.
Al incrementar la distancia focal de la lente disminuye la distancia percibida al área
visualizada, pero también disminuye el área que la cámara es capaz de observar.
Observe el diagrama FOV que se encuentra a continuación para las visualizaciones
aproximadas con diferentes lentes de distancia focal.
El FOV puede ser calculado de la siguiente manera:
L f
w =
h =
f
W H L
W altura del objeto
H anchura del objeto w altura del formato del sensor de imagen
Formato 1/2 = 6.4 mm., formato 1/3 = 4.8 mm., formato 1/4 = 3.6 mm. h anchura del formato
Formato 1/2 = 4.8 mm., formato 1/3 = 3.6 mm., formato 1/4 = 2.7 mm. f distancia focal
L distancia al objeto
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Ejemplo:
Usted quiere que la imagen completa de una persona alta (1,8 m.) aparezca en el
monitor de CCTV. La persona se encuentra a aproximadamente 6m. de distancia de la
cámara de seguridad. La cámara utiliza un sensor CCD formato 1/3”.
h= 4.8 mm.
H= 1.8 m. = 1800 mm.
L = 6 m = 6000 mm.
h =
f
4.8 =
f f = 16mm
H L 1800 6000
Usted requerirá una lente de 16 mm. para alcanzar los mayores resultados en esta
aplicación.
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Iris
El iris controla la cantidad de luz que bloquea la cara del sensor de imagen. Para
proveer un óptimo desempeño, es crítico que no haya ni demasiada ni muy poca luz en
el sensor de la cámara. Si mucha luz golpea el sensor de imagen, la imagen se “decolora”
(la imagen es toda blanca o porciones de la imagen son “muy calientes”, donde las
superficies con colores claros pierden detalles). Cerrando el iris se corrige esto. En el otro
extremo, muy poca luz golpeando la imagen del sensor genera una imagen negra o sólo
los objetos más brillantes se tornan visibles. Abrir el iris corrige esta situación. Los irises
pueden ser fijos, operar manualmente u operar automáticamente.
Iris fijo
Una lente de iris fijo no ofrece ajustes para las diferentes condiciones de
iluminación por lo que es limitada y no conveniente para aplicaciones donde se
requieran detalles muy puntuales en forma constante. Un iris manual puede ser ajustado
en el momento de la instalación, permitiendo la obtención de una imagen óptima para
un nivel fijo de iluminación.
Iris manual
Las lentes de iris manual son más convenientes para aplicaciones interiores, donde
el nivel de iluminación es controlable y consistente. Para un uso exterior (donde las
condiciones suelen ser más variables), un iris automático ofrece el mejor desempeño,
dado que la apertura automática del mismo se ajusta para crear la imagen óptima
monitoreando la señal de salida de la cámara. La característica final del la lente a tener
en cuenta es la captura de luz según la velocidad de la lente, la cual se expresa como un
número f-stop. Esto literalmente mide la cantidad de luz capturada por la lente en un
periodo de tiempo dado. Cuanto menor sea el rango de f-stop, mayor cantidad de luz
podrá ser transmitida.
Iris electrónico
En cámaras con control de iris automático, el circuito continuamente muestra la
cantidad de golpes que da la luz al sensor de imagen, abriendo o cerrando el iris según
corresponda.
El Auto iris es especialmente valioso en configuraciones donde los niveles de luz se
encuentren en constante cambio, por ejemplo, locaciones exteriores.
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Abertura del iris en diversos F-stops
Señal de vídeo
Todas las imágenes en movimiento son en realidad formadas por imágenes
estáticas denominados cuadros. Cada cuadro está compuesto por dos campos. Un
campo de video se crea cuando el sensor es escaneado en forma vertical y horizontal
exactamente 262 veces y media – y esto se reproduce en el monitor. Un segundo
escaneo de 262 líneas y media se realiza exactamente media línea más abajo y se vincula
con el primer escaneo para formar una foto con 525 líneas. Cuando estos dos campos se
encuentran apropiadamente sincronizados en una ratio de 2:1, forman un completo
cuadro de video.
Las cámaras CCTV utilizan un generador interno o la alimentación AC para
sincronizar sus procesos de creación de video en movimiento. En países como Estados
Unidos que utilizan corriente alternativa de 60 Hz. (ciclos), cada segundo de video
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contiene 60 campos, que forman 30 cuadros. En Europa y otras regiones utilizan 50
ciclos por lo que existen 50 campos y 25 cuadros de video por segundo. Para el ojo
humano, estos cuadros de video aparecen como imágenes en movimiento.
La tensión de video total producida se mide desde el fondo del pulso de
sincronización hasta lo más alto del nivel blanco, generando así una tensión pico a pico
(p/p) de un volt. La señal de luminancia arranca desde 0.3 volts hasta la tensión máxima
de 0.7 volts. Esta señal compleja es conocida como una señal de vídeo compuesta ya que
la información de video y de sincronización se combinan en una única señal.
Esta señal de video compuesto, como se puede imaginar, es de tipo analógico. Eso
quiere decir que en condiciones normales, esta señal la debemos transportar por cable
coaxial del tipo RG-59 de impedancia 75Ω. El conector utilizado suele ser el BNC aunque
es popularmente usado el RCA, que viene con las cámaras de fotos o video caseras.
Composición de vídeo
Ya hemos hablado con anterioridad de
la captación de la luminosidad y la
crominancia por medio de prismas (por
ejemplo, Bayer). Las tres señales RGB
que nos ofrece el sensor captador, no
son tratadas de forma separada, sino
que por regla general, estas
señales se combinan para
generar otras.
Realmente nos se realiza
una simple superposición, con la
señal de luminancia, sino que
ésta, se suele conseguir, a partir
de los valores de RGB. A la señal
de Luminancia la llamaremos Y:
Y = 30% · R + 59% · G + 11% · B = 0.3R + 0.59G + 0.11B
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Esta señal Y solamente tendrá la información de
cantidad de luz, pero ninguna sobre el color. Debido a
esto, nos interesa realizar, con las señales RGB, otras
operaciones, para obtener otros valores como las
diferencias de color:
U = B – Y
V = R – Y
Por una parte, como ventaja, podemos decir que con estas tres señales, YUV,
conseguimos reducir el ancho de banda necesario para la transmisón de video, ya que si
en RGB necesitamos unos 5MHZ por canal, en YUV necesitamos los 5MHZ para Y, pero
poco más de 1 MHZ para cada UV.
Los monitores informáticos utilizan la señal RGB porque es más nítida, pero otros
visualizadores o aparatos de tratamiento de imagen suelen trabajar con las señales de
diferencia de color YUV.
En ocasiones, nos interesa juntar las señales de
diferencia de color uV en un solo canal. Esto lo
conseguimos con un modulador, obteniendo la
señal C o crominancia. Viendo eto, vemos cómo
hemos pasado de tres hilos a solamente dos
(YC), Luminancia y Crominancia. Este tipo de
transmisión de vídeo ha sido utilizado por los
sistemas S-VHS y el Hi8. La crominancia
necesita un ancho de banda de 2MHz para su
transmisión. No ganamos en ancho de banda,
pero sí en el número de hilos.
Por último, si logramos unir ambas
señales de Luminancia y Crominancia,
obtendremos el video compuesto. Requiere
solamente los 5MHz de ancho de banda, pero toda la
información de vídeo, circulará a través de un solo canal. Esta señal de video compuesto
es aún modulable en RF, para poder ser emitida por una antena preparada para ello.
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Cámara de baja sensibilidad
Cámara de alta sensibilidad
Procesamiento de imagen
Existen algunos factores que confirman una especificación competa de cámara, y
se encuentran interrelacionados. Los tres más importantes a la hora de seleccionar una
cámara son:
Sensibilidad
Iluminación
Resolución
La correcta selección de cámaras para su sistema de CCTV es vital para maximizar
la efectividad del mismo. Por otro lado, con el conjunto de cámaras disponible en la
actualidad, usted podría seleccionar cámaras “sobre calificadas” – aquellas con más
capacidades que las requeridas por la aplicación. Elegir cámaras con funciones que
compatibilicen con las necesidades de un trabajo dado ayuda a ahorrar
significativamente en costos y a expandirse o a mejorar su completo sistema. Por tanto,
cuando seleccione una cámara, es importante conocer la razón, el lugar y bajo que
condiciones la cámara será utilizada. Usted puede entonces combinar las
especificaciones y capacidades de la cámar con sus aplicaciones.
Sensibilidad de la cámara
La sensibilidad describe la habilidad de la
cámara para “hacer fotos” en varios niveles de
iluminación. A mayor sensibilidad, la cámara
requiere menos iluminación para producir
imágenes utilizables. Los términos “video
utilizable” y “video completo” suelen ser utilizados
en charlas de sensibilidad. Una imagen que
contiene algunos detalles reconocibles, pero que a
la vez posee áreas negras en las que los detalles
no pueden observarse claramente puede ser
considerada como utilizable.
Cámara de alta sensibilidad
Como se puede ver en la imagen, utilizando
una cámara con alta sensibilidad (o agregando
más luz a la misma escena) aparecerán detalles en
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áreas donde sólo existía oscuridad. Cuando todos los objetos en una imagen son
visibles, se la describe como “video completo”. Video completo es 0.714 volts pico a
pico (100 IRE). El video utilizable generalmente se encuentra entre los 15 y 50 IRE.
La sensibilidad de la cámara mide la cantidad de luz requerida para proveer una
señal estándar de video. Los valores de sensibilidad de vídeo son típicamente
indicados en lux. La mayoría de las especificaciones proveen los niveles de luz de los
videos aptos y completos. Por tanto, a la hora de considerar la sensibilidad de una
cámara, es importante conocer las condiciones de luz bajo las cuales la cámara será
utilizada.
También, se debería determinar cuan alta deberá ser la sensibilidad para
producir un video utilizable con la cantidad mínima de luz disponible en el sitio de
vigilancia. Existen cámaras disponibles que pueden generar imágenes en situaciones
de poca o ninguna luz. Por ejemplo, las cámaras día/noche (IR-sensibles) pueden
producir imágenes con sólo la iluminación de las estrellas.
Iluminación
Elegir la cámara correcta para operar en condiciones ambientales de luz puede
ser la especificación más importante, aunque la más engañosa, de entender.
La iluminación se refiere a la luz
que cae en una escena. Estrictamente
hablando, la iluminación no es una
función de la cámara. Sin embargo, es
un tema crítico cuando se considera
una cámara para un área dada. La
iluminación adecuada es esencial para
adquirir imágenes que le permitan al
personal de seguridad monitorear un
área (detección), observar actividad en
la ubicación (reconocimiento), e
identificar acciones específicas,
objetos, o personas (identificación).
