Qualidade de imagem começa com a lente certa
setembro 5, 2013
0

A qualidade da imagem é vital na vigilância por vídeo, especialmente quando o vídeo gravado é usado para identificar rostos, reconhecer números de placas ou em aplicações de análise automatizada de imagens. A Axis acredita que comprar uma câmera especificada, desenvolvida e fabricada com a lente e os componentes de sensores certos é indispensável para o sucesso de qualquer câmera.
Com a ampla gama de câmeras de vídeo em rede no mercado, a câmera com as especificações técnicas e os recursos mais avançados nem sempre é a melhor para uma tarefa específica. Garantir que a lente tenha sido combinada corretamente à câmera, bem como às necessidades do sistema e aplicações, fornecerá a melhor experiência para a câmera e o usuário.
No final, o mais importante é escolher a câmera certa com a lente certa – testada para o máximo desempenho – com base em como ela será usada.

O que há em uma lente?

A lente é um componente de um sistema muito complicado que necessita de ajustes muito finos. No entanto, é um componente vital para garantir a melhor qualidade de imagem possível. Mas o que uma lente faz, e como ela afeta o desempenho geral da câmera?
Em qualquer câmera, seja em um telefone celular ou em uma DSLR, a lente define o ângulo de visão e permite a entrada de luz. Essa informação é então transmitida para o sensor e os demais componentes para criar a imagem final.
A entrada de luz é gerenciada pelo F-stop, uma medição da capacidade de coleta de luz pela lente. A íris é usada para abrir ou fechar a lente, controlando a quantidade de luz recebida que chega até o sensor. Finalmente, o conjunto da lente permite que a câmera focalize ao ajustar os elementos da lente.
Em uma câmera, cada componente e a forma como ele interage com os outros componentes possuem um papel vital na determinação do seu desempenho.
Em uma câmera com resolução de megapixels, uma lente de alta qualidade é sempre necessária, já que os sensores de megapixels possuem pixels muito menores que os de um sensor VGA. É crítico combinar a resolução da lente ao sensor e ao processamento da imagem para aproveitar ao máximo a capacidade da câmera. A Axis utiliza um processo de teste rigoroso, tanto no fabricante quanto em nossos Axis Configuration & Logistics Centers.
A lente também precisa ser combinada com perfeição ao sensor de imagem. Se uma lente for produzida para um sensor de imagem menor do que aquele instalado na câmera, a imagem resultante apresentará cantos escuros. Se uma lente for produzida para um sensor de imagem maior do que aquele instalado na câmera, o campo de visão será menor que a capacidade da lente e parte das informações da imagem não será usada.
No que diz respeito à montagem da lente, há dois padrões principais usados em câmeras de rede: montagem CS e montagem C. Ambos possuem passo de 1 polegada e parecem iguais, mas a distância da lente para o sensor quando instalado na câmera é diferente.
Em situações de baixa iluminação, um fator importante a ser procurado em uma câmera de rede é a capacidade de coleta de luz da lente. Isso é determinado pelo número f – também conhecido como f-stop –, o qual define a quantidade de luz que pode atravessar uma lente. Em situações de baixa iluminação, um número f menor geralmente produz uma melhor qualidade de imagem, pois a capacidade de coleta de luz da lente é maior. A capacidade de controlar a abertura da íris de uma câmera também tem um papel importante na qualidade da imagem.
A íris pode ser usada para aperfeiçoar a resolução e a profundidade de campo – critérios importantes em aplicações de vigilância por vídeo. Por exemplo, no monitoramento de passagens ou corredores.

