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Elementos del objetivo


Un objetivo o conjunto del objetivo de una cámara de red realiza varias funciones. Algunas son:

  • Definir el campo de visión; es decir, definir la parte de una escena y el nivel de detalle que se capturará.
  • Controlar la cantidad de luz que atraviesa el sensor de imagen para que una imagen quede expuesta correctamente.
  • Enfocar ajustando los elementos internos del conjunto del objetivo o la distancia entre el conjunto del objetivo y el sensor de imagen.

Campo de visión

Una consideración que se ha de tener en cuenta a la hora de seleccionar una cámara es el campo de visión necesario, es decir, el área de cobertura y el grado de detalle que se visualizará. El campo de visión viene determinado por la longitud focal del objetivo y el tamaño del sensor de imagen; ambos se especifican en una hoja de datos de la cámara de red.

La longitud focal del objetivo se define como la distancia entre el objetivo de entrada (o un punto específico en un conjunto de objetivo complejo) y el punto en el que convergen todos los rayos de luz hacia un punto (normalmente el sensor de imagen de la cámara). Cuanto mayor es la longitud focal, más estrecho es el campo de visión.

La manera más rápida de averiguar la longitud focal de objetivo necesaria para un campo de visión concreto es utilizar una calculadora de objetivos giratoria o una calculadora de objetivos en línea, ambas disponibles en Axis. El tamaño del sensor de imagen de una cámara de red, normalmente 1/4”, 1/3”, 1/2” y 2/3”, debe utilizarse también en el cálculo. (La desventaja de utilizar una calculadora de objetivos es que no tiene en cuenta ninguna posible distorsión geométrica de un objetivo.)

El campo de visión se puede clasificar en tres tipos:

  • Vista normal: ofrece el mismo campo de visión que el ojo humano.
  • Telefoto: un campo de visión más estrecho, en general, con detalles más precisos de lo que puede ofrecer el ojo humano. Un objetivo de telefoto se utiliza cuando el objeto de vigilancia es pequeño o se encuentra lejos de la cámara. Un objetivo de telefoto generalmente tiene menos capacidad para recoger la luz que un objetivo normal.
  • Gran angular: un campo de visión más amplio y con menos detalles que una vista normal. Un objetivo gran angular ofrece por lo general una buena profundidad de campo y un buen rendimiento en condiciones de poca luz. Los objetivos gran angular producen en ocasiones distorsiones geométricas como el efecto "ojo de pez".
Wide-angle view, normal view, telephoto
Diferentes campos de visión: vista gran angular (a la izquierda); vista normal (en el medio); telefoto (a la derecha).

Network camera lenses
Objetivos de cámara de red con diferentes longitudes focales: vista gran angular (a la izquierda); vista normal (en el medio); telefoto (a la derecha).

Existen tres tipos de objetivo principales:

  • Objetivo fijo: este tipo de objetivo ofrece una longitud focal fija, es decir, solamente un campo de visión (normal, telefoto o gran angular). Una longitud focal habitual para un objetivo de cámara de red fijo es de 4 mm.
  • Objetivo de óptica variable: este tipo de objetivo ofrece una gama de longitudes focales y, por ello, diferentes campos de visión. El campo de visión se puede ajustar manualmente. Cuando cambia el campo de visión, el usuario tiene que volver a enfocar manualmente el objetivo. Los objetivos de óptica variable para cámaras de red ofrecen a menudo longitudes focales que varían desde los 3 mm a los 8 mm.
  • Objetivo con zoom: Los objetivos con zoom se parecen a los objetivos de óptica variable en que permiten al usuario seleccionar diferentes campos de visión. Sin embargo, con los objetivos con zoom, no es necesario volver a enfocar el objetivo si el campo de visión cambia. El foco puede mantenerse dentro de la gama de longitudes focales, por ejemplo, entre 6 mm y 48 mm. Los ajustes del objetivo pueden ser manuales o supervisados por el control remoto. Cuando un objetivo indica, por ejemplo, una capacidad de zoom de 3x, se refiere a la relación entre la longitud focal mayor y la menor del objetivo.