La cantidad de iluminación que alcanza una escena depende del momento del
día y las condiciones atmosféricas. La luz del sol en forma directa produce escenas de
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alto contraste, permitiendo la identificación máxima de objetos. En un día nublado, la
cámara recibe menos luz generando un menor contraste.
Para producir una imagen de cámara óptima bajo una amplia variación en alto
nivel (tal como ocurre cuando el sol es cubierto por las nubes), usted necesita un
sistema de cámara con iris automático. Típicamente, la iluminación de la escena se
mide en foot-candles (fc) que pueden variar en un rango de 10.000 a 1 (o más).
El cuadro resume los altos niveles que ocurren bajo las condiciones de
iluminación durante la jornada y las horas de poca luz. La medida métrica equivalente
del alto nivel (lux) comparada con la condición (fc) es dada.
La regla de oro para decidir que cámara emplear para una condición de
iluminación dada no es elegir una que entregue una imagen apenas apta para el uso.
Trate de dar a la cámara aproximadamente 10 veces la iluminación mínima de la
escena. La mayoría de las cámaras serán capaces de manejar el exceso de luz. Sin
embargo, el mayor problema se presenta cuando no cuentan con la suficiente luz para
producir una imagen.
Reflejo de la escena
Se debe mantener en mente que la cámara (como el ojo humano) procesa la luz
reflejada – luz que es reflejada sobre los objetos y las personas que se encuentran en
el campo de visión.
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La luz golpea el objeto y rebota en él. Entonces, la luz pasa a través de la lente,
golpea el sensor de imagen, y crea una imagen. Diferentes materiales reflejan la luz a
distintas velocidades. El cuadro más abajo muestra algunas áreas u objetos y sus
correspondientes valores de reflexión – o el porcentaje de luz que se refleja en ellos.
La cantidad de iluminación disponible, junto con la sensibilidad de la cámara,
representan información crucial a la hora de elegir una cámara para su aplicación. La
iluminación y la sensibilidad poseen una relación inversa: es decir, mayor luz requiere
menos sensibilidad y con menos cantidad de luz, mayor sensibilidad es requerida.
Resolución
La resolución es la medida en la que usted puede observar los detalles en una
imagen. Para sistemas analógicos, esto es típicamente medido en Líneas de Televisión
(TVL). Cuanta más alta la resolución, mejor la definición y la claridad de la imagen. La
cámara “escanea” una imagen en una serie de líneas operando en forma horizontal.
Cada línea horizontal está compuesta por un número de elementos. Una vez que la
primera línea es escaneada, se continúa con la segunda línea y así sucesivamente. La
resolución es una medida de la cantidad de ambas las líneas y los elementos
componentes que conforman cada línea. En una cámara CCD, la resolución tiene una
relación directa con el número de píxeles en el sensor de imagen CCD.
Las medidas de resolución miden el número de líneas horizontales que una
cámara emplea para producir una imagen. La resolución horizontal mide el número de
elementos que conforman cada línea horizontal. Las resoluciones verticales y
horizontales típicamente rinden una ratio de relación de 3:4 (ej. 600 líneas verticales
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para 800 elementos en cada línea). La resolución de la cámara CCTV se encuentra
usualmente en un rango entre 380 y 540 TVL.
Cuanto más alta la resolución de la cámara, mas detalles serán visibles (dado que
las líneas están más cerca y pueden existir más elementos en cada línea individual). La
baja resolución de las cámaras produce imágenes con menores detalles.
Tipo de cámara Resolución Estándar
Alta Resolución
Resolución Máxima
Color Hasta 330TVL Hasta 480TVL 540TVL
Monocromática Hasta 380TVL Hasta 500TVL 570TVL
Parámetros para la iluminación mínima
La iluminación mínima es una manera de medir la sensibilidad de una cámara.
No hay estandares ISO para regular el grado de oscuridad de la cámara, por lo que los
fabricantes se las apañan para probar la sensibilidad de sus cámaras a su forma
particular. Así nos podemos encontrar que una cámara especificada como: F10 y 1 Lux
puede ser igual a otra cámara con la especificación F1.0 y 0,01Lux. Esto es debido a
que existen otros parámetros que pueden cambiar el resultado de la medición de luz
que llega al sensor. Algunos son:
F Stop: es la capacidad de las lentes para recoger la luz. Por norma, una lente
F1.4 recoge dos veces más luz que una F2,0. Y una F1.0 recoge 100 veces más
que una F10
Temperatura de color: ya comentado con anterioridad. Una fuente de luz de
longitud de onda 600nm generará 10 veces más electrones que una que tenga
una longitud de onda de 900nm, por lo que será 10 veces más sensible.
IRE: es la amplitud máxima de la señal de salida de video del sensor. Lo normal
es, como se dijo con anterioridad, 0,7V o lo que es lo mismo, 100 IRE. Una
cámara 100 IRE indicaría que todo el rango de imagen se verá nitido en la
pantalla. Si la señal de video es de 50 IRE, indica que tiene la mitad de contraste.
El valor mínimo exigido será de 30 IRE para una imagen aceptable o significativa.
Relaciónde reflexión: como vimos anteriormente, la reflexión de la luz por el
objeto a visualizar, puede distorsionar la medición.
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Otros factores importantes
Sumados a las consideraciones primarias a la hora de seleccionar una cámara,
existen otros factores que afectan la calidad de imagen. Estos incluyen:
Ratio señal a ruido
Control automático de ganancias
Obturador automático
Compensación backlight
Ajustes electrónicos y manuales
Procesamiento de Señal Digital Avanzado (DSP)
Obturador Automático
El control del obturador automático agrega mayor flexibilidad a la cámara
mediante el control de la calidad de la luz. Las fuentes de iluminación están
compuestas por diferentes longitudes de onda de luz.
Por ejemplo, la luz del sol es prácticamente una forma pura de luz blanca – cada
longitud de onda está presente en cantidades equivalentes reforzadas.
Sin embargo, en otras clases de luz (fluorescentes, hogareñas lamparitas, luces
de la calle a vapor de sodio, etc.), las longitudes de onda se encuentran
inigualablemente representadas. Estas diferencias pueden
ser extremas, resultando en una calidad de imagen
significativamente degradada.
Mientras que el ojo humano es capaz de compensar
muchas de estas diferencias, una cámara color necesita un
circuito especializado. Los obturadores automáticos
compensan los cambios en la calidad de la luz. De este
modo, una cámara exterior con control de obturador
automático puede producir imágenes precisas en un
estacionamiento durante el día, como también bajo
iluminación artificial.
Obturar es una función de la cámara. Las cámaras básicas muestran o
“observan” una imagen a una tasa de 60 veces por segundo (la velocidad de un
obturador de 1/60). La tecnología de procesamiento de señal digital en la cámara ha
sido mejorada. Por tanto, este circuito puede analizar la señal de video y si es
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necesario cambiar la frecuencia de muestreo de la imagen a hasta 100.000 veces por
segundo. Esto permite que las imágenes más oscuras puedan ser sometidas a una
mayor cantidad de muestreos “digitales”, utilicen la luz existente y produzcan así
mejores imágenes.
Compensación Backlight (BLC)
Backlight es la luz detrás del objeto de interés en una escena. Este puede ser el
mayor problema, especialmente en las cámaras que deberán ser ajustadas en algunas
ocasiones para mantener el brillo del fondo en niveles aceptables.
Piense acerca de una cámara apuntando hacia una puerta que se encuentra al
final de un largo y oscuro corredor. Cuando alguien abre la puerta y camina por el
corredor, la cámara intentará compensar el repentino brillo que proviene del exterior.
El resultado será que la persona en el corredor aparecerá como una silueta y los
detalles se perderán en la “sombra”. En casos extremos, puede que no se distinga
ningún detalle. Las cámaras deben contar con una compensación backlight para salvar
esta situación.
Cámara sin BLC
Cámara con BLC
La compensación backlight está compuesta por el circuito de la cámara que
reproduce la escena y supone que los objetos en foco son los objetos de interés, y que
147
los niveles de luz deben ser optimizados para estos objetos. Niveles de luz de fondo
extremadamente altos pueden ser apagados selectivamente mientras se mantengan
niveles óptimos en los objetos de interés.
Ajustes manuales y electrónicos
Como todo componente electrónicamente sofisticado, las cámaras requieren
ajustes periódicos para mantener el alto rendimiento. Estos ajustes deben ser
realizados manualmente en la mayoría de los casos. Las cámaras más nuevas permiten
que los ajustes se realicen en forma electrónica desde sitios remotos – y los beneficios
son claros:
Correcciones inmediatas en caso de ser necesarias.
Los ajustes se realizan instantáneamente desde una ubicación central.
Considere una cámara montada en un poste de un estacionamiento. Un técnico
puede realizar ajustes a esta cámara sin preocuparse por el clima, y sin tener que
trepar una escalera o usar una grúa. Así, usted puede ahorrar tiempo valioso,
disminuye las posibilidades de accidentes y hay menos interrupciones en la operación.
Por ejemplo, la tecnología de Comunicación Blinx Bi-Direccional de Bosch utiliza
un coaxial de CCTV convencional, un UTP (par trenzado no apantallado) y vínculos de
transmisión de video vía fibra óptica para comunicar información de y hacia la cámara.
La tecnología Blix embebe el control y los comandos de configuración en la señal de
video, habilitando muchas funciones que solían requerir acceso directo a la cámara o
un cableado separado para trabajar sobre un cable de video.
Procesamiento de señal digital avanzada
Los primeros intentos para desarrollar cámaras de video con una resolución y
sensibilidad tan buena como el ojo humano – en teoría el objetivo principal – no
fueron muy exitosos. Esto sucedió porque el ojo presenta una imagen tridimensional al
cerebro, que utiliza un alto grado de paralelismo en el procesamiento de la imagen. La
capacidad del cerebro para interpretar el contenido de la imagen al mismo tiempo
contribuye a una optimización inteligente y sofisticada de la imagen.
La aplicación de la tecnología digital dentro de la cámara proviene de la
necesidad de mejorar la calidad de la imagen, la sensibilidad y el rango dinámico. La
tecnología DSP y la serie de chips CCD avanzados producen un número
148
excepcionalmente alto de niveles de gris, resultando en un rango dinámico y una
reproducción de detalles dentro de imágenes de alta calidad en escenas de mucha y
poca luz. Claramente, el desempeño del control de la cámara incluye la flexibilidad del
manejo de la misma a través de la propia pantalla del monitor, el cual es crítico a la
hora de realizar una elección.
La calidad de la imagen de una cámara CCD está relacionada directamente con el
número de niveles de gris que puedan ser procesados, los cuales son controlados por
la arquitectura DSP’s. Por ejemplo, un procesador de 1 bit puede generar una imagen
similar a la producida por una impresora de matriz, mientras que un procesador de 4
bits provee 16 niveles de gris para producir una mejor imagen. (Observe las imágenes
más abajo).