Sintonia fina da configuração

Especialmente com câmeras com megapixels mais elevados, a qualidade da imagem atinge um nível em que não é suficiente combinar a lente ao sensor de imagem, montagem, condições de iluminação e resolução da câmera. Há outros fatores que também podem influenciar a interação precisa entre a lente e os demais componentes de uma câmera. Se ignorados, até mesmo um pequeno detalhe poderá significar que a câmera não proporcionará a qualidade de imagem esperada.
Para começar, os fabricantes de lentes usam critérios diferentes na especificação de uma lente – a quantidade de megapixels não é comparável. É por isso que a equipe de pesquisa e desenvolvimento da Axis faz suas próprias medições com uma máquina de MTF (Modulation Transfer Function, função de transferência de modulação).
O MTF é o método mais usado para descrever a resolução de uma lente. Ele se refere à capacidade de uma lente reproduzir com precisão uma imagem composta por linhas pretas e brancas alternadas com um espaçamento conhecido sobre um plano de imagem.
Além da medição da resolução, a máquina de MTF também pode medir distorção, aberração cromática e curvatura do campo, todos os parâmetros importantes a serem considerados na otimização de um sistema.
O tamanho real do sensor varia entre um fabricante e outro, e também entre tipos de sensores diferentes. Dois sensores de imagem com a mesma especificação de tamanho não são necessariamente do mesmo tamanho. Se a tolerância na lente for muito pequena, cantos escuros poderão surgir na imagem. Lentes diferentes possuem designs de montagem distintos que se estendem pelo interior da câmera. Se essa extensão for muito grande, a lente poderá danificar outros componentes na câmera. Esse é apenas um de muitos parâmetros que devem ser considerados ao escolher o formato óptico correto.
A tolerância de tilt é outro fator importante. Para obter uma imagem nítida nos cantos de uma cena, o eixo óptico precisa estar ortogonalmente alinhado à superfície do sensor. Tanto a lente quanto a câmera, no entanto, possuem uma ligeira inclinação. Por isso, medições e testes adicionais são necessários para garantir que a lente e a câmera escolhidas sejam de fato compatíveis.
Os componentes da câmera são afetados por temperaturas variáveis. Cada componente precisa ser visto como parte de um sistema com correspondência perfeita. A forma como o alinhamento do sensor muda com a temperatura depende da lente. Se uma lente incorreta for usada, ou se uma lente for substituída por outra, o foco da imagem poderá ser afetado.

Aperfeiçoando a linha entre o vidro e a imagem

A quantidade de vidro na câmera, entre a lente e a superfície do sensor, também deve ser combinada ao valor de design da lente. Esse aspecto se torna ainda mais importante em câmeras com resolução mais elevada. A menos que a quantidade de vidro seja otimizada, a imagem do vídeo parecerá “leitosa”.
De forma semelhante, a linha completa da imagem na câmera, inclusive a lente, precisa ser ajustada e otimizada em relação a
fatores como resolução, contraste, representação de cores e ganho. Caso contrário, a qualidade da imagem será afetada.
Por exemplo, para aperfeiçoar a qualidade da imagem em uma câmera, especialmente em uma câmera com WDR – Amplo Alcance Dinâmico, os efeitos de fantasma e brilho resultantes da combinação lente-filtro-sensor devem ser minimizados. Máquinas de teste foram especialmente projetadas para medir esses efeitos e ajudar a encontrar a melhor combinação lente-filtro-sensor.
No que diz respeito a câmeras dia/noite, é necessária uma lente capaz de reter luz Infravermelha Próxima (Near InfraRed, ou NIR) suficiente. Novamente, a resolução em uma lente é dependente do fabricante, e fabricantes diferentes usam critérios diferentes para determinar qual é a resolução necessária na captura NIR. Ao usar uma máquina de MTF para medir a resolução real, é possível encontrar uma combinação ideal entre sensor e lente que funcione bem tanto em situações diurnas quanto noturnas. A contaminação é outro desafio ao comprar uma lente separada. As lentes devem sempre ser montadas em uma sala limpa e especial para evitar a contaminação da câmera e do sensor por poeira. Instaladores e clientes em geral não têm acesso a salas limpas e podem prejudicar a qualidade da imagem com pó ou poeira, o que normalmente é observado como aqueles “pontos” irritantes na imagem.
Além do impacto que usar a lente errada (ou trocar a lente) pode ter na qualidade da imagem de uma câmera, há também uma questão de suporte. Os fabricantes de câmeras terão mais dificuldade para ajudar em qualquer questão de qualidade da imagem se a lente foi comprada e adicionada à câmera separadamente, pois poderá ser difícil determinar se o problema foi causado pela lente ou pela câmera em si.

Fonte: Revista Digital Security – edição especial 2 anos – agosto/2013
Por: Jonas Hjelmström