Tutta questione di Risoluzione

Tutta questione di Risoluzione
Proviamo a fare un po’ di chiarezza sulla risoluzione dei sistemi video
Ing. Davide Gazzotti – Marketing Networking & Security, SAIET Telecomunicazioni SpA – [email protected]
La parola “Risoluzione” genera spesso confusione perché viene riferita a grandezze diverse nei
diversi ambiti in cui viene utilizzata. In questo articolo analizziamo brevemente lo stato dell’arte
riguardo la risoluzione dei sistemi di visione artificiale applicati al mondo della sicurezza.
Indice
1
LA RISOLUZIONE NEI SISTEMI VIDEO, IP E NEL MONDO REALE
1
2
EFFETTI COLLATERALI DELLE SOLUZIONI IN HD: BANDA, STORAGE E SENSIBILITÀ 2
3
UTILIZZI DELLE TELECAMERA MEGAPIXEL
2
4
STANDARD, ACRONIMI E UNITÀ DI MISURA DEL MONDO HD
3
1 La Risoluzione nei sistemi video, IP e nel mondo reale
La parola “Risoluzione” genera spesso confusione perché viene riferita a grandezze
diverse nei diversi ambiti in cui viene utilizzata.
Nelle telecamere con segnale Videocomposito in uscita in genere la
risoluzione è specificata in LineeTV (TV Lines o TVL). Un’immagine
televisiva PAL – lo standard per le trasmissioni TV in quasi tutta Europa –
contiene 625 linee di elementi dello schermo (pixel) orizzontali, viste
dall’alto al basso dello schermo (delle quali normalmente solo 576 sono
effettivamente visibili), e molte telecamere TVCC forniscono 400-600 linee
di risoluzione effettiva in larghezza dell’immagine.
Nel mondo digitale delle telecamere e sistemi di registrazione su IP la risoluzione è
sempre definita come il numero totale di Pixel che formano l’immagine. Ad esempio,
un’immagine 4CIF è 702x576 Pixel (approssimativamente 0.4 Megapixel) e
un’immagine D1 (DVD) è 720x576 Pixel (0.5 Megapixel). La vera alta definizione è
1920x1080 (2 Megapixel).
Nel mondo reale degli utenti finali, infine, la risoluzione è la capacità di distinguere
dettagli dell’immagine ripresa, che siano di dimensioni sempre più piccole rispetto
alle dimensioni dell’inquadratura. In questo senso, a parità di inquadratura, più pixel
ci sono, meglio è. Se invece si utilizzano
camere di classe Megapixel per diminuire il
numero di camere necessarie rispetto alla
soluzione a standard televisivo, allora non si
ha alcun vantaggio in termini di maggiore
risoluzione per l’utente finale, in quanto il
dettaglio (numero di Pixel a schermo
corrispondenti ad un centimetro del mondo
reale) sarà il medesimo.
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2 Effetti collaterali delle soluzioni in HD: banda, storage e
sensibilità
Attenzione che il fatto che le telecamere di risoluzione “Megapixel” possono offrire un
maggior dettaglio del mondo reale non vuol assolutamente dire che sia meglio
utilizzare sempre e comunque la telecamera con la più alta risoluzione possibile.
Infatti, a parte il fatto di costare molto di più, le telecamere Megapixel richiedono
molta più banda sulla rete che le interconnette, e registrare le loro immagini richiede
molto più spazio di archiviazione: ad esempio, una singola telecamere da 2 Megapixel
per fornire un flusso necessario alla visualizzazione di una ripresa Live in real-time a
25fps necessita di almeno 12Mbps (con compressione MPEG4/H.264), quindi non ne
servono molte per intasare una Fast Ethernet a 100Mbps! Inoltre, le immagine da una
telecamera HD occupano 5 volte di più di quelle di un sistema in definizione standard
(SD) con risoluzione 4CIF tipica degli impianti TVCC.
Allo stato attuale della tecnologia utilizzata per la realizzazione dei sensori nelle
telecamere per videosorveglianza, le prestazioni delle telecamere HD sono ottimali in
modalità Day con illuminazione relativamente abbondante, ma in funzionamento Night
sono inferiori alle prestazioni delle telecamere SD. Infatti con l’aumentare dei pixel
dell’immagine aumentano vertiginosamente il numero di elementi fotosensibili su
componenti CCD o CMOS da 1/3 o 1/2 di pollice di diagonale, pertanto i pixel del
sensore risultano sempre più piccoli (ricevono meno luce, quindi forniscono meno
sensibilità e soffrono di maggiore abbagliamento notturno) e sempre più vicini
(tendono a disturbarsi l’un l’altro, quindi producono più rumore elettronico
nell’immagine finale). Quindi non conta solo il numero di pixel o il dettaglio massimo
fornito in ideali condizioni “demo”, ma anche quante informazioni utili restituisce la
telecamera nelle condizioni di utilizzo del mondo reale dove crimini e vandalismi
spesso avvengono di notte in luce scarsa. In questo senso, attualmente, un buon
compromesso di risoluzione è 1280x720 pixel (1.3 megapixel), che permette di
ottenre telecamere che, al prezzo del solo triplicare della banda e dello storage
necessario, offrono il doppio di risoluzione lineare (rispetto a telecamere standard in
4CIF) e con sensori con buone prestazioni in modalità Night.