La mayoría de las cámaras de seguridad utilizan procesadores de 10 bits y son
capaces de producir imágenes con 1024 niveles de gris, entregando variaciones
relativamente suaves de luz a oscuridad. Las cámaras Dinion emplean un
procesamiento de señal digital de 15 bits, que provee un incremento de 32 veces el
número de niveles de gris y precisión de color en comparación con un DSP de 10 bits,
produciendo lo que el ojo interpreta como variación virtualmente continua del nivel de
gris. Esto resulta en una excepcionalmente precisa reproducción de imágenes con un
amplio rango dinámico y colores vivos sobre un amplio espectro.
La cámara Dinion con procesamiento de señal digital de 15 bits genera una
variación virtualmente continua del nivel gris de luz a oscuridad.
149
Amplio rango dinámico
Aproximadamente definido, el
rango dinámico de la cámara es la
diferencia entre en el nivel máximo y
mínimo de los niveles de señal
aceptables. Si parte de una escena es
iluminada pobremente, existen altas
chances que no haya suficientes fotos
provenientes de esa área para ser
convertidas en una señal electrónica
significativa. El detalle en la oscuridad
no será “observado” por la cámara.
Por el contrario, si una parte de la
escena se encuentra altamente
iluminada (por ejemplo, la luz del sol
que entra a través de una ventana), la
imagen de esa área puede parecer
descolorida. En el peor de los
escenarios, la escena, puede y
usualmente lo hace, contener áreas
con niveles de iluminación
extremadamente altos y bajos.
El rango dinámico es la habilidad del
chip imaging para convertir luz en
información. Cuanto más amplio sea el rango
dinámico de la cámara, mejor será la
habilidad de la misma para enfrentar estos
contrastes extremos de luz.
Para implementar la característica XF-Dynamic, la Dinion DSP de 15 bits de
Bosch utiliza una función conocida como control de histograma para lograr más
detalles en la imagen al amplificar las variaciones por minuto en la iluminación (vea el
ejemplo). La iluminación de cada píxel en una escena obtenida por el CCD es grabada
en un histograma de luminosidad que organiza los píxeles en 32,767 niveles de gris –
Fig. 2 – Los píxeles en una escena son automáticamente agrupados por niveles de gris dentro de un histograma de luminosidad (a). Esto es modulado por una función de transferencia de la cámara que varía con la densidad de la información a través de la escena (b) para crear una mejor distribución de los niveles de gris y acentuar los detalles de la escena que de otra forma se perderían.
150
en un rango que va desde el negro hasta el máximo brillo en una escena (vea el gráfico
“A” más abajo).
Diagrama de bloque de una cámara CCTV DSP de 15 bits.
La función de transferencia de cámara (la curva definiendo la salida como una
función de la entrada), en lugar de ser una línea recta simple como una cámara
normal, automáticamente se incrementa fuertemente en regiones con alta densidad
de información y con menor fuerza en regiones con menor densidad de información
(gráfico “C” más abajo”). Esto crea un histograma de luminosidad más uniformemente
distribuido en la salida de la cámara (gráfico “C” más abajo). Las escenas de bajo
contraste son típicamente caracterizadas por una cuenta muy alta de píxeles en sólo
algunos niveles de gris. En dichas escenas, el histograma reduce el número de píxeles
en estos niveles de gris. Al mismo tiempo, se incrementa la cuenta de píxeles en otros
niveles (menos bien representados) para ajustar el contraste sobre toda la imagen y
resaltar así la mayor cantidad de detalles.
Reducción Dinámica del Ruido
Las escenas ruidosas grabadas pueden incrementar dramáticamente el tamaño
de los archivos digitales (los cuales son generalmente archivados con el tiempo en un
disco duro remoto). En casos extremos, las escenas ruidosas pueden reducir el periodo
del archivo – por ejemplo, de un mes de video a no más de una semana. El ruido
electrónico es causado por un número de fuentes, incluyendo la atenuación de cables,
los efectos térmicos, y la sobre-amplificación. Vale aclarar que la cámara misma puede
ser una fuente de ruido.
Algunas cámaras incluyen la Reducción Dinámica de Ruido (DNR) para mejorar la
calidad de imagen reduciendo o cancelando ruido electrónico, especialmente en
condiciones de poca luz. El sistema DNR en la cámara DinionXF de Bosch elimina el
ruido al comparar las imágenes producidas a lo largo del tiempo. Un poderoso
algoritmo desarrollado para el procesador DSP de 15 bits realiza entonces una
auditoria píxel por píxel de las imágenes – y cualquier cambio pequeño o al azar que
puede ser un síntoma de ruido es automáticamente eliminado de la escena (vea el
ejemplo a continuación).
151
La Reducción Dinámica de Luz (derecha) mejora significativamente la calidad de la imagen.
Ratio de Señal a Ruido
La ratio de Señal a Ruido (ratio s/n) es la relación que indica el nivel de señal de
video presente en la imagen. El ruido en una imagen disminuye la definición de la
misma. La unidad para expresar esta ratio s/n es los decibeles (dB), pero también
puede ser expresada como una ratio.
Una ratio de señal-a-ruido de 40 dB es equivalente a una ratio de 100:1, lo que
significa que la señal es 100 veces el nivel de ruido. Por otra parte, el ruido es 1/100 de
la señal. En una ratio señal-a-ruido de 20 dB, el ruido es 10% de la señal y producirá
una imagen inaceptable. La siguiente tabla provee una guía de la calidad que usted
puede esperar en distintos niveles del ratio señal-a-ruido.
Existen muchas fuentes para el ruido, incluyendo un diseño pobre del circuito, el
calor, la sobre amplificación, influencias externas, y el control automático de
ganancias, como también los sistemas de transmisión tales como microondas e
infrarrojos. La ratio señal-a-ruido es una medida importante sobre la calidad del video:
cuanto más grande La ratio señal-aruido, mejor será la calidad de la imagen generada
por la cámara.
152
Ajuste Auto Contraste
La Niebla, la neblina, la bruma y el resplandor reducen significativamente el
contraste de la imagen y pueden hacer casi imposible el reconocimiento (o incluso la
detección). La avanzada energía de procesamiento de 15 bits DSPs provee mejoras
significativas en contraste mediante el incremento del lcance del rango dinámico de la
cámara.
Utilizando la función XF-Dynamic Auto Black, la cámara DinionXF dinámicamente
ajusta los niveles de iluminación en las escenas para reducir las áreas más oscuras a
(casi) negro. Esta función mejora el contraste en las imágenes oscurecidas por “velos”
de neblina o en las que el contraste se reduce por niebla o bruma. La función Auto
Black es la más efectiva en situaciones dentro de un ambiente, tales como una
discoteca con poca luz y humo de cigarrillo.
Auto Black Apagado
Auto Black Encendido
153
Reducción de Imágenes Borrosas por Movimiento
En la mayoría de las imágenes tomadas a partir de la grabación de objetos en
movimiento, los detalles suelen perder claridad dada la relativamente lenta velocidad
del obturador de 1/50 seg. (o 1/60 seg.) utilizada en las cámaras CCTV estándares. Esto
convierte la identificación de individuos y matrículas de vehículos, por ejemplo, en
algo dificultoso e incluso imposible.
La solución es incrementar la velocidad del obturador para congelar la imagen,
que sólo puede funcionar mientras haya suficiente luz. Incrementar la velocidad del
obturador significa incrementar el nivel de la iluminación o la apertura de la lente para
compensar la corta exposición. Una vez que el nivel de luz disminuye y la lente se
encuentra totalmente abierta, el control automático de ganancias (AGC) puede ser
activado para proveer mayores aumentos. Sin embargo, cuando este ha alcanzado su
límite, la imagen simplemente se degrada hasta que se vuelve inutilizable.
La cámara DinionXF de Bosch puede obtener imágenes precisas en movimiento
durante un periodo extenso ya que combina características que trabajan en conjunto
para mantener un desempeño óptimo. Al cambiar el modo de la cámara al Modo
Obturador por defecto, usted puede determinar la velocidad a un valor por defecto
(por ejemplo, 1/250 seg.). Mientras exista suficiente luz en la escena para el control de
la lente Auto Iris y AGC para producir una señal de video completa, la velocidad del
obturador se mantendrá fija en el valor por defecto. Sólo cuando la luz falle, el control
del obturador se encargará de reducir la velocidad del obturador hasta que el valor por
defecto sea alcanzado. Las imágenes borrosas por movimiento recurrirán a esta
velocidad más baja del obturador, pero esto es preferible a perder la señal de video
por completo. Este sistema de Obturador por Defecto provee videos sin imágenes
borrosas por movimiento durante el tiempo que sea posible, y a la vez permite
capturar imágenes en todo tipo de condiciones de luz.
DinionXF con Reducción de
imágenes borrosas a causa del
movimiento de Bosch. El control del
obturador incrementa la velocidad del
obturador de 1/50 seg. A 1/500 seg. a
medida que la luz disminuye.
154
Compensación de Cable
Las nuevas técnicas de procesamiento les han permitido a los fabricantes de
cámaras llevar la resolución de las cámaras color hasta 540 líneas de TV (TVL). Sin
embargo, 540 TVL sólo pueden alcanzar su completo beneficio si usted utiliza cables
cortos; de otra forma, la atenuación en el cable reduce la resolución observada.
Para eliminar la necesidad de amplificadores adicionales paracompensar la
pérdida de estos cables, muchas cámaras Bosch poseen la opción de compensación de
cables, que adapta el video de salida de la cámara para minimizar la pérdida
ocasionada por los cables. Esta función alcanza componentes de alta frecuencia en la
señal de salida que son responsables de los detalles más finos en la imagen – los cuales
compensan las grandes pérdidas de alta frecuencia en el cable. También, compensan
la resistencia del cable al amplificar la energía DC y los componentes de baja
frecuencia que son responsables de mantener la correcta sincronización de las
imágenes brillantes. Se puede seleccionar compensación del cable directamente en el
display de la pantalla de la cámara.
Según sus equipos complementarios para cámaras de CCTV (carcasas de
protección, soportes y posicionadores).
La condición más exigente es si la cámara va a instalarse en interior, en exterior y con o
sin protección anti-vandálica. Las variedades de alojamientos para cámaras y lentes se dividen
en dos categorías: interiores y exteriores. Los alojamientos para interiores protegen las
cámaras y lentes solo del desarme y usualmente son hechos de materiales opacos a la luz. Los
alojamientos para exterior protegen a las cámaras y lentes de las condiciones ambientales
como lluvia, frío y calor extremos, polvo y suciedad.
Lo positivo del avance industrial en este ramo, es que para todas estas combinaciones,
existe ya un producto adecuado.
