El documento detalla seis errores comunes en el diseño de sistemas de CCTV que pueden comprometer su efectividad y ofrece recomendaciones para evitarlos. Entre los errores se incluyen la ubicación y orientación inadecuadas de las cámaras, la selección incorrecta de lentes y resolución, y la elección inapropiada de métodos de compresión de video. Se enfatiza la importancia de una planificación cuidadosa y el uso de herramientas de simulación para lograr un sistema de vigilancia eficiente.

1. 6 errores que hacen fracasar un sistema de
CCTV
(Y cómo evitarlos)
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Introducción
En este reporte especial te mostraré los 5 errores más comunes que se comenten
en el diseño de los sistemas de CCTV y que hacen que estos se vuelvan casi inservibles.
Es importante considerar los factores que detallo en este informe durante la etapa
del diseño, porque luego puede ser muy difícil y costoso corregir estos errores.
Lugar de instalación y orientación
La primera decisión de diseño de un sistema de CCTV es la ubicación de las
cámaras. Para esto hay que considerar los siguientes factores.
Ubicación
La ubicación de la cámara debe permitir tener una visión clara de la escena que se
desea vigilar.
Esto se puede resumir en los siguientes puntos:
● Lograr un campo de visión libre de obstáculos. Esto puede parecer trivial,
pero debemos recordar que la visión de una cámara generalmente no
coincide con la de un observador humano. Debemos tener en cuenta el
campo de visión de la cámara y la altura de instalación. Puede haber
objetos (carteles, luminarias, etc) que obstaculicen la visión.
● Ubicar las cámaras en sitios estratégicos, que permitan cumplir con los
objetivos de la vigilancia (control de acceso, identificación, etc.). También
considerar el riesgo de actividades vandálicas contra las cámaras y en ese
caso instalarlas fuera del alcance de las personas, siempre que sea
posible.
Orientación
La orientación está directamente relacionada con el lugar de instalación y la zona
de interés a vigilar. La orientación depende de tres factores: 1) el lugar de instalación de
la cámara, 2) la altura de instalación, 3) la zona de interés. Estos tres puntos determinan
la orientación y la inclinación que debe tener la cámara.
La ubicación y la orientación determinan en conjunto la perspectiva de la escena
que ofrecerá la cámara.
En la siguiente imagen se ve una cámara instalada a 4 mts de altura apuntando a
la zona de interés, que se encuentra a 2 mts desde el punto de instalación de la cámara.
Está claro que si lo que se desea es visualizar el rostro de las personas que pasan por
ahí, este objetivo no se verá cumplido.
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Vista de instalación.
Vista 3D.
Por otro lado, si la cámara se sitúa a 2 mts de altura si se podrá observar el rostro de las
personas.
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Vista de instalación.
Vista 3D.
Tipo de lente
Los lentes de las cámaras vienen de distintos tipos y seleccionar el adecuado para cada
aplicación es fundamental. El tipo de lente definirá el campo de visión (FoV, su sigla en
inglés) de la cámara.
La incorrecta elección del tipo de lente o la mala instalación puede derivar en los
siguientes errores:
● Campo de visión insuficiente o excesivo.
● Imagen borrosa, fuera de foco.
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● Escasa profundidad de campo (DoF, por su sigla en inglés).
Veamos las variantes:
● Lente fijo​: Este lente tiene los cristales fijos y por lo tanto la distancia focal es
también fija, lo que hace que a su vez el FoV también sea fijo. Este tipo de lentes
se utiliza en cámaras de bajo costo y vienen ya montados en las cámaras.
● Lente varifocal​: Estos lentes permiten ajustar en forma manual el FoV y la
distancia focal y de este modo obtener escenas más amplias o más focalizadas. A
veces estos lentes vienen separados de las cámaras y se adosan mediante una
rosca estándar. Un lente varifocal típico puede ofrecer una distancia focal entre 3
mm y 9 mm, aunque estos valores variar.
● Lentes motorizados​: En este caso se trata de un lente similar al varifocal, pero
con control electromecánico y a veces con más amplitud focal. Con estos lentes se
puede variar tanto el campo de visión como el foco en forma remota. En algunas
cámaras el foco lo puede regular en forma automática la cámara cada vez que se
modifica el campo de visión.
Iris
El iris es el orificio a través del cual pasa la luz para llegar al sensor de imagen.
La elección incorrecta del tipo de iris puede ocasionar los siguientes efectos:
● Subexposición o sobreexposición de las imágenes.
● Poca profundidad de campo.
En la actualidad se utilizan cuatro tipos de iris:
● Iris fijo​: La amplitud del iris no puede modificarse y por lo tanto no puede
controlarse la cantidad de luz que llega al sensor, lo que en ciertas condiciones
puede provocar subexposición o sobreexposición. Este tipo de iris se utiliza en las
cámaras de bajo costo.
