La tecnología SuperLolux de JVC Professional, a examen

El desarrollo de los nuevos sensores CMOS Super Lolux que incorporan las cámaras IP de JVC Professional ha tenido importantes retos, que el departamento de ingeniería de esta compañía analiza al detalle en este artículo.

El sector de videovigilancia ha experimentado importantes cambios en los últimos años, consecuencia de los rápidos avances en las cámaras CCTV para red IP, cuyo rendimiento, eficiencia y prestaciones se han mejorado continuamente. Pero, sin duda, una de las líneas de desarrollo de estos dispositivos ha sido aumentar al máximo su capacidad y espectro funcional.

Este último aspecto ha sido siempre un reto importante, teniendo en cuenta que se trata de la evolución de cámaras clásicas a partir de sensores CCD y que, hasta hace sólo unos pocos años, los ingenieros perseguían el objetivo de diseñar una cámara IP con codificación H264 con resolución D1 o 720p. Actualmente, las cámaras CCTV se han convertido en dispositivos compactos y muy eficientes, que combinan en un sistema la capacidad de “inteligencia” (análisis de vídeo) y un funcionamiento autónomo. Además, estos dispositivos incorporan ya capacidad de gestión de vídeo (sistema VMS), mediante memorias con tarjetas SDHC, que asume la función de servidor del sistema.

Cuando un profesional intenta definir de forma general lo que debe tener una cámara CCTV, los elementos primordiales son buenas prestaciones, capacidad de capturar y reproducir imágenes de calidad, tanto de día como de noche, y que los usuarios valoran un tipo de cámara que funcione de forma totalmente independiente a las “tareas de servidor”; una tendencia que es justo la que marca el mapa de ruta del concepto de cámara integrada todo-en-uno.

Problema: imágenes pobres en condiciones de poca luz

Sin embargo, es importante reconsiderar los pros y los contras de dichos desarrollos tecnológicos con el fin de realizar las correspondientes correcciones y sentar las bases para nuevos avances. La cuestión clave para una marca como JVC Professional es: “¿Cuáles son las características que una cámara ideal debe tener?”

Al preguntar a los usuarios y analizar sus demandas sobre cámaras CCTV se observa una orientación clara por un dispositivo “universal”, con capacidad para capturar imágenes nítidas y brillantes en cualquier situación, con resultados en perfecta consonancia con el sistema VMS incorporado; sin olvidar que funcione para día/noche, con niebla o en condiciones ambientales difíciles (lluvia, nieve). En resumen: un modelo de cámara que se adapte a cada situación.

La mayoría de las cámaras actuales 1080p son capaces de proporcionar imágenes detalladas y brillantes, pero las imágenes nocturnas son, a menudo, de mala calidad y, por lo tanto, hacen difícil la labor de análisis del sistema VMS. Ello es consecuencia de la interdependencia entre los dos parámetros más importantes del dispositivo: la sensibilidad y la resolución, que se afectan mutuamente.

Con sensores de imagen del mismo tamaño, un chip con una mayor cantidad de píxeles es capaz de ofrecer una resolución más alta. Sin embargo, la sensibilidad a la luz es inferior, ya que cada píxel absorbe una menor cantidad de energía luminosa. Por lo tanto, un chip con una cantidad menor de píxeles (más grandes) trabaja con una resolución menor, pero mejora la sensibilidad ya que cada píxel absorbe más luz. Suponiendo que una escena disponga de una iluminación suficiente, lo descrito anteriormente desempeña sólo un papel menor y, por tanto, una escena mal iluminada planteará por el mismo motivo un gran problema.

Un buen enfoque sería llegar a un compromiso entre la resolución y la sensibilidad, sobre todo cuando se considera que la amplificación de una señal pobre, aunque con alta resolución, provocará un inevitable aumento del ruido. Dado que una resolución de 1080p es ya exigida por el mercado, la decisión de mejorar la iluminación o el parámetro de la sensibilidad parece la tendencia obligada a seguir.

Mejora de la iluminación

Con el fin de “llevar algo de luz a la oscuridad”, la utilización de focos de infrarrojos IR en las instalaciones o diodos IR directamente integrados en las cámaras ha sido una buena solución. Si bien muchos expertos consideran que recurrir a focos IR de calidad es la única solución para capturar imágenes nocturnas, otros usuarios optan por cámaras 1080p con leds IR integrados, que no sólo aportan una instalación más fácil sino además menos costosa.