155
Hay de varios tipos, según su uso:
Carcasa interior
Carcasa exterior (incluye parasol) Las carcasas para exterior suelen ser de aluminio o policarbonato, y pueden ser compatibles con soportes con paso interno de cables, además disponen de calefactor, ventilador y parasol y tienen una protección IP 66.
Carcasa exterior con calefactor, limpiacristal y bomba de agua
Carcasa refrigerada por agua para lugares de alta temperatura Carcasa refrigerada por agua + cristal con protección IR. Cristal VICOR, soporta hasta 260ºC. Realizada en acero inoxidable AISI 316, protección IP67
Carcasa estanca (sumergible) Carcasa antideflagrante
Carcasa antivandálica Carcasa antivandálica para montaje en techo, realizada en chapa de acero de 2,5 mm y cristal antivandálico de 4 mm. Apertura / cierre mediante llave de seguridad. Resistencia a los impactos
Las carcasas en general suelen ser metálicas (generalmente de aluminio) o de diferentes
materias plásticas, aunque las de mayor resistencia se construyen de acero.
POSICIONADORES Y DOMOS
Las cámaras de vigilancia deben fijarse a paredes o
techos, por lo que precisan de los correspondientes soportes.
Todo soporte de cámara o de carcasa dispone de una rótula
ajustable, de forma que una vez fijado a la pared pueda
orientarla adecuadamente.
Cuando el campo que debe abarcar una cámara excede el que puede cubrir un objetivo
gran angular, o bien cuando debemos seguir al posible sujeto a vigilar, se hace necesario
disponer de un soporte móvil llamado posicionador, que puede ser de tres tipos:
Posicionador panorámico horizontal para interiores,
Posicionador panorámico horizontal y vertical para interiores,
156
Posicionador panorámico horizontal y vertical para exteriores (debe ser a prueba
de agua y disponer de mayor potencia, para mover las cámaras con carcasa,
zoom, etc.).
Aluminio extrusionado y policarbonato
Movimiento Vertical: Pala lateral +/- 90º
Movimiento Horizontal: Giro de 355º
Velocidad mov.: 6º/seg H y 3º/seg. V
Temperatura trabajo: -20ºC a +80ºC
Dimensiones: 336 (An) x 211 (Al) x 154 (P) mm.
Alimentación: 230 Vca (30 mA)
Peso: 6,5 Kg
Todo posicionador precisa a su vez un soporte, que en éste caso ya no será articulado,
aunque deberá tener mayor solidez para soportar el peso adicional; al aire libre puede
consistir en un poste anclado al suelo, con la correspondiente peana para atornillar la base del
posicionador, y para mucha altura se precisarán incluso torretas con tensores, para una buena
estabilidad.
Existen también unos posicionadores, generalmente de alta
velocidad, que se encuentran protegidos por una semiesfera más o
menos transparente, para vigilancia discreta. Hay versiones con giro
sin fin, con velocidad regulable, o con puntos de pre-posicionado (pre-
sets), que requieren controladores especiales. Se les llama esferas,
semiesferas o incluso burbujas, pero el nombre que se está
imponiendo es el de domo, por similitud con el anglosajón “dome”.
Cámaras IP.
Las cámaras IP, son videocámaras de vigilancia que tienen la particularidad de enviar las
señales de video (y en muchos casos audio), pudiendo estar conectadas directamente a un
Router ADSL, o bien a un concentrador de una Red Local, para poder visualizar en directo las
imágenes bien dentro de una red local (LAN), o a través de cualquier equipo conectado a
Internet (WAN) pudiendo estar situado en cualquier parte del mundo.
157
A la vez, las cámaras IP permiten el envío de alarmas por medio de E-mail, la grabación
de secuencias de imágenes, o de fotogramas, en formato digital en equipos informáticos
situados tanto dentro de una LAN como de la WAN, permitiendo de esta forma verificar
posteriormente lo que ha sucedido en el lugar o lugares vigilados.
Las cámaras IP actualmente se pueden instalar en cualquier sitio que disponga de
conexión a Internet mediante Router ADSL o XDSL (Con dirección IP fija, aunque algunos
modelos también permiten IP dinámica), incluso otros modelos de cámaras IP permiten que
esa conexión no sea permanente y que cuando sea necesaria se pueda realizar por medio de
un Modem convencional a la línea telefónica básica.
Las cámaras IP internamente están constituidas por la “cámara” de Vídeo propiamente
dicha (Lentes, sensor de imagen, procesador digital de señal), por un “motor” de compresión
de imagen (Chip encargado de comprimir al máximo la información contenida en las imágenes)
y por un ordenador” en miniatura (CPU, FLASH, DRAM, y módulo ETHERNET/ WIFI) encargado
en exclusiva de gestionar procesos propios, tales como la compresión de las imágenes, el envío
de imágenes, la gestión de alarmas y avisos, la gestión de las autorizaciones para visualizar
imágenes, ... en definitiva, las cámaras IP son un equipo totalmente autónomo, lo que permite
conectarlo en el caso más sencillo directamente a un Router ADSL, y a la red eléctrica y de esta
forma estar enviando imágenes del emplazamiento donde este situada. También es posible
conectar las cámaras IP como un equipo más dentro de una Red Local, y debido a que
158
generalmente las redes locales tienen conexión a Internet, saliendo de esta forma las
imágenes al exterior de la misma manera que lo hace el resto de la información de la Red.
Algunas de las aplicaciones más frecuentes de las cámaras IP son la vigilancia de:
- Viviendas, permitiendo visionar la propia vivienda desde la oficina, desde un hotel,
cuando estamos de vacaciones.
- Negocios, permitiendo controlar por ejemplo varias sucursales de una cadena de
tiendas, gasolineras.
- Instalaciones industriales, almacenes, zonas de aparcamiento, Muelles de
descarga, accesos,.... incluso determinados procesos de maquinaria o medidores.
- Hostelería, Restauración, Instalaciones deportivas.
- Lugares Turísticos, cada día es más frecuente que Organismos oficiales, como
Comunidades Autónomas, Ayuntamientos, promocionen sus zonas turísticas, o
lugares emblemáticos de las ciudades, instalaciones deportivas, ... implementado
en sus páginas Web las imágenes procedentes de cámaras IP estratégicamente
situadas en esos lugares.
Las cámaras IP poseen muchas ventajas frente a los sistemas tradicionales de vigilancia
mediante Circuito Cerrado de TV (CCTV), las fundamentales son:
- Acceso Remoto: La observación y grabación de los eventos no tiene por que
realizarse “in situ” como requieren los sistemas CCTV.
- Costo reducido: La instalación es mucho mas flexible ya que se basa en la
infraestructura de la Red Local existente o nueva, o también en en la conexión
directa a un Router, bien por cable o de forma inalámbrica (Wireless LAN). Se
elimina el costo de los sistemas de grabación digital de los CCTV, ya que las
grabaciones de las cámaras IP se realizan en el disco duro de un PC de la propia red
local o en un PC remoto.
- Flexibilidad frente a la ampliación del sistema: Los sitemas tradicionales CCTV
generalmente requieren duplicar los sistemas de monitorización cuando se amplia
el sistema, los sistemas de cámaras IP permiten su ampliación sin necesidad de
invertir en nuevos sistemas de monitorización.
159
Servidores de vídeo
Es posible convertir un Sistema de Vigilancia CCTV en cámaras IP, mediante los
Servidores de Vídeo IP.
Un Servidor de Vídeo es una de las partes integradas en el interior de una cámara IP. El
Servidor de Vídeo internamente está constituido por uno o varios “conversores” Analógico-
Digitales (Chip que pasa la señal de vídeo analógica de las cámaras a formato digital), “motor”
de compresión de imagen Chip encargado de comprimir al máximo la información contenida
en las imágenes), y por un “ordenador” en miniatura (CPU, FLASH, DRAM, y módulo
ETHERNET) encargado en exclusiva de gestionar procesos propios, tales como la compresión
de las imágenes, el envío de imágenes, la gestión de alarmas y avisos, la gestión de las
autorizaciones para visualizar imágenes, ... en definitiva es un equipo totalmente autónomo, lo
que permite conectarlo, en el caso más sencillo directamente a un Router ADSL, y a la red
eléctrica y de esta forma poder enviar imágenes del sistema tradicional de CCTV.
Es posible controlar las cámaras IP como en los Sistema de Vigilancia CCTV tradicionales.
Dentro de la gama de cámaras IP existe una gran variedad en función de la aplicación que le
vaya a dar, en general existen cámaras Fijas y Cámaras con movimiento. Las Cámaras “Pan-Tilt”
(P/T) así llamadas por disponer de posibilidad de movimiento Horizontal y Vertical, permiten
crear un sistema de vigilancia con gran cobertura y gran flexibilidad, ya que en muchas
ocasiones pueden sustituir a varias cámaras fijas.
La visualización de las cámaras IP con movimiento y el manejo de las mismas, se puede
realizar a distancia mediante el Internet Explorer, simplemente tecleando la dirección IP
privada o pública de las cámaras IP en función de que se visualicen desde la LAN o la WAN.
Inmediatamente será solicitado introducir el Nombre de Usuario y Contraseña, y esto dará
paso a la visualización de las imágenes. En la pantalla de visualización estarán presentes las
herramientas de software que permiten girar la cámara, llevarla a la posición preestablecida
etc.
Es posible conectar sensores de alarma externos a las cámaras IP, todas las Cámaras y
Servidores de Vídeo disponen de entradas para conectar opcionalmente Sensores Externos
complementarios a los sistemas que incluyen de fábrica, por ejemplo detectores PIR
convencionales para poder cubrir la detección de movimiento que pudiera provenir de ángulos
no cubiertos por la cámara.
160
En general las cámaras IP así como los servidores de Vídeo disponen un complejo
sistema de detección de movimiento mediante el análisis instantáneo y continuado de las
variaciones que se producen en los fotogramas de vídeo que registra el sensor óptico. Este
sistema permite graduar el nivel de detección de movimiento en la escena, y por ejemplo
poder discriminar si en la escena ha entrado un “coche” o un “peatón”, incluso en algunos
modelos es posible generar distintas áreas dentro de la escena, y cada una con distinta
sensibilidad al movimiento.
También es posible la conexión de un relé que maneje por ejemplo el encendido de
luces, o por ejemplo la apertura de una puerta. Las cámaras IP y Servidores de Vídeo disponen
de una salida Abierto- Cerrado, que se controla desde el software de visualización.
Las cámaras IP, y en general todas las cámaras de TV, están diseñadas para su uso en
interiores, en condiciones normales de polvo y humedad y temperatura.
Las cámaras IP y los Servidores de Video disponen en su software interno de apartados
de seguridad que permiten en general establecer diferentes niveles de seguridad en el acceso
a las mismas. Los Niveles son:
Administrador: Acceso mediante Nombre de usuario y Contraseña a la configuración
total de la cámara.