Adecuación del objetivo y del sensor

Si una cámara de red ofrece un objetivo intercambiable, es importante seleccionar un objetivo adecuado para la cámara. Un objetivo hecho para un sensor de imagen de 1/2" funcionará con sensores de imagen de 1/2", 1/3", y 1/4", pero no con un sensor de imagen de 2/3”.

Si un objetivo está realizado para un sensor de imagen menor que el que está colocado dentro de la cámara, la imagen mostrará esquinas de color negro (consulte la ilustración de la izquierda en la Figura 3.2c siguiente). Si un objetivo está realizado para un sensor mayor que el que está colocado dentro de la cámara, el campo de visión será menor de lo que puede mostrar dicho objetivo, ya que parte de la información se "pierde" fuera del sensor de imagen (consulte la ilustración de la derecha). Esta situación crea un efecto de telefoto ya que muestra todo ampliado.

Lenses on image sensor, illustration
Ejemplos de diferentes objetivos montados en un sensor de imagen de 1/3".

A la hora de sustituir un objetivo de una cámara megapíxel, se necesita un objetivo de alta calidad ya que los sensores megapíxel tienen píxeles mucho más pequeños que los de un sensor VGA (640x480 píxeles). Es mejor adecuar la resolución del objetivo a la de la cámara para poder aprovechar al máximo la capacidad de la cámara.

Estándares de montura de objetivo

Al cambiar un objetivo, también es importante conocer el tipo de montura de objetivo que tiene la cámara de red. Existen dos estándares principales que se utilizan en las cámaras de red: montura CS y montura C. Ambos poseen una rosca de 1" y tienen el mismo aspecto. Lo que difiere es la distancia entre los objetivos y el sensor cuando se encajan en la cámara.

  • Montura CS: la distancia entre el sensor y el objetivo debería ser de 12,5 mm.
  • Montura C: la distancia entre el sensor y el objetivo debería ser de 17,526 mm.

Es posible montar un objetivo con montura C en un cuerpo de cámara con montura CS utilizando un espaciador de 5 mm (anillo adaptador C/CS). Si es imposible enfocar una cámara, probablemente se está utilizando un tipo de objetivo incorrecto.

Para más información, visite Objetivos para cámaras térmicas.

Número F y exposición

En situaciones con poca luz, especialmente en entornos interiores, un factor importante que hay que tener en cuenta para una cámara de red es la capacidad del objetivo para recoger la luz. Ésta se puede determinar por el número f del objetivo, también conocido como f-stop. Un número f define la cantidad de luz que puede atravesar un objetivo.

Un número f es la relación entre la longitud focal del objetivo y el diámetro de la apertura o diámetro del iris, es decir, número f = longitud focal/apertura.

Cuanto menor sea el número f (longitud focal corta relativa a la apertura, o apertura grande relativa a la longitud focal), mejor será la capacidad de recogida de luz del objetivo, es decir, podrá pasar más luz por el objetivo hasta el sensor de imagen. En situaciones de poca luz, un número f menor producirá por lo general una mejor calidad de imagen. (No obstante, pueden haber algunos sensores que tal vez no puedan aprovechar un número f menor en situaciones de poca luz debido a la forma en que están diseñados.) Por otro lado, un número f más alto aumenta la profundidad de campo, como se explica en la sección 3.2.6. Normalmente, un objetivo con un número f más bajo es más caro que un objetivo con un número f alto.

Los números f se escriben a menudo como F/x. La barra inclinada indica la división. Un valor de F/4 significa que el diámetro del iris es igual a la longitud focal dividida entre 4; así, si una cámara tiene un objetivo de 8 mm, la luz debe atravesar una apertura de iris de 2 mm de diámetro.

Aunque los objetivos con iris ajustable automático (iris DC) presentan una gama de números f, a menudo solamente se especifica el extremo de máxima recogida de luz de la gama (número f menor). La capacidad de recogida de luz de un objetivo o número f, y el tiempo de exposición (es decir, la longitud de tiempo que se expone a la luz un sensor de imagen) son los dos elementos principales que controlan la cantidad de luz que recibe un sensor de imagen. Un tercer elemento, la ganancia, es un amplificador que se utiliza para aumentar el brillo de la imagen. Sin embargo, al aumentar la ganancia también aumenta el nivel de ruido (grano) de una imagen, por lo que es preferible ajustar el tiempo de exposición o la apertura del iris. En algunas cámaras Axis se pueden configurar los límites del tiempo de exposición y de la ganancia. Cuanto más largo es el tiempo de exposición, más luz recibe el sensor de imagen. Los entornos brillantes requieren tiempos de exposición más cortos, mientras que las condiciones de poca luz requieren tiempos de exposición más largos. Es importante tener en cuenta que al aumentar el tiempo de exposición también aumenta la distorsión por movimiento, mientras que aumentar la apertura del iris tiene el inconveniente de reducir la profundidad de campo, como se explica en la sección 3.2.6 más adelante.

A la hora de decidir sobre la exposición, se recomienda un tiempo de exposición menor cuando se requiera movimiento rápido o una frecuencia de imagen más alta. Un tiempo de exposición más largo mejorará la calidad de la imagen en condiciones con poca iluminación, pero puede aumentar la distorsión por movimiento y reducir la frecuencia total de imagen ya que se necesita más tiempo para exponer cada imagen. En algunas cámaras de red, un valor de exposición automática significa que la frecuencia de imagen aumentará o disminuirá con la cantidad de luz disponible. Solamente al disminuir el nivel de luz es importante tener en cuenta la luz artificial, la frecuencia de imagen prioritaria o la calidad de imagen.

Network camera user interface screenshot
Una interfaz de usuario de cámara con opciones para configurar la exposición en condiciones de poca luz, entre otros aspectos.

Iris manual o automático

En entornos interiores donde puede haber niveles de luz constantes, se puede utilizar un objetivo de iris manual. Este tipo de objetivo ofrece un anillo para ajustar el iris, o bien el iris está fijado en un número f concreto. Este último procedimiento es el que utiliza Axis en sus cámaras de red para interiores. Se recomienda un objetivo con iris ajustable automático para aplicaciones de exterior y allí donde la iluminación de la escena varíe continuamente.

Profundidad de campo

Un criterio que puede ser importante para una aplicación de videovigilancia es la profundidad de campo. La profundidad de campo hace referencia a la distancia delante y más allá del punto de enfoque donde los objetos parecen ser nítidos de forma simultánea. La profundidad de campo puede ser importante, por ejemplo, para supervisar un aparcamiento, donde puede haber la necesidad de identificar las matrículas de coches situados a una distancia de 20, 30 y 50 metros (60, 90 y 150 pies).

La profundidad de campo puede verse afectada por tres factores: la longitud focal, el diámetro del iris y la distancia de la cámara al sujeto. Una longitud focal larga, una amplia apertura de iris o una distancia corta entre la cámara y el sujeto limitará la profundidad de campo.

Depth of field
Profundidad de campo: Imagine una cola de personas de pie una detrás de otra. Si el enfoque está en el medio de la cola y es posible identificar las caras de todas las personas que están delante y detrás del punto medio situadas a una distancia de más de 15 metros (45 pies), hay una buena profundidad de campo.

Depth of field graph
Apertura del iris y profundidad de campo. La ilustración anterior es un ejemplo de la profundidad de campo para distintos números f con una distancia focal de 2 metros (7 pies). Un número f grande (apertura de iris menor) permite que los objetos estén enfocados con un alcance mayor. (En función del tamaño de píxel, las aperturas de iris muy pequeñas pueden distorsionar una imagen debido a la difracción.)


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