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¿Como diseñar un sistema de CCTV? 2º Parte

En nuestra primera nota, hemos descripto los conceptos básicos necesarios para realizar la elección más conveniente del Sistema de CCTV a utilizar de acuerdo a la prestación. Además resumimos las características principales de cámaras y lentes.

En esta segunda entrega nos referiremos a MONITORES y SECUENCIADORES.

¿Como realizar la eleccion del monitor y cuales son sus caracteristicas?

Los monitores son a menudo considerados una inversión poco importante en CCTV, comparada a la de otras partes del sistema. Sin embargo, si el monitor no tiene igual o mejor calidad que la cámara, la eficacia del sistema se verá disminuida. Por lo tanto se le debe dar la misma importancia a la selección del monitor que a la de la cámara.

En los monitores de CCTV y en los televisores convencionales, se utiliza la tecnología de tubos de rayos catódicos TRC. Permite convertir la información eléctrica contenida en la señal de video en información visual. Existen otras tecnologías para la fabricación de monitores tales como la de cristal líquido LCD, de plasma, monitores de proyección trasera etc. Pero el más popular es el monitor con TRC.
Los TRC están cubiertos en su interior con una capa de fósforo que al ser bombardeado por electrones, convierte la energía cinética de los mismos en radiación de luz. Las diferentes composiciones del fósforo producen los diferentes colores. Esto es definido como la característica espectral del fósforo.
Para un sistema blanco y negro de CCTV, se utiliza la capa de fósforo que produce color neutro.
Los TRC color usan un mosaico de tres fósforos diferentes que producen el rojo, el verde y el azul que son los colores primarios. Estos pequeños píxeles (limitados por el tamaño físico de la máscara), vistos a la distancia, se mezclan en un color secundario dando lugar a una imagen resultante.
Además de las características espectrales las otras propiedades importantes del fósforo usado en monitores de CCTV son el rendimiento y la persistencia.

El rendimiento se define como la relación entre el flujo de luz producido y la fuerza del haz de electrones. La fuerza del haz depende de la aceleración producida por la alta tensión de los TRC y del mismo haz de electrones. Los diferentes fósforos tienen diferentes rendimientos, o sea que pueden producir distintas luminosidades con la misma cantidad de electrones y alta tensión. En los monitores color, el fósforo que produce el color verde, por ejemplo, tiene el rendimiento más alto y el rojo el más bajo. Por lo tanto la ecuación: Uy = 0.3 Ur + 0.59 Uv + 0.11 Ua se aplica a los haces de electrones de los colores rojo, verde y azul en los monitores color.

La persistencia de la capa de fósforo se define como la duración de la luminosidad después de que ha cesado el bombardeo de electrones. Debido a que la luz producida no desaparece abruptamente, sino en forma paulatina, la persistencia es medida hasta que la luminosidad disminuye al 1% de su valor inicial. La persistencia del fósforo es una característica útil ya que ayuda a minimizar el parpadeo pero no debe durar más que un cuadro de TV (40ms), ya que la reproducción de imágenes se haría borrosa si la persistencia fuera muy larga. La persistencia de la mayoría de los TRS utilizada actualmente es de alrededor de 5ms. En los monitores color la situación es más compleja, ya que no todos los fósforos tienen la misma persistencia (el fósforo azul es el más corto), pero están todas alrededor de los 5ms.

La división básica de monitores en CCTV es: B/N y color. Debido a las normas, debe haber compatibilidad entre B/N y color. En otras palabras, una señal de video B/N puede ser expuesta en un monitor color y una señal color puede ser expuesta en un monitor B/ N.
Los monitores B/ N tienen una mejor resolución, ya que tienen sólo una capa de fósforo continua; pero los monitores color ofrecen una información muy importante acerca de los colores de los objetos. Ese factor es más importante según su aplicación. Por ejemplo, en un sistema CCTV donde se deban reconocer muchos detalles es más importante la buena resolución. Por lo tanto la mejor elección será un sistema B/N, mientras que donde se requiere identificación de personas o artículos, será mejor la elección del color.

Tamaño
Los monitores son identificados por el tamaño diagonal de su pantalla, generalmente expresado en pulgadas. Los monitores B/ N de tipo profesional tienen diferentes tamaños, los más usados son los de 9” (23cm) y 12” (31cm). Los tamaños más pequeños, como el de 5” (13cm) y 7” (18cm) son utilizados en Sistemas de Observación. Los de mayor tamaño son generalmente usados con Quad (divisores de pantalla en 4) o multiplexores y se pueden conseguir tamaños como 15” (38cm), 17” (43cm) y 20” (50cm).

Ajustes del monitor

Los monitores de CCTV generalmente tienen cuatro controles en el frente de la unidad: horizontal, vertical, brillo y contraste.
El control horizontal ajusta el sincronismo de fase horizontal del monitor con la cámara. Mediante el mismo, trasladamos la imagen de izquierda a derecha. Cuando la fase horizontal se corre a uno de los extremos, la imagen se torna inestable y las líneas horizontales se quiebran. Un efecto similar aparece cuando los pulsos de sincronización horizontal son demasiados bajos o deformes. Esto ocurre generalmente cuando el cable coaxil es demasiado largo. (Debido a la resistencia interna y el efecto capacitivo del cable la señal que llega al monitor disminuye). El último efecto no puede ser compensado ajustando el control horizontal y sólo puede centrarse la imagen.

El control vertical ajusta el sincronismo de fase vertical. Esto tiene el efecto de compensación para varias sincronizaciones verticales de cámaras. Generalmente un monitor se ajusta para una sola señal de vídeo y entonces la imagen aparece estable. Sin embargo, cuando un monitor recibe varias señales de vídeo no sincronizadas, ocurre un efecto no deseado llamado rol de imagen. Este es quizás, el efecto menos deseado en CCTV. Ocurre debido a la falta de habilidad del monitor para bloquearse rápidamente a las diferentes señales mientras éstas cambian a través de un secuenciador o matriz. Esto también significa que diferentes diseños de monitores tienen diferentes tiempos de bloqueo. Los monitores de mayor calidad, compensan mejor este efecto.

El control de contraste ajusta el rango dinámico del haz de electrones, haciendo que la imagen tenga un contraste más alto o más bajo (una diferencia del negro al blanco). Se usa generalmente cuando las condiciones de luminosidad del recinto donde se encuentra el monitor cambian.

El control de brillo es diferente