Usuario: Acceso mediante Nombre de usuario y Contraseña a la visualización de las
imágenes y manejo del relé de salida.
Demo: Acceso libre a la visualización sin necesidad de identificación.
El número de observadores simultáneos que admiten las cámaras IP y los servidores de
Vídeo en general es de alrededor de 10 a 20. También es posible enviar “snapshots” de forma
automática y con periodo de refresco de pocos segundos, a una página Web determinada para
que el público en general pueda acceder a esas imágenes.
En general la mayoría de las cámaras IP disponen de micrófonos de alta sensibilidad
incorporados en la propia cámara, con objeto de poder transmitir audio mediante el protocolo
de conexión UDP.
El sistema de Compresión de Imagen que utilizan las cámaras IP tiene como objetivo
hacer que la información obtenida del sensor de imagen, que es muy voluminosa, y que si no
se tratara adecuadamente haría imposible su envío por los cables de la red Local o de las líneas
161
telefónicas, ocupe lo menos posible, sin que por ello las imágenes enviadas sufran deterioro en
la calidad o en la visualización.
En definitiva los sistemas de compresión de imagen tienen como objetivo ajustar la
información que se produce a los anchos de banda de los sistemas de transmisión de la
información como por ejemplo el ADSL. Los estándares de compresión actuales son el MJPEG y
MPG4, este último es el más reciente y potente.
Para la visualización de las cámaras IP lo único que se necesita es que en el sistema
operativo del PC se encuentre instalado un navegador, mediante el mismo tendremos acceso a
la dirección propia de la Cámara de Red, que nos mostrará las imágenes de lo que en ese
momento este sucediendo. Esto resulta extremadamente útil, ya que permitirá poder
visualizar la cámara desde cualquier ordenador, en cualquier parte del mundo, sin necesidad
de haber instalado un software específico.
No obstante, con las cámaras IP se adjunta un software de visualización de hasta 4
cámaras, permitiendo la visualización simultanea de las mismas, el control, la administración,
... y por supuesto la reproducción de los videos que se hayan grabado mediante grabación
programada, o como consecuencia de alarmas.
Las cámaras IP y los Servidores de Vídeo solamente necesitan conectarse directamente a
un PC mediante un cable de red “cruzado” cuando se instalan por primera vez.
Una vez instalada, cualquier modificación de la configuración, de los ajustes de calidad
de imagen, de las contraseñas de acceso,... se realizará de forma remota desde cualquier
punto del mundo, bastará con conectarse a la cámara en modo “Administrador”.
162
Ubicación de cámaras
Las cámaras de vigilancia suelen estar ubicadas en entornos muy exigentes. A veces
requieren protección contra la lluvia, entornos fríos y calientes, polvo, sustancias corrosivas,
vibraciones y vandalismo. Los fabricantes de cámaras y accesorios utilizan varios métodos para
afrontar estas dificultades medioambientales.
Las soluciones son colocar las cámaras en carcasas de protección separadas, diseñar
carcasas integradas para la cámara con fines especiales y/o utilizar algoritmos inteligentes que
puedan detectar y alertar a los usuarios de un cambio en las condiciones de funcionamiento de
la cámara. Los siguientes apartados tratan temas como las cubiertas, el posicionamiento de
cámaras fijas en carcasas, la protección medioambiental, la protección contra vandalismo y
manipulación y los diferentes tipos de montaje.
Carcasas para cámaras en general
Cuando las exigencias del entorno van más allá de las condiciones de funcionamiento de
la cámara se necesitan carcasas de protección. Existen diferentes tamaños y calidades de
carcasas para cámaras y también características distintas. Las carcasas están hechas de metal o
plástico y pueden clasificarse en dos grandes tipos: carcasas para cámaras fijas y carcasas para
cámaras domo.
A la hora de elegir un tipo, hay que tener en cuenta diversos aspectos. Entre ellos:
Abertura lateral deslizante (para carcasas de cámaras fijas)
Soportes de montaje.
Burbuja transparente ahumada (para carcasas de cámaras domo)
Gestión del cable.
Temperatura y otras consideraciones (necesidad de calefactor, parasol, ventilador y
limpiaparabrisas)
Fuente de alimentación (12V, 24V, 110V, etc.)
Nivel de resistencia al vandalismo.
Algunas carcasas también tienen periféricos como antenas para aplicaciones
inalámbricas. Sólo se necesita antena externa si la carcasa es metálica. Una cámara
inalámbrica dentro de una carcasa de plástico funciona sin necesidad de antena externa.
163
Cubiertas transparentes
La “ventana” o cubierta transparente de una carcasa suele estar fabricada en vidrio de
alta calidad o de plástico policarbonato resistente. Puesto que las ventanas actúan como
lentes ópticas, deben estar fabricadas en material de alta calidad para minimizar su efecto en
la calidad de la imagen. La claridad se verá afectada si hay imperfecciones integradas en el
material transparente.
Las ventanas de las carcasas para domos y cámaras PTZ son las que requieren mayores
exigencias. Las ventanas no sólo deben tener una forma perfecta de burbuja, sino que también
deben tener mucha claridad, ya que podría aumentar las imperfecciones como partículas de
suciedad, especialmente en cámaras con altos factores de zoom. Además, si el grosor de la
ventana es desigual, en la imagen resultante una línea recta puede aparecer curvada. Una
burbuja de alta calidad debería tener muy poco impacto en la calidad de la imagen,
independientemente del nivel de zoom de la cámara y la posición del objetivo.
El grosor de una burbuja puede aumentarse para que soporte golpes fuertes; sin
embargo, cuanta más gruesa sea, mayores son las posibilidades de que tenga imperfecciones.
También es posible que un mayor grosor cree reflejos no deseados y refracción de la luz. Por
ello, las cubiertas más gruesas deberían cumplir mayores requisitos con el fin de minimizar el
efecto sobre la calidad de la imagen.
Existen diversas cubiertas o burbujas para domos, como las transparentes o las
ahumadas. Aunque las ahumadas permiten una instalación más discreta, también actúan
como unas gafas de sol, reduciendo la cantidad de luz que entra en la cámara y por lo tanto,
afectan su sensibilidad lumínica.
Colocación de una cámara fija en una carcasa
Al instalar una cámara fija en una carcasa, es importante que el objetivo se coloque
directamente contra el vidrio para evitar deslumbramiento. En caso contrario, los reflejos de la
cámara y el fondo aparecerán en la imagen. Para reducir los reflejos, pueden aplicarse
recubrimientos especiales a cualquier cristal que se use delante del objetivo.
Al instalar una cámara detrás de un cristal es importante
posicionarla correctamente para evitar los reflejos.
Protección medioambiental
164
Las principales amenazas medioambientales para una cámara -especialmente las
exteriores- son el frío, el calor, el agua y el polvo. Las carcasas con calefactores y ventiladores
pueden utilizarse en entornos con bajas y altas temperaturas. En entornos calurosos las
cámaras pueden colocarse en carcasas que dispongan de refrigeración con un intercambiador
de calor separado.
Para soportar el agua y el polvo, las carcasas (a menudo con una clasificación IP66) están
cuidadosamente selladas. En las situaciones en las que las cámaras están expuestas a ácidos,
como en el sector de la alimentación, se requieren cámaras fabricadas en acero inoxidable.
Algunas cámaras especializadas pueden ser presurizadas, sumergibles, a prueba de balas o
especiales para su instalación en ubicaciones con riesgo de explosiones. También es posible
que se requieran carcasas especiales por cuestiones estéticas.
Otros elementos del medio ambiente son el viento y el tráfico. Para minimizar las
vibraciones, especialmente para cámaras montadas en postes, sería preferible una carcasa
pequeña y con una sujeción segura.
Los términos “carcasa interior” y “carcasa exterior” se refieren con frecuencia al nivel de
protección medioambiental. Las carcasas interiores se utilizan mayoritariamente para evitar
que penetre polvo y no disponen de calefactor y/o ventilador. Estos términos son confusos, ya
que la ubicación, tanto interior como exterior, no siempre se corresponde con las condiciones
en el lugar de la instalación. Una cámara situada en una cámara refrigerada, por ejemplo,
necesitará una “carcasa exterior” que disponga de calefactor.
El nivel de protección que proporcionan las carcasas, tanto si están separadas como
integradas en la cámara, a menudo se indica con clasificaciones establecidas por estándares
como el IP, siglas de Ingress Protection (Protección de Entrada), también conocido como
Internacional Protection, que se aplican en todo el mundo; el NEMA (National Electrical
Manufacturers Association, Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos) de los Estados
Unidos y las clasificaciones IK para impactos mecánicos externos, que se aplica en Europa. Para
cámaras que deban instalarse en entornos con riesgo de explosiones se aplican otras normas
como IECEx, que es un certificado de alcance mundial y ATEX, un certificado europeo.
165
Protección contra vandalismo y manipulación
En ciertas aplicaciones de vigilancia, las cámaras se enfrentan al riesgo de ataques
violentos. Aunque una carcasa nunca puede garantizar totalmente la protección ante
comportamientos destructivos en cada situación, el vandalismo se puede mitigar teniendo en
cuenta varios aspectos: el diseño de la carcasa/cámara, el montaje, la ubicación y el uso de
alarmas de video inteligente.
Diseño de la cámara/carcasa
Las carcasas y los componentes fabricados en metal proporcionan mejor protección
contra el vandalismo que las de plástico. Otro factor es la forma de la carcasa de la cámara:
una carcasa o una cámara fija convencional que sobresalga de una pared o techo es más
vulnerable a ataques (patadas o golpes) que las carcasas con un diseño más discreto para
domos fijos o PTZ. La cubierta suave y redondeada de un domo fijo o PTZ dificulta más el
hecho de, por ejemplo, bloquear la visión de la cámara colgando una pieza de ropa sobre ella.
Cuanto más disimulada quede una carcasa o cámara en el entorno, o más se parezca a otra
cosa distinta de una cámara, por ejemplo, una luz exterior, mejor protegida estará contra el
vandalismo. Ejemplos de carcasas de cámaras fijas. Sólo las carcasas del medio y de la derecha
se consideran resistentes al vandalismo.
Ejemplos de carcasas de cámaras fijas. Sólo las carcasas del medio y de la derecha se consideran resistentes al vandalismo
Ejemplos de carcasas resistentes al vandalismo para una cámara de red fija pequeña o
compacta (izquierda), para un domo fijo (centro) y para un domo PTZ (derecha).
166
Montaje
También es importante el modo en el que están montadas las cámaras y las carcasas.
Una cámara de red fija convencional y un domo PTZ montadas en la superficie del techo son
más vulnerables a ataques que un domo o domo PTZ montados a ras del techo o pared, donde
sólo se ve la parte transparente de la cámara.
Ejemplos de carcasas para cámaras de red fijas montadas a ras del techo.