3 Utilizzi delle telecamera Megapixel
Le telecamere con risoluzione Megapixel (1.3, 2 o più megapixel) sono davvero utili
quando è necessario catturare ad ogni costo immagini con il massimo dettaglio
possibile. Ad esempio in grandi aree aperte al pubblico molto dettaglio è necessario
per riconoscere i volti di persone che per di più sono degli sconosciuti per gli operatori
di sicurezza, come in stazioni, aeroporti, stadi e palazzi dello sport, aree comunali, etc.
Dove un alto livello di dettaglio è richiesto e si decide di utilizzare telecamere HD, è
bene verificare i livelli minimi di illuminazione presenti e le capacità in modalità Night
delle telecamere. Inoltre è spesso possibile minimizzare la banda e lo storage richiesti
abbassando al minimo la velocità di trasmissione delle immagini: a volte anche solo 23 fps possono rappresentare un compromesso che soddisfa l’utente finale, anche se 56 fps forniscono comunque un filmato non solo più piacevole da visualizzare ma
contenente un dettaglio temporale più consono alla tipica velocità dei movimenti di
persone o cose.
Un approccio ideale è utilizzare le telecamere HD solo quando servono davvero, al
limite anche affiancandole alle telecamere in definizione standard 4CIF. La maggior
parte delle piattaforme attuali di videosorveglianza permette di mescolare telecamere
Megapixel con telecamere 4CIF, me è sempre meglio verificare prima di comprare.
Un criterio che invece tende ad ottimizzare i costi (sia in termini di hardware di ripresa
che in genere di infrastruttura di rete) è spesso quello di utilizzare 2 o più telecamere
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SD sullo stesso punto camera invece di una sola telecamera HD per coprire con
maggiore dettaglio e fornire una risoluzione migliore del mondo reale. Ad esempio in
un grande negozio o centro commerciale, telecamere megapixel (o doppie telecamere
standard) ai varchi possono permettere un agevole identikit alle persone che entrano
e escono, mentre telecamere a risoluzione inferiore permettono di tracciare quello che
le persone fanno dentro il punto vendita.
4 Standard, acronimi e Unità di Misura del mondo HD
Lo standard televisivo, declinato in codifica PAL o NTSC a seconda della zona
geografica, ha rappresento per più di mezzo secolo praticamente l’unico formato di
immagine elettronica disponibile su larga scala, quindi è utilizzato sia per applicazioni
tipicamente consumer, quali sistemi televisivi tradizionali o Home Theatre digitali, che
per applicazioni business, quali telecontrollo e sicurezza. La migliore incarnazione
digitale della definizione standard televisive (SD) la sperimentiamo ogni sera che
guardiamo un film su DVD che appunto fornisce circa 720x576 Pixel 25 volte al
secondo. L’avvento della TV ad alta definizione (HDTV), ha invece sancito la nascita di
nuovi e diversi standard per le diverse applicazioni consumer (da salotto) e business
(per rete aziendale).
PAL - Il formato video composito PAL (Phase Alteration Line) si basa su
una frequenza dell'alimentazione di 50Hz e per questo prevede un numero
di fotogrammi al secondo pari a 25 (50 campi/sec.). Il numero di linee
orizzontali componenti ogni fotogramma è stabilito in 625. E’ il formato
video più diffuso in Europa.
HD Ready - televisori che rispettano i requisiti, fissati a gennaio
2005, dall'EICTA (European Information, Communications and
Consumer Electronics Technology Industry Associations) per
visualizzare il segnale ad alta definizione (HD), ovvero la capacità di
riprodurre i formati 720p (1280x720 pixel) e 1080i (1920x1080
pixel) tramite interfaccia digitale HDMI.
HDMI (High-Definition Multimedia Interface)
- è un’interfaccia
audio/video compatta per trasmettere dati digitali non compressi.
Rappresenta l’alternativa digitale a standard analogici del mondo consumer quali video
composito, S-Video, SCART, Component video e VGA. Ma perché non si può utilizzare
l’HDMI anche nel mondo business, anche al di fuori di un salotto? Perché è pensata
proprio per l’Home Theatre e non per applicazioni di classe Enterprise: ad esempio
trasmette anche segnali audio surround assieme al video HD, ma il tutto solo per 15m
di distanza massima, quindi non può essere utilizzata per collegare una rete di
telecamere e monitor da videosorveglianza.
ONVIF – Il mondo del video digitale su IP (o Network Video) non ha
ancora raggiunto il livello di standardizzazione necessario ad una
reale interoperabilità e di sistemi, telecamere e terminali dei sistemi di sicurezza.
L’iniziativa ONVIF (Open Network Video Interface Forum) è un’iniziativa lanciata nella
seconda metà dello scorso anno (2008), aperta a diverso titolo a tutti i produttori e
operatori di sistemi di video in rete, per la definizione di un’interfaccia standard per i
sistemi video in rete. Tutti i principali produttori di sistemi video in rete sono membri
attivi nella costruzione dello standard digitale per i sistemi HD di classe business, che,
per forza di cose, saranno su rete IP. Vedi http://www.onvif.org .
Castel Maggiore (BO) – 15 Settembre 2009
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