Capitolo 1
IL CUORE DEL SISTEMA
LA TELECAMERA
Il vero cuore di ogni impianto di videosorveglianza, ma sarebbe meglio dire “gli occhi”, è costituito dalla telecamera. E’ ovviamente il punto di creazione di ogni immagine, e può fare la vera differenza tra un impianto di alta qualità, o di qualità scadente. A parte l’aspetto estetico ed eventuali accessori, come gli illuminatori ad infrarossi, ogni telecamera è costituita da 2 elementi fondamentali:
· Il sensore CCD, con relativo circuito elettronico di controllo
· L’obiettivo
Escludiamo a priori i sensori CMOS, al massimo ricordiamo che sono utili negli impianti supereconomici, nelle webcam, nei videocitofoni e nei telefonini.
- “Preferite sempre telecamere con sensore CCD, e non CMOS”
Come per ogni regola, esiste la relativa eccezione. Alcune telecamere particolari, come ad esempio le cosiddette “Megapixel”, utilizzano sensori di grandi dimensioni (1/2”) di tipo CMOS di alta qualità. Oggi ormai (a fine 2011), si può dire che al top di gamma si trovano sempre più spesso telecamere con sensori di tipo CMOS.
Il CCD
Il CCD (abbreviazione di Charge Coupled Device) è il sensore ottico della telecamera, cioè il componente che permette di trasformare l'immagine proveniente dall'obiettivo in corrente elettrica e quindi in un segnale video. Si tratta di un'invenzione relativamente recente (Boyle e Smith nel 1970) che ha rivoluzionato il mondo delle telecamere, trasformandole da ingombranti e costosi apparati a sempre più compatti ed economici prodotti di consumo.
Come vedremo meglio nel paragrafo relativo alla focale degli obiettivi, una telecamera dispone di una lente che è in grado di ricevere la luce esterna e ricreare un'immagine ribaltata in corrispondenza del suo punto focale. In questo punto viene posizionato il CCD.
Esso è composto da alcune centinaia di migliaia di microscopiche unità chiamate pixel ordinate su una precisa griglia che attribuisce a ciascuno una coordinata verticale ed una orizzontale. Ogni pixel è in grado di reagire alla luce che lo investe immagazzinando una certa carica elettrica.
La carica dei vari pixel viene letta in continuazione (con una cadenza variabile regolata dall'otturatore elettronico) da un circuito di elaborazione del segnale, il quale si rende conto costantemente della quantità di luce che ha investito i vari pixel ed è in grado, su questa base, di ricreare un'immagine, più o meno luminosa, e quindi in Bianco/Nero.
Nel caso dei CCD a colori, la cosa si complica un po'. Per realizzare un'immagine a colori non basta solo l'indicazione di quanta luce colpisca il CCD ma anche quella delle sue componenti cromatiche. Le telecamere da ripresa cinematografiche professionali utilizzano per questo scopo 3 CCD su ciascuno dei quali vengono proiettate le componenti di verde, rosso e blu dell'immagine separate attraverso un prisma. Questa soluzione è però molto costosa e non viene per questo utilizzata nelle telecamere a circuito chiuso. Si ricorre invece ad un espediente per permettere ad un solo CCD di "capire" i colori dell'immagine. Per realizzare un CCD a colori viene posta sul CCD una griglia filtrante, dove ad ogni pixel corrisponde un filtro in grado di consentire il passaggio delle sole componenti verdi, rosse e blu.
Un esempio di griglia filtrante si vede nella figura a lato. Si nota dal disegno che il numero dei filtri verdi è doppio rispetto ai filtri rossi e blu (25% blu, 25% rossi, 50% verdi) in quanto l'occhio umano è più sensibile proprio a questo colore.
Quello che nel CCD in bianco e nero era un pixel, diventa nel CCD a colori un'area di rilevazione, detta quadrante, composta da due pixels verdi, uno rosso ed uno blu. Il circuito della telecamera non farà altro che mescolare queste componenti per ricavare il colore finale di quel quadrante. Come avete visto, laddove il CCD in bianco nero utilizzava un pixel, il CCD a colori ne usa 4, ecco spiegato il motivo per cui
- le telecamere in bianco/nero hanno di regola una risoluzione molto più alta delle telecamere a colori.
La dimensione del CCD
Esistono CCD di varie dimensioni. Nella televisione a circuito chiuso se ne sono utilizzati 5:
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| Telecamere attuali |
CCD | 1" | 2/3" | 1/2" | 1/3" | 1/4" |
Altezza [mm] | 9,6 | 6,6 | 4,8 | 3,6 | 2,7 |
Larghezza [mm] | 12,8 | 8,8 | 6,4 | 4,8 | 3,6 |
Meglio CCD grandi o piccoli ?
Cominciamo col dire che i CCD più grandi da 1", 2/3" ed 1/2" non si usano quasi più. Il mercato della TVCC consumer si divide oggi fra CCD da 1/3" ed 1/4". Formati più grandi si usano su telecamere particolari.