Otra consideración importante es como se instala el cableado en la cámara. La máxima
protección se proporciona cuando el cable pasa directamente a través de la pared o techo
detrás de la cámara. De este modo no hay ningún cable visible que pueda manipularse. Si no
es posible, deberá utilizarse en tubo metálico para proteger los cables contra ataques.
Colocación de la cámara
La colocación de la cámara también es un factor importante a la hora de disuadir el
vandalismo.
Si se coloca fuera de alcance en paredes altas o en el techo, pueden evitarse la mayoría
de los ataques espontáneos. La desventaja es el ángulo de visión que, hasta cierto punto,
puede compensarse con un objetivo distinto.
Video inteligente
La función de alarma anti-manipulación de algunas cámaras existentes en el mercado
contribuyen a proteger las cámaras contra el vandalismo, ya que pueden detectar si se ha
modificado la dirección de la cámara, si se ha tapado o manipulado y puede enviar alarmas a
los operadores. Esta función es especialmente útil en instalaciones con cientos de cámaras
situadas en un entorno exigente, donde es difícil controlar su correcto funcionamiento.
También resulta útil en situaciones en las que no se visualizan las imágenes en directo y se
puede avisar a los operadores cuando se manipulen las cámaras.
167
Tipos de montaje
Las cámaras necesitan colocarse en todo tipo de ubicaciones y esto requiere una gran
cantidad de variantes en el tipo de montaje.
Montaje en techos
Este tipo de montajes son los más utilizados en instalaciones de interior. La
carcasa en sí misma puede ser:
o Un montaje en superficie: montada directamente
sobre la superficie del techo y por lo tanto
completamente visible.
o Un montaje empotrado: Dentro del techo y sólo
con parte de la cámara y carcasa (normalmente la
burbuja) visibles.
o Un montaje colgante: Carcasa que pende del techo
como un colgante convencional (una lámpara, por
ejemplo).
Ejemplos de montajes: en superficie (izq.), empotrado
(centro) y colgante (der.)
Montaje en pared
Los montajes en pared a menudo se utilizan para montar
cámaras dentro o fuera de un edificio. La carcasa está
conectada a una alarma, que está montada en la pared. Los
montajes avanzados tienen un prensaestopas del cable interior
para proteger el cable. Para instalar una carcasa en la esquina
de un edificio puede utilizarse un montaje en pared normal,
junto con un adaptador de esquina adicional.
Otros montajes especiales son el montaje de kit colgante, que permite montar
una cámara de red fija de un modo similar a una carcasa para domos PTZ.
Montajes en postes
A menudo se utiliza el montaje en poste con una cámara PTZ en lugares como un
aparcamiento. Este tipo de montaje normalmente tiene en cuenta el impacto del
viento. Las dimensiones del poste y el propio montaje deben estar diseñados para
168
minimizar las vibraciones. Los cables suelen estar dentro del poste y las tomas deben
estar bien selladas. Las cámaras domo PTZ más avanzadas tienen un mecanismo de
estabilización de imagen electrónico integrado para limitar las vibraciones y los efectos
del viento.
Montaje en parapeto
Los montajes en parapeto se utilizan para carcasas montadas en
azoteas o para elevar la cámara con el fin de conseguir un mejor
ángulo de visión.
Selección de monitores para reproducción de imagen: Según sus características.
La división básica de los monitores utilizados en CCTV es en blanco y negro (B/N) y color.
Debido a las normas, debe haber compatibilidad entre B/N y color. En España, la norma de
video utilizada es PAL para la señal color y CCIR para las señales de video monocromáticas.
Los monitores B/N tienen una mejor resolución, ya que tienen sólo una capa de fósforo
continua; pero los monitores color ofrecen una información muy importante y detallada
acerca de los objetos. Ese factor es más importante según su aplicación.
Por ejemplo, para un sistema CCTV que deba reconocer muchos detalles es más
importante la buena resolución, por lo que la mejor elección será un sistema B/N. Por otra
parte, cuando lo que se requiere es la identificación de personas o artículos, será mejor el
color.
Otra identificación que se hace de los monitores es a través del tamaño diagonal de su
pantalla, generalmente expresado en pulgadas. De entre todos los tipos de monitores B/N de
tipo profesional, por ejemplo, los más utilizados son los de 9” (23 cm) y 12” (31cm). Los
tamaños más pequeños, como el de 5” (13 cm) y 7” (18 cm) son utilizados en Sistemas de
Observación. Los de mayor tamaño son generalmente usados con multiplexores y grabadoras
digitales y pueden conseguirse en tamaños como 15” (38 cm), 17” (43 cm) y 20” (50 cm).
169
Selección de los componentes grabadores de imagen: Magnetoscopios. Videocasetes. Dispositivos digitales.
Si ante un evento es necesario analizar las imágenes grabadas con anterioridad, la
calidad y fácil disponibilidad resulta fundamental para una correcta evaluación de lo sucedido.
La grabación digital ofrece una serie de ventajas con respecto a la grabación en cinta
magnética. Los sistemas DVR (digital video recorder) cubren tres funciones, a saber:
a. Multiplexor: Muestra hasta 32 cámaras en una sola pantalla.
b. Grabador: Graba imágenes por meses, dependiendo de su capacidad expandible.
c. Servidor IP: Accede a las imágenes en vivo y grabadas a través de redes IP.
En las VCR Time Lapse la información no puede ser procesada y la calidad de
reproducción de las imágenes es siempre inferior a la original. Además, no se tiene acceso
rápido y directo a una toma determinada y requieren mantenimiento periódico. La cinta, ante
la reproducción reiterada en el análisis de un evento, se degrada rápidamente.
Para almacenar digitalmente, la solución consiste en comprimir las imágenes para lo cual
se han desarrollado distintos estándares de compresión de video que permiten la recuperación
de la información con una calidad aceptable. Estos estándares son MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 y
WAVELET
La señal proveniente de una cámara de T.V. en circuito cerrado, que como hemos visto
es la resultante de tres tipos diferentes de impulsos eléctricos, es susceptible de ser grabada,
por medio de los dispositivos adecuados.
Los dispositivos grabadores de imágenes en movimiento, que utilizan cintas magnéticas,
pueden ser de dos tipos:
a. Magnetoscopios
Los magnetoscopios, también llamados grabadores de bobina abierta,
prácticamente han desaparecido del mercado del CCTV, quedando solamente
versiones de alto precio para estudios profesionales.
b. Videocassettes o videograbadores
Los videocassettes son los más empleados para vigilancia, sobre todo los
que utilizan cassettes VHS con cinta magnética para 3 ó 4 horas (el doble a media
170
velocidad) y proporcionan una resolución horizontal de 240 líneas (en color) ó 300
líneas (en blanco y negro), ampliable a 400 líneas en las versiones con S-VHS.
Son recomendables los videograbadores específicamente preparados para
vigilancia, con insertador de fecha y hora incorporado y entrada para señales de
alarma, que prolongan una cinta de 3 horas hasta las 24 horas sin necesidad de
detener el motor de arrastre; hay versiones más completas, que permiten
grabaciones de hasta 960 horas, denominadas "time lapse" o intervalométricas.
Para grabar más de una cámara simultáneamente pueden emplearse los
insertadores (2 cámaras) los generadores digitales de cuadrantes (4 cámaras) y los
multiplexores (hasta 16 cámaras), tanto en modelos de blanco y negro como en
color.
c. Los digitalizadores, que almacenan las imágenes digitalizadas en soportes
informáticos.
d. Las videoimpresoras, que las imprimen en papel como si fueran fotografías.
e. Video-Grabadores Time-Lapse (segmento de tiempo) con cinta VHS: Se encuentran
en el mercado, disponibles en modelos que van desde las 24 horas de grabación,
hasta las 960 horas de grabación. Hemos detectado hasta 75 modelos distintos,
de 19 marcas tradicionales, que pasan por ser desde un simple grabador Time-
Lapse de 24 horas y tres velocidades o 960 horas con 13 velocidades en los mas
comunes, con otros similares que tienen integrados en su gabinete :
videoswitchers, Multiplexores, interfases para ATM (cajero automático bancario),
etc. La mayoría utiliza un videocasete tipo VHS de 180 minutos (en tiempo real),
recomendando los fabricantes el modelo a utilizar con su marca. Estas unidades
cuentan con facilidades operativas como ser: Selección de la velocidad de
grabación y/o reproducción -3, 12, 24, 48, 72, 96, 120, 168, 240, 360, 480, 720,
960- horas <con variantes según el fabricante>; entrada de alarma (al cerrarse un
contacto NA, pasa a grabar en tiempo real por un tiempo programable); entrada
de “un disparo” (cuando se cierra un contacto NA, graba solo algunos cuadros);
salida de sincronismo para interconectar con Multiplexores o equipamiento
externo; entradas y salidas de video y audio independientes, Congelado de imagen
(cuadro detenido sin interferencias o aberraciones); reproducción hacia adelante o
hacia atrás; avance cuadro por cuadro; agenda con ciclos programables de
171
grabación con fecha y hora; traba de seguridad del teclado de comandos a fin de
que manos extrañas no puedan desconectar el modo “grabación”; Selección del
modo de operación de “fin de cinta” <ya sea: al final de cinta, rebobinar y
continuar grabando sobre lo grabado o, al final de cinta detener la
videograbadora>; y otras cuyo listado no enumeraremos por lo extenso y que
corresponden a cada fabricante en especial.
f. Video-Grabadores Time-Lapse (segmento de tiempo) digitales: Alrededor de los
años 90, comenzaron a utilizarse los sistemas de grabación digital de video, en los
que se utiliza una PC, a la que se le coloca en un “slot” vacío, una tarjeta
digitalizadora de video y que permite que el registro de las señales de video sea
almacenado en el disco duro de la PC; debido a que la cantidad de espacio
requerido en el disco duro, para guardar imágenes, es muy elevada, tanto que
para grabar una imagen de alarma requiere al menos de 50 cuadros y una imagen
color de una resolución de 460 líneas requiere cerca de 1 megabytes, un disco
duro de 1000 megabytes podría contener solo 40 segundos de grabación en
tiempo real. No obstante, mediante técnicas de “compresión”, se puede reducir
drásticamente la necesidad de espacio en el disco duro, ya que las actuales
técnicas de compresión permiten “comprimir” las imágenes desde 1:16 hasta
1:240 veces. Lo más común en este tipo de grabación digital es utilizar unidades de
cinta de audio digital (DAT) que tienen la forma de un pequeño cassette con
capacidades de hasta 20 Gigabyte (20 veces 1000 megabytes). Se utilizan para
resolver dicha compresión de registro, dos técnicas diferentes a saber: Compresión
fractal y JPEG (Joint Photographics Expert Group); este último es conocido como
un “sistema de compresión con pérdidas” que ofrece un alto grado de compresión
con el sacrificio de la perdida de algunas imágenes; es importante conocer que
cuanto mayor sea la compresión seleccionada tanta mayor será la disminución de
la calidad de la imagen “guardada”. Actualmente, esta tecnología ha comenzado a
difundirse con mayor frecuencia y solo está limitada su aplicación debido a que la
sofisticación de dichos procedimientos de grabación, requieren de personal muy
bien entrenado y además, la elección de este tipo de tecnología origina que el
usuario final deba depender a perpetuidad del mismo proveedor, no teniendo
oportunidad de elegir sistemas alternativos compatibles con los equipos
seleccionados (de distinta marca), salvo que deseche por completo lo existente al
decidir cambiar o ampliar su equipamiento. A partir del año 1995 aparecieron las
172
Videograbadoras digitales con almacenamiento en disco duro del tipo
“autocontenido”, que no requieren de una PC para funcionar y se conectan a la
red de CCTV, en forma muy similar a la de los grabadores Time-lapse de cinta VHS.