Sin embargo también hay desventajas, tales como las sobre exposiciones a distancias cortas (por ejemplo, primeros planos de los rostros de las personas); un rango relativamente corto; efectos secundarios que aparecen en situaciones de lluvia; ataques de insectos, etc. A pesar de los denominados diodos IR “inteligentes”, capaces de reducir hasta cierto punto esos efectos indeseados, se puede concluir que a pesar de sus relativas mejoras, ambas soluciones basadas en iluminación IR tienen desventajas en coste y en consumo de energía.

Mejora de la sensibilidad

A pesar de que la tecnología de infrarrojos tiene aún mucho camino por recorrer, JVC Professional ha desarrollado un nuevo concepto que permite eludir el problema de tener que trabajar con una escasa iluminación. Por las razones antes mencionadas, durante los los últimos años se han realizado importantes inversiones en el desarrollo de complejos sistemas de cámaras “válidas para todo”, y precisamente esto ha sido lo que ha motivado a los ingenieros de JVC a analizar de nuevo los parámetros fundamentales, que son cruciales para fabricar una buena cámara.

Se trata de hacer hincapié en la mejora de la sensibilidad a la luz. De esta manera se vuelve a poner el punto de mira en la cámara en su conjunto, concentrándose en el elemento de “sensibilidad a la luz”. El núcleo de la cuestión radica en la tecnología de sensores de imagen, es decir, en el desarrollo de un chip extremadamente sensible a la luz que debe dar también resultados excelentes, incluso en condiciones de niebla.

Contando con los medios necesarios, los ingenieros de JVC han centrado sus esfuerzos en el diseño de una cámara con iluminación IR integrada, pero que sólo necesite su apoyo en situaciones “reales” de 0,0 lux, en las que sería necesario el uso del flash. Los correspondientes análisis de laboratorio y ensayos con múltiples cámaras llevaron a la conclusión de que no existe aún ningún producto, e incluso ningún desarrollo conocido, que pueda responder a estos requisitos.

El sensor CMOS Super LoLux

Dado que los sensores de vídeo convencionales no han sido capaces de producir los resultados que se requerían, el diseño de un nuevo sensor fue una opción respaldada por varios especialistas de esta industria. Con la estructura de zócalo de los nuevos sensores CMOS Superlolux, JVC ha logrado combinar lo mejor de dos mundos: las ventajas de la base de rejilla de un sensor CCD clásico con la estructura de zócalo de un sensor CMOS avanzado.

El concepto de disposición de elementos en zócalo trae consigo un aumento de tamaño significativo del área de píxeles utilizable (afectando positivamente a la sensibilidad), mientras que ya no es necesario reducir la cantidad de píxeles debido a la disposición típica de rejilla de los sensores clásicos. El resultado de todo ello es el sensor CMOS Super LoLux. Otra ventaja del nuevo sensor es su eje pivotante horizontal y vertical, que permite la optimización del realce óptico (foco posterior/distancia al flanco) y que no implica ninguna pérdida de realce causada por desajustes mecánicos.

Sin embargo, el sensor es sólo un componente de una cámara de 1080p de alto rendimiento y JVC ha realizado importantes inversiones en el diseño de un nuevo codificador adaptado a las exigencias de los sensores CMOS Super LoLux; en el desarrollo de nuevas tecnologías de reducción de ruido, y en la implementación de la tecnología CLVI (Clear Logic Video Intelligence), un innovador avance que mejora el aprovechamiento de luz y el realce de los detalles en condiciones de niebla y neblina hasta en un 40%, lo que en muchas ocasiones podría establecer la distinción entre un sistema de trabajo inútil y otro con una “visión perfecta” .

Los resultados obtenidos son más que convincentes: los sensores CMOS Super LoLux, combinados con las tecnologías antes descritas, hacen posible que la gama de cámaras IP Super LoLux HD de JVC puedan reproducir imagen en color y fotos B/N utilizables obtenidas a sólo 0,3 lux con una resolución de 1080p.

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