La domanda che ci si pone è:"qual'è meglio?".
E' possibile rispondere in diversi modi, in linea generale un CCD più grande dovrebbe essere in grado di fornire un'immagine migliore, mentre il CCD più piccolo dovrebbe costare di meno.
In effetti si è diffusa nel mercato la percezione del CCD da 1/4" come "versione economica".
Ad essere obiettivi però, questa reputazione non è tecnicamente corretta. L'evoluzione dell'elettronica costruita attorno al CCD è tale oggi da consentire di realizzare telecamere con CCD da 1/4" con risoluzioni e qualità anche superiori a telecamere con CCD da 1/3".
Penso di dire una verità, se affermo che la dimensione del CCD non è più oggi un sinonimo di qualità di prodotto, ma piuttosto una scelta costruttiva del produttore della telecamera. Dal punto di vista dell'utilizzatore non cambia nulla.
- “A parità di marca, tipo e risoluzione, la dimensione del CCD non è influente”.
Volete una prova di quanto sto affermando? Bene, uno dei migliori sensori attuali, il Sony EXview HAD ha la dimensione standard di ¼”.
La dimensione del CCD e l'obiettivo
L'unica cosa da tenere presente riguarda l'obiettivo, in quanto ogni obiettivo viene costruito per ricostruire sul punto focale un immagine di una certa grandezza. Questa grandezza dovrebbe essere la stessa del CCD. Per questo esistono ottiche da 1/2", 1/3", 1/4" etc.Se utilizzate una telecamera con CCD da 1/4" dovrete utilizzare una lente fatta per questo tipo di CCD, o al limite per un CCD più grande (es. 1/3"). Non potete invece utilizzare una lente per CCD da 1/4" su una telecamera da 1/3" perché il risultato sarebbe un'immagine tondeggiante, con gli angoli neri arrotondati e con una sfocatura verso i bordi esterni dell'immagine.
- “Obiettivi per sensori da 1/3” vanno bene anche su telecamere con CCD da ¼”, non è vero il viceversa.
L’attuale migliore CCD:
Il CCD Sony SuperHad è ritenuto universalmente il miglior CCD per telecamere a circuito chiuso ed è anche il più costoso (nel 2008). Vediamo perchè.
Le microlenti (on-chip-microlenses)
Come abbiamo visto nel paragrafo relativo al funzionamento del CCD, lo sviluppo tecnologico ha portato a realizzare sensori sempre più piccoli, e nello stesso tempo sempre più ricchi di pixel per poter dare un'alta risoluzione.Il problema generato da questa evoluzione era che la luce a disposizione di ogni pixel si riduceva a causa dell'estremo affollamento della superficie. Questo ha portato alla comparsa sul mercato di CCD ad alta risoluzione, ma bisognosi di molta luce per funzionare.
SONY, prima nel settore, pensò di coprire il CCD con delle microscopiche lenti, in grado di aumentare la luce che investiva ogni pixel e quindi rendere la telecamera molto più efficiente in condizioni di scarsa luminosità. Questa tecnologia è nota col nome di "on-chip microlenses" e qui a fianco è riportata una foto esplicativa.
Il SuperHAD
Il SuperHAD è la più moderna evoluzione della tecnologia di "on-chip microlenses". La raffinata tecnologia costruttiva ha permesso di ridurre e pressoché eliminare lo spazio fra una lente e l’altra a tutto vantaggio della luminosità del CCD.
La superfice lenticolare del CCD Sony SuperHAD utilizza la massima luce disponibile, riducendo le intercapedini presenti nei CCD tradizionali e garantendo così telecamere in grado di operare in condizioni di luminosità sempre più precaria.
Ultimo nato in casa Sony è il sensore EXview HAD, installato solo su telecamere relativamente più costose, garantisce una incredibile sensibilità anche in condizioni di luce scarsissima (0,001 Lux), con un elevatissimo rapporto segnale/rumore.
Da Febbraio / Aprile 2011 è in uso il più recente sensore (in realtà si tratta di un kit sensore + processore) dal nome commerciale Sony EFFIO (R), che permette di raggiungere risoluzioni impensabili nella TVCC analogica fino a qualche tempo fa. Parliamo di 700 TVL (Linee TV, o TVLines) a colori, ben oltre il limite delle vecchie 540 TV Lines.
Il marchio e le fotografie in questo articolo sono proprietà della SONY Corporation ™.
- Quando il budget lo permette, preferite telecamere con sensore Sony, e se possibile, con sensore SuperHAD o meglio ancora EXview”.
Oggi meglio EFFIO
La quasi totalità del resto del mercato è fatto da sensori Sharp, tipicamente da 1/4”, comunque di qualità accettabile.
Anche qui esiste la relativa eccezione, per telecamere particolari, o per usi particolari, esistono sensori HITACHI, Siemens, LG, Samsung ecc.
... continua ....
Saverio Piccirillo
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