Recientemente, además, han surgido los medios de almacenamiento en
videodisco, con una capacidad buena de archivo.
g. Videograbador digital multiplexado: Utilizado como medio de registro de imágenes
de un sistema de CCTV, combina multiplexado de imágenes en formato digital,
grabación digital y grabación de audio, con posibilidades de trabajar en red
mediante conexión tipo ethernet. Capacidad para grabar imágenes digitalizadas
durante un mes. Utilizando software de visualización propietario o un navegador
estándar de Internet, los usuarios pueden tener acceso a las imágenes a través de
una computadora conectada a una red; vienen provistas de protección por
contraseñas, operación automática y detección por ordenador de cámaras
Videograbadora digital,
Estos sistemas están hechos en base a P.C. o una tarjeta electrónica (los DVR
autónomos), almacenan la información en un disco rígido con un determinado formato de
compresión. Algunos sistemas solo graban la información y otros procesan la imágenes y las
muestran en forma multiplexada en un monitor de P.C. Suelen tener entradas para 4,8, 16, 32
o 64 cámaras, con sus respectivas entradas de alarma. Las ventajas principales de estos
sistemas con respecto a los sistemas antiguos de cinta son,
La posibilidad de configurar cada cámara de la manera más conveniente, por ejemplo,
cámaras 1,4,6, grabación continua, cámaras 2,3,5, grabación por eventos, 7 y 8
grabación en un periodo de tiempo determinado, y la novena graba por movimiento.
Es la velocidad para obtener la información, ya que tenemos archivos directos y no
archivos secuenciales como en una vídeo a cinta, por ejemplo, ver una imagen que se
produjo un día X a una hora y minutos específicos, lo único que hay que hacer es
entrar en el menú, ingresar el dato y esperar solo segundos a que el disco rígido
encuentre la información
No pierde calidad de resolución en la imagen en la reproducción de la grabación como
en las videos a cinta.
En general. permiten la visualización y grabación por redes o INTERNET
173
Selección de componentes de transmisión de la señal de video: Amplificadores de línea. Distribuidores electrónicos de señal de video.
Transmisión de la señal
Los diferentes sistemas de transmisión son:
a. Cable coaxial: La transmisión a través de cable coaxial es conocida como
desbalanceada, debido a la forma constructiva del cable. El blindaje rechaza
exitosamente interferencias electromagnéticas superiores a 50 kHz. Sin embargo, la
radiación proveniente de las redes eléctricas de 50 Hz es más difícil de eliminar y
depende fundamentalmente de la corriente que circula por los conductores cercanos.
Por este motivo conviene alejar por lo menos 30 cm los cables coaxiales de video de
los que transportan energía.
La manifestación visual de esta interferencia son barras o
líneas horizontales que se desplazan hacia arriba o hacia abajo en
la pantalla del monitor. La frecuencia de desplazamiento se
determina por la diferencia entre la frecuencia de campo de video
y la frecuencia de la red eléctrica. Varía generalmente entre 0 y 1
Hz. Las radiaciones electromagnéticas provocadas por rayos o vehículos se visualizan
como ruidos irregulares.
Tipo de Cable Distancia Máxima
RG-59 250 mm
RG-6 450 mm
RG-11 600 mm
b. Par trenzado UTP: Cuando las distancias entre los distintos componentes de un
sistema de CCTV exceden los 200 metros, la transmisión de video por par trenzado es
una opción muy conveniente frente al cable coaxial con amplificadores de video, ya
que estos amplifican también las interferencias. La impedancia característica del UTP
es de 100 ohm.
Toda interferencia electromagnética y ruido no deseado que llegue a ambos
conductores, se cancelará debido a que el sistema admite señales en modo diferencial
(distinta polaridad en cada conductor del par), ya que están balanceados con respecto
174
de masa. Por este motivo se la conoce como transmisión balanceada y es necesario
que los cables estén trenzados.
La adaptación entre los equipos y el cable se realiza a través de un
balún, del que existen dos tipos: balunes pasivos, que no necesitan
energía externa y son bilaterales, es decir trabajan indistintamente en
ambos extremos de la línea y permiten transmisiones de señal de
video a distancias de hasta 300 m, y balunes activos, utilizados para
longitudes de hasta 2400 metros.
A través del cable UTP pueden conectarse hasta 4 cámaras con un solo cable y
proporcionan un menor costo en tendidos superiores a los 70 metros.
c. Enlace inalámbrico: Se utiliza para transmitir en forma inalámbrica una imagen de
CCTV a una distancia entre los 100 y 8.000 m. La señal de video se modula con una
frecuencia que pertenece a la región de las microondas del espectro electromagnético.
En la práctica, sin embargo, las frecuencias típicas que se usan para la transmisión de
video están entre 1 y 10 GHz.
Las conexiones de microonda transmiten un ancho de banda muy
grande de señales de video, así como también otros datos si es necesario
(incluyendo audio y control de PTZ). El ancho de banda depende del
modelo del fabricante.
Para un sistema bien construido, un ancho de banda entre 6 MHz y 7
MHz es suficiente para enviar señales de video de alta calidad sin una
degradación visible. Para un correcto enlace, se necesita tener visión
óptica entre el transmisor y el receptor. Las distancias que se pueden
alcanzar con esta tecnología dependen de la potencia de salida del
transmisor y de la ganancia de las antenas
d. Transmisión telefónica: Estos sistemas se han vuelto muy populares en estos últimos
tiempos debido al gran avance que han tenido ya que están hechos en su gran mayoría
sobre una base de informática. Su principio básico es la conexión de un lugar donde se
encuentran las cámaras con un lugar remoto a través de la línea telefónica con un
modem. Hay distintos modelos de equipos, por ejemplo:
175
Una placa donde se conectan las cámaras y esta se coloca en un puerto de una
P.C. con modem y en el lugar remoto un software en otra P.C. con modem
Una “caja negra” donde también se conectan las cámaras y en el lugar remoto
también otra P.C. con modem donde se instala el software.
Dos “cajas negras” en una van las cámaras y en el lugar remoto otra conectada
a un monitor o T.V.
Cada uno de estos modelos tienen distintas características y distintas funciones,
algunas de ellas son:
Entradas de alarma para detectar eventos
Salidas de relay
Grabación en disco rígido en la P.C. remota o en la local
Manejo de cámaras
Zoom y Pan-Tilt electrónico
La principal ventaja de estos sistemas es poner monitorear cámaras desde
cualquier lugar del mundo donde haya una P.C. y una línea telefónica convencional.
Una desventaja, la dependencia a la velocidad de comunicación del modem hace que
el sistema sea lento a veces y muy pixelado.
Amplificadores de línea
Los amplificadores de línea se utilizan para elevar y compensar las pérdidas, sobre todo
en altas frecuencias, de la señal de vídeo, tanto para alimentar varios monitores "en puente"
(uno a continuación del otro), como para realizar transmisiones a mayor distancia de la que
permitiría la longitud de los cables coaxiales.
176
Distribuidores de vídeo
Si una misma señal de vídeo debe dirigirse a varios receptores (monitores o
grabadores) y éstos se encuentran bastante alejados unos de otros, lo mejor es utilizar
distribuidores electrónicos de vídeo, con los cuales podemos obtener varias señales iguales,
manteniendo su máxima amplitud y sin las variaciones de impedancia que inevitablemente se
producen si los conectamos en puente; además, los distribuidores pueden colocarse en el
lugar más adecuado del edificio, lo que permite optimizar el cableado.
Amplificador de video tipo Looping de 1 entrada y cuatro salidas
En la siguiente figura vemos un
sistema básico integrado por un
multiplexor, grabadores de video,
teclado de control remoto y
maniobras del “domo”, cámaras de
CCTV y monitores, donde uno de los
monitores se ubica remotamente,
hasta aproximadamente 300 m con
cable coaxial RG-59 de 75 ohmios de
impedancia con malla de cobre,
distancia que se logra sin atenuación,
gracias al amplificador distribuidor
que agrega 6 dB de amplificación.
Fig.: Sistema convencional de 16 cámaras con amplificador de señal de Video
177
Si bien la transmisión por cable coaxial es la más usual, no es la única, pudiendo
efectuarse también mediante:
Cable de 2 hilos trenzados (señal
simétrica).
Cable de fibra óptica.
Línea telefónica (vía lenta).
Enlace por microondas.
Enlace por infrarrojos.
Aunque debe tenerse en cuenta que para ello se precisan dispositivos tales como
conversores, transductores, módems o conjuntos emisor/receptor, antenas parabólicas, etc.
adecuados a cada caso.
Antena microondas para enlace CCTV en 1,8 Ghz
Video Switcher
La función del Switcher en un sistema de seguridad de múltiples cámaras es conectar
una específica cámara a un especifico monitor (vídeo u otro dispositivo) y visualizar la imagen
de vídeo en una secuencia lógica.
En pequeños sistemas de seguridad, un Switcher puede no ser necesario si todas las
cámaras pueden mostrar sus escenas en el monitor simultáneamente.
En medianos o grandes instalaciones, donde es necesario limitar el número de monitores
en una consola de control, el montaje one-to-one (una sola cámara con un solo monitor) no es
práctico. El espacio físico puede ser limitado y el guardia de seguridad tal vez no pueda
observar los múltiples monitores simultáneamente. Es recomendable para tales fines un
monitor simple y un video switcher que conmutará las diferentes señales de las diferentes
cámaras, para que sean visualizadas en el mismo monitor.
178
Determinación de los circuitos de control: Selectores de video. Telemandos de las cámaras. Generador de cuadrantes. Secuenciadores. Multiplexadores. Quads.
Con el fin de controlar todas las señales emitidas por las cámaras, que en ocasiones
pueden ser demasiadas, se instalan determinados circuitos que nos posibilitan ver y manejar
todas las cámaras del sistema.
