Guida agli impianti di videosorveglianza - TVCC

Torna alle sezione 3 - Dimensionamento e scelta dei componenti




Sezione 3.1 - Scelta dell'obiettivo


La scelta dell'obiettivo non può avvenire a prescindere dalla scelta della telecamera a cui verrà associato e viceversa; esistono tuttavia delle caratteristiche fondamentali che vanno determinate a priori e che nel seguito espliciteremo.

Focale

Ma come facciamo a sapere quanto è grande l'area che andiamo ad inquadrare? All'inizio della sezione precedente abbiamo scritto che dipende dall'obiettivo utilizzato (più specificatamente dalla sua focale) e dal CCD della telecamera.
Senza entrare in dettagli di fisica ottica che esulano dalla presente guida, possiamo affermare che maggiore sarà la focale (espressa in mm) minore sarà l'area inquadrata e pertanto maggiori saranno i dettagli rilevati. Per comprendere meglio possiamo rifarci al concetto di zoom: quando "zoomiamo" andiamo ad aumentare la focale dell'obiettivo e di conseguenza ingrandiamo dei particolari riducendo la relativa area di osservazione.
Pertanto in base alla larghezza e/o all'altezza dell'area che vogliamo riprendere ed ovviamente alla sua distanza dalla telecamera, sceglieremo di conseguenza l'obiettivo (o il range di obiettivi) che più si adatta alle nostre esigenze. D'ora in poi chiameremo l'area di ripresa "target"

calcolo della focale di un obiettivo


Con CCD 1/3", la scelta dell'obiettivo può essere adottata col seguente criterio:

  • F = (D * 4,8) / B se il parametro discriminante è la larghezza dell'area
  • F = (D * 3,6) / H se il parametro discriminante è l'altezza dell'area

Dove:
  • F : focale dell'obiettivo - in millimetri
  • D : distanza del target dalla telecamera - in metri
  • B : larghezza del target - in metri
  • C: altezza del target - in metri

Supponiamo di voler riconoscere l'identità di una persona sconosciuta quando accede attraverso una porta situata a circa 5 metri dalla telecamera. Per riconoscerne l'identità avremo bisogno di inquadrarne il busto, cioè l'altezza della persona deve essere circa il 1,2 volte l'altezza dell'area inquadrata. Supponendo un'altezza media di 170 cm dovremo avere quindi un altezza del target pari a 1,7 m / 1,2 = 1,4 m.
La focale dovrà pertanto essere
F = (D * 3,6) / H = 15 m * 3,6 / 1,4 m = 13,5 mm
A cui corrisponde una larghezza del target pari a B = H * 4,8 / 3,6 = 1,9 m

Se invece vogliamo rilevare l'intrusione di una persona in un'area vietata a circa 70 m dalla telecamera dovremo avere un altezza del target circa 10 volte l'altezza della persona, cioè 17 m. Con la stessa formula del caso precedente otteniamo una focale F = 15 mm a cui corrisponde una larghezza di target B = 23 m circa.

Sulla base delle formule precedenti è inoltre possibile determinare l'angolo di vista della telecamera. Questo parametro è molto importante ove si abbia la necessità di una copertura totale di un'area e sia indispensabile ricorrere a più telecamere (ad esempio in un supermercato).

Per il calcolo dell'angolo di vista orizzontale con sensore CCD 1/3" utilizzeremo la formula
α = 2 * arctan (4,8 / (2*F))
dove
α : angolo di vista orizzontale
F : focale dell'obiettivo

Per il calcolo dell'angolo di vista verticale con sensore CCD 1/3" utilizzeremo la formula
β = 2 * arctan (3,6 / (2*F))
dove
β = angolo di vista verticale
F : focale dell'obiettivo

Per il calcolo degli obiettivi più adatti e dei relativi angoli di vista esistono programmi gratuiti consultabili on-line oppure scaricabili gratuitamente che semplificano notevolmente le operazioni di dimensionamento.
Inoltre è bene evidenziare che quanto finora indicato funziona benissimo da un punto di vista teorico, ma in pratica esistono problematiche (presenza di ostacoli, difficoltà di messe a fuoco, ecc.) che a volte possono mettere in crisi anche il dimensionamento più corretto e preciso. E' pertanto sempre opportuno ricorrere ad obiettivi a focale variabile (es. 3,5 - 8 mm oppure 6-15 mm) il cui costo è di poco superiore a quello di un'ottica fissa in modo da poter attuare regolazioni in base alle reali condizioni ambientali riscontrate. Ovviamente il range più opportuno da adottare verrà scelto sulla base di quanto sopra indicato.



Iris

Un ulteriore parametro fondamentale nella scelta dell'obiettivo è la tipologia di diaframma (iris).
Il diaframma dell'obiettivo è il foro che consente alla luce di attraversare la lente e raggiungere il sensore ottico (CCD) all'interno della telecamera.
Un diaframma ampio consente il passaggio di una grande quantità di luce verso il sensore. Da un lato, questo permette riprese anche in condizioni di scarsa illuminazione, dall'altro espone la telecamera al rischio di abbagliamento (immagine sbiancata ed assenza di dettaglio) se la luminosità ambiente aumenta.
Un diaframma piccolo lascia gran parte della luce ambiente al di fuori della telecamera e ne veicola all'interno solo una piccola parte. Da un lato, questo permette alla telecamera di "vedere" bene anche in condizioni di forte luminosità (es. esterno - pieno sole), ma dall'altro la acceca totalmente, nelle riprese in penombra.

Esistono diverse tipologie di iris: fisso, manuale, automatico.

Le lenti a iris fisso sono le più economiche ed di gran lunga le più utilizzate. Vengono utilizzate per riprese di interni, dove si ritiene che la luminosità ambientale sia più o meno stabile e comunque mai elevatissima. Esse hanno un diaframma medio, che fornisce normalmente un buon compromesso visivo in condizioni di luminosità nè troppo scarsa, nè troppo forte. Esistono comunque alcuni circuiti elettronici implementati su alcune telecamere (BLC, AGC, shutter, ecc - vedi paragrafo telecamere) che consentono di migliorare la qualità dell'immagine in condizioni non ottimale data da iris fissi.

Le lenti a iris variabile manualmente hanno un diaframma che è possibile aprire o chiudere manualmente adattandolo alla luce ambiente. Con questi obiettivi è possibile, ad esempio chiudendo il diaframma, riprendere un grande magazzino molto illuminato senza che la telecamera resti abbagliata dai neon. Queste lenti non risolvono comunque il problema della variazione di luminosità nel corso della giornata che è il vero limite delle lenti a iris fisso.

Le lenti auto-iris sono invece in grado di modificare automaticamente il diaframma in base alla luminosità. Sono più costose, ma praticamente indispensabili nelle riprese all'aperto. Il funzionamento di queste lenti ricorda quello della pupilla umana che si restringe in presenza di molta luce e si allarga al buio.

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