● Iris manual​: Este tipo es variable, pero debe ser ajustado en forma manual. Ya
casi no se utiliza en cámaras de vigilancia.
● Iris DC​: Este tipo de iris es variable y su apertura se modifica en función de la
intensidad lumínica. A través de un controlador proporcional, la cámara controla la
apertura del iris variando una tensión continua (por eso se llaman DC) que controla
el motor que mueve al iris.
● Iris P​: Hace ya un tiempo que varios fabricantes están utilizando este tipo de iris.
El control, en vez de basarse solo en la intensidad de la luz, también mantiene la
apertura del iris entre ciertos valores que resultan óptimos para evitar efectos de
difracción y pérdida de profundidad de campo (DoF). Son muy útiles en escenas
amplias y en exteriores (ideales para videovigilancia urbana) y por ahora solo
están disponibles en cámaras de alta gama.
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Resolución
La resolución de la imagen, junto con el campo de visión (FoV) determina el nivel
de detalle, por lo que es fundamental hacer una correcta elección. Una resolución menor
a la aconsejable hará que el sistema no cumpla los requisitos de detección,
reconocimiento o identificación.
En la siguiente figura se muestran diferentes resoluciones comparando el tamaño
de imagen que genera cada una.
Resolución de imagen (Fuente: Wikipedia).
En la tabla siguiente se muestran los valores de densidad de pixeles (en
pixel/metro) necesaria para cumplir con los diferentes niveles de detalle. Estos valores
están tomados de la norma británica de CCTV, que es la más adoptada para estos
cálculos.
Vale aclarar que estos valores son válidos en escenas donde la iluminación es
óptima y no existen limitadores de visibilidad, como la niebla o la lluvia.
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Nivel de detalle Detalle Pixels/
metro
Monitoreo Se puede observar el número de personas, dónde
están y adónde se dirigen. No se pueden distinguir
características.
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Detección Detectar la presencia de una persona sin la necesidad
de ver su rostro.
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Observación Se pueden observar ciertas características, como la
ropa y el entorno.
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Reconocimiento Un observador puede reconocer a una persona que
conoce. Se puede identificar la chapa de un automóvil.
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Identificación Se puede identificar a una persona en forma
fehaciente, observando las características de su
rostro.
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Compresión de video
En el momento de diseño del sistema es clave la elección del tipo de codificación a
utilizar, ya que esto determina los recursos necesarios para el procesamiento, transmisión
y almacenamiento de las imágenes.
En la actualidad se dispone de tres métodos de codificación: 1)MJPEG, 2)MPEG­4
y 3)H.264. Sin duda, H.264 es el más utilizado en los nuevos proyectos, debido a que es
el que mejor optimiza el uso de ancho de banda y almacenamiento.
Por otro lado, cuando se necesitan fotos de buena calidad (ej: en los sistemas de
foto­multas) la opción de MJPEG puede ser la más conveniente.
De acuerdo a la elección, el tipo de la cantidad de recursos de hardware y
comunicaciones variará fuertemente. En la siguiente figura se muestra la comparación de
uso de ancho de banda entre los distintos estándares de codificación de video. ​En
promedio, MPEG­4 puede utilizar 8 veces menos de ancho de banda que MJPEG y H.264
la mitad de MPEG­4, aunque estos valores varían en instantáneamente a medida que
cambia la escena.
Cuanto más movimiento haya en la escena, menos eficientes serán los métodos
de compresión y más aumentará el uso de ancho de banda.
Al momento de considerar el nivel de detalle necesario (en pixel/metro) es
fundamental tener en cuenta el nivel de compresión que se utilizará, ya que si es muy alto
puede producir imágenes de baja calidad y no cumplirse los requerimientos de vigilancia.
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Comparación de codificación de video (Fuente: www.axis.com)
Por lo tanto, no solo interesa la resolución, los cuadros por segundo y la
codificación a utilizar, sino también el nivel de compresión. El valor de compresión se
especifica mediante el parámetro de cuantización (Q) o factor de remoción de detalle
(DRF), que varía entre 0 y 50, indicando más compresión (y pérdida de detalle) a mayor
número.
Procesamiento de video
Para seleccionar la cámara adecuada es necesario tener en cuenta las
particularidades de la escena que se quiere monitorear. No es lo mismo capturar
imágenes de un parque al aire libre, donde las condiciones de iluminación cambian
permanentemente, que en un depósito con luz artificial.
En el caso del parque, por ejemplo, se requerirá un amplio rango dinámico (WDR)
para compensar las diferencias de iluminación y las sombras, mientras que en el caso del
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depósito esta característica no será necesaria. En la siguiente tabla se muestran las
principales opciones de procesamiento de imagen disponibles en el mercado.
Característica Descripción
BLC
La sigla en inglés para Back Light Compensation (Compensación de
Contraluz). Con esta técnica se evita la sobreexposición de la
imagen, cerrando el iris cuando una parte de la imagen está muy
iluminada o la cámara recibe luz de frente. Esta característica es
necesaria cuando la cámara apunta a ventanas, entradas o
cualquier otro lugar desde donde pueda entrar luz que incida
directamente en el lente de la cámara. Otro ejemplo de uso es en las
cocheras, donde es necesario compensar la la luz proveniente de
los faros de los automóviles. En ocasiones, donde las diferencias de
iluminación son muy amplias, la aplicación de BLC no es útil, porque
aparecen zonas muy oscuras en la imagen, producto de la
subexposición.
AGC
Automatic Gain Control (Control Automático de Ganancia). Esta
característica está presente en todas las cámaras día/noche y
permite incrementar la ganancia interna de la cámara aplicada a la
señal de video. De este modo se puede “iluminar” artificialmente la
escena. El problema es que a medida que se aumenta la ganancia,
además de la señal de video también se incrementa el ruido y
disminuye la calidad de la imagen.
WDR
Wide Dynamic Range (Amplio Rango Dinámico). Cuando las
diferencias de iluminación son considerables o hay lugares con
muchas sombras, es necesario utilizar esta técnica. La cámara
captura dos imágenes por cada cuadro de video, una con baja
exposición y otra con alta, con lo que se obtiene una imagen
sobreexpuesta y otra subexpuesta. Luego se procesa el cuadro
mediante la “mezcla” de estas imágenes, compensando las zonas
de una imagen con otra. Algunas cámaras incluso toman más de
dos imágenes por cuadro, lo que mejora el resultado final. Para usar
esta técnica la cámara debe poder procesar al menos el doble de
imágenes por segundo de la máxima cantidad de cuadros por
segundo (FPS), lo que implica una elevada capacidad de
procesamiento. Es por esto que esta característica solo se
encuentra en cámaras de gama media y alta.
DNR
Dynamic Noise Reduction (Reducción Dinámica de Ruido). Cuando
la cantidad de luz que llega al sensor de imagen disminuye, llega un
momento donde el nivel de ruido es comparable a la señal de video.
Para filtrar este ruido existen básicamente dos técnicas de reducción
de ruido: 2D y 3D. La técnica 2D filtra el ruido de cada cuadro por
separado. En cambio, la técnica 3D evalúa la variación del ruido
entre cuadros. En general, el filtro 3D proporciona mejores
resultados, aunque también puede provocar un aspecto borroso
(​blur​) en objetos en movimiento.
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¿Cómo calcular todo esto sin morir en el intento?
En primer lugar se debe seleccionar el tipo de cámara de acuerdo a las
requerimientos de la instalación y las condiciones ambientales. Es decir, seleccionar el
formato de cámara (box, bullet, domo, etc), el nivel de protección ambiental (IP66,
antivandálica, etc.) y las características de procesamiento de imagen (WDR, BLC, etc.).
Luego, en función del nivel de detalle requerido en cada punto de vigilancia,
seleccionar la resolución y la distancia focal. Para esto puede ser muy útil utilizar un
software de cálculo y simulación, que además permitirá generar vistas en 3D para verificar
la correcta posición y orientación de las cámaras.
El software que yo utilizo permite, en su última versión, trabajar con modelos
reales de fabricantes ya predefinidos, lo cual facilita mucho la tarea. De todos modos si el
fabricante o el modelo no están presentes, se puede de igual modo configurar una
cámara con las especificaciones reales (sensor, lentes, etc.).
En la siguiente figura se muestra una captura de pantalla del esquema de
instalación para una cámara Vivotek IP8162P. Una vez definidos los parámetros de
instalación y las características de la escena se puede calcular el nivel de detalle. La zona
rosa indica identificación, mientras que la amarilla es para reconocimiento (y también
lectura de matrículas).
Vista de instalación.
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En la siguiente figura se muestra la misma información, pero sobre el plano. Se
puede incorporar en el fondo un dibujo en Autocad, una imagen o una foto aérea del
lugar. También se pueden agregar objetos 3D creados por la misma aplicación o
importado de otro software, como Google Sktechup.
Vista sobre el plano.
Finalmente, en la siguiente figura se observa la vista 3D generada por el software
para cada cámara.
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Vista 3D.
No es la intención de esta guía ser un manual de uso de este software, sino
ofrecer una visión inicial de lo que se puede lograr con él. En todo caso, recomiendo bajar
la versión demo y probarlo.
Existen dos versiones, la diferencia está en que la profesional permite trabajar con
planos Autocad y se pueden utilizar modelos 3D.
Enlace a la versión básica​.
Enlace a la versión profesional​.
Espero que esta guía te haya sido de utilidad. Ante cualquier consulta puedes
contactarme a ​info@video­ip.net​ .
¡Saludos!.
Ing. Rodrigo J. Hernández
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