Estos circuitos pueden ser de dos tipos:
- SELECTORES DE VÍDEO: Son los que nos permiten seleccionar o conmutar las imágenes
de las cámaras, tanto para dirigirla al monitor como a un grabador de vídeo. Estos
selectores suelen dotarse con dispositivos de conmutación automática, que reciben el
nombre de secuenciales, aunque siempre debe ser factible la selección manual.
Ventajas de utilizar un monitor simple
1. Es más económico invertir en un solo monitor que en múltiples monitores.
2. Un monitor simple ocupa menos espacio que una consola de múltiples
monitores.
3. Falta de atención al monitor o fatiga por parte del vigilante ocurre menos al
usarse un monitor simple.
4. Requiere menos tiempo para realizarle el mantenimiento.
Desventajas
1. Cuando se utiliza un solo monitor, es imposible observar todas las localidades
que están siendo monitoreadas simultáneamente. Esta deficiencia es
especialmente importante en situaciones que involucran un movimiento
continuo, o en situaciones donde es importante observar las actividades que
ocurren en diferentes localidades simultáneamente.
2. Cuando el Switcher cambia de cámara a cámara, un largo tiempo puede pasar
antes de que el lugar que es monitoreado desde una cámara en particular
pueda ser visto de nuevo. En el caso de 4 cámaras, el operador solo vera cada
lugar ¼ del tiempo.
3. Si hay alguna falla en el monitor simple ninguna toma podrá ser mostrada
hasta que sea reemplazado el mismo.
179
La función de switchear la información de vídeo desde cada cámara a los
monitores puede ser dividida dentro de dos categorías básicas:
o Single – Output Switching: switchear la señal de una o mas cámaras a un cable
de salida simple y este conectarlo a uno o mas monitores.
o Múltiple – Output Switching: switchear la señal de unas o mas cámaras a
múltiples cables de salida y conectar estos a múltiples monitores.
- TELEMANDOS DE LAS CÁMARAS: Cuando las cámaras disponen de foco, diafragma y
zoom, es necesario instalar unos circuitos que permitan el manejo de los mismos
desde el puesto de control, para obtener las imágenes deseadas. Los diferentes tipos
son:
o Telemando de un objetivo zoom motorizado, que permite gobernar a distancia
el zoom, el foco y, si no es auto-iris, el diafragma.
o Telemando del posicionador, que permite cuatro movimientos: arriba, abajo,
izquierda y derecha.
o Telemando de la carcasa intemperie, si ésta dispone de limpiacristal y bomba
de agua.
o Para instalaciones muy complejas, o en aquellas en que se desee una gran
flexibilidad de explotación, son muy eficaces las matrices de conmutación de
vídeo, que permiten enviar la señal de cualquier cámara a cualquiera de sus
salidas; son programables, admiten selección por señales de alarma y en
muchos casos ya incorporan dispositivos para el telemando de las cámaras
motorizadas; hay versiones que permiten su conexión a teclados remotos, con
la que se facilita la implantación de puestos de control secundarios.
Generador de cuadrantes
Divide el monitor en cuatro partes pudiéndose ver
a la vez las cuatro cámaras que hayamos conectado.
Suelen poseer funciones para la congelación de la
imagen de alto rendimiento, así como un zoom digital que permite seleccionar el área que se
desea amplificar. Titulador y fechador incorporado, para identificar cada cámara y el tiempo
real de los eventos. Detecta la pérdida de señal con una alarma sonora e incorporan en
ocasiones un secuenciador y alta resolución.
180
Procesador QUAD
Un Procesador Quad es un dispositivo que permite combinar hasta cuatro cámaras y
mostrarlas al mismo tiempo sobre una pantalla de monitor dividida en cuatro cuadrantes. Para
ver movimientos suaves y continuos, se necesita que
todas las imágenes se procesen a la frecuencia vertical
de un sistema de TV (1/50s). Entonces, no hay
demoras de movimiento en la imagen y el efecto
digitalizado será menos perceptible. Estos equipos se
llaman Procesadores Quad de Tiempo Real.
Los Procesadores Quad de Tiempo Real y Alta Resolución son más costosos y los
Procesadores Quad color son más caros que los B/N ya que se necesitan tres almacenamientos
de cuadro para cada canal (los tres colores primarios). Estos equipos poseen dos salidas de
video para ser conectadas a un monitor y a una videograbadora.
El procesador de color Quad se utiliza en sistemas de cámaras de circuito cerrado de
televisión para obtener una entrada de video analógica de hasta 4 u 8 cámaras de CCTV y
control/interruptor de la salida de video basado en la preferencia de los usuarios. Permite al
usuario controlar la salida de vídeo utilizando los modos de visualización: ventanas divididas en
cuadrantes, pantalla completa, PIP(imagen en imagen), pantalla dual (2 divide la cámara), auto
secuencia.
Secuenciadores
Un Secuenciador es un dispositivo que permite combinar múltiples cámaras y mostrarlas
sobre una pantalla de monitor una por una en forma automática. Cuando trabaja en el modo
automático secuencial, puede programarse el tiempo de exposición sobre cada cámara, por lo
general de 1 a 30 segundos. Los Secuenciadores más comercializados son de 4 u 8 canales, que
pueden ser conectados a hasta 4 u 8 cámaras. Poseen dos salidas de video para ser conectadas
a un monitor y a una videograbadora.
Otros modelos pueden incluir
entradas de alarma, que permiten
visualizar instantáneamente en la
pantalla del monitor una cámara en
alarma fuera de la secuencia
predeterminada.
181
Multiplexor
Un Multiplexor es un dispositivo que permite ver la imagen de varias cámaras al mismo
tiempo en la pantalla. Esto significa, que si se tiene un Multiplexor para 9 cámaras, todas
podrán verse en un mosaico de 3 x 3. El mismo concepto se aplica a los multiplexores de 4 y de
16 cámaras.
La forma en que trabaja este equipo es realizando una división del tiempo
para multiplexar las señales de entrada. Generalmente en la mayoría de los multiplexores, se
puede seleccionar las cámaras en pantalla completa. Debe entenderse que el número de
imágenes tomadas por cada cámara durante la grabación depende del número total de
cámaras conectadas al multiplexor. Esto significa, que no es posible grabar imágenes en
tiempo real desde todas las cámaras a la vez, porque como el nombre lo sugiere, esta es una
multiplexación de la división del tiempo. Sin embargo, hay maneras de mejorar el desempeño
usando sensores de alarma externos en el multiplexor, que posicionan la cámara en alarma.
La virtud principal que posee el multiplexor es que por más que se estén grabando las 9
o 16 cámaras juntas puede seleccionarse una cámara en particular y visualizar los eventos de
dicha cámara en pantalla completa, aunque se perderán algunos eventos por la cantidad de
cuadros por segundos que se graban (esto depende de la configuración de tiempo de
grabación de la videograbadora). Las grabadoras digitales evitan dichas pérdidas.
Videosensores
Una aplicación importante para vigilancia del circuito cerrado de T.V. consiste en
incorporar al mismo los videosensores. Se denominan videosensores o detectores de
movimiento de vídeo a unos elementos que, analizando las variaciones en la señal de vídeo,
permiten determinar si se ha producido algún movimiento en una parte determinada de la
imagen.
Si bien existen versiones muy simples (solo válidas para interiores) que procesan la señal
analógicamente, se están imponiendo los sistemas con procesado digital, que permiten una
precisión mucho mayor en el análisis de la señal; de estos existen versiones para controlar
interiores o exteriores de pequeño tamaño, y versiones de alto nivel, que analizan más de
182
1000 puntos de la imagen y pueden vigilar perímetros de grandes dimensiones, dentro del
alcance visual de las cámaras.
Para obtener el máximo rendimiento es conveniente que las cámaras estén situados en
cascada, es decir, que cada cámara abarque el ángulo muerto de la anterior, y que la distancia
entre ellas no exceda los 60 metros.
Posicionadores o Mecanismos Pan/Tilt : El mecanismo Pan/Tilt permite rotar e inclinar la
cámara en una dirección especifica. Esta plataforma electromecánica está disponible para
cámaras con diferentes pesos, para lugares internos o externos, etc. Están diseñados para
operar en modo manual o automático, usando una palanca de control remota montada en una
consola de control.
Otros elementos
- HUBS, SWITCHES Y ROUTERS: los hubs se utilizan básicamente como cajas de conexión
que permiten que varios equipos compartan una conexión Ethernet única.
Normalmente, entre 5 y 24 dispositivos pueden conectarse a un hub. Si se emplean
más dispositivos, puede añadirse otro hub. Para agilizar la red, se pueden utilizar hubs
conmutados, switches o routers que permiten que varios paquetes de datos se
transmitan de forma simultánea.
- PUENTES: si más de 255 dispositivos se conectan a la misma red, la red deberá
dividirse en segmentos. Un router deberá colocarse entre los segmentos. De forma
alternativa, podrá utilizarse un puente. Los switches a veces disponen de funciones de
enrutador incorporadas. Por ejemplo, un aeropuerto con dos edificios que usan 170
cámaras cada uno deberá conectarse a la misma central de seguridad a varios
kilómetros de distancia. Para poder acceder a todas las cámaras de forma simultánea,
simplemente habrá que dividir las cámaras en dos redes y conectarlas entre sí con un
puente.
- ENRUTADORES NAT (NETWORK ADDRESS TRANSLATOR): todos los dispositivos que se
conectan directamente a Internet deberán disponer de una única dirección IP pública.
Las direcciones IP públicas se adquieren a través de los Proveedores de servicios de
Internet (ISP). Un dispositivo llamado Traductor de direcciones de red (NAT) puede
separar una LAN de Internet. Un NAT puede ser una pequeña caja o un programa
ejecutándose en un ordenador.
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- PASARELAS: las pasarelas proporcionan una forma práctica de crear una red local. Una
pasarela funciona como un NAT, switch y router combinados y se puede adquirir a
través de muchos fabricantes.
- SERVIDORES DHCP: se tarda mucho en administrar las direcciones IP para un gran
número de dispositivos en una red. Para reducir este tiempo de administración y
mantener el número de direcciones IP a un mínimo, puede utilizarse un servidor DHCP.
Este tipo de servidor crea y asigna automáticamente direcciones IP cuando los
dispositivos se conectan a la red.
- SERVIDORES DE NOMBRES DE DOMINIO: en redes mayores se incluye un Servidor de
nombres de dominio (DNS). Esto es literalmente un servidor de “nombres”. Asocia y
recuerda los nombres asignados a las direcciones IP correspondientes. Por ejemplo,
una cámara de red que supervisa una puerta será mejor recordada y se accederá más
fácilmente a la misma por la palabra “puerta” que no por su dirección IP, como por
ejemplo 192.36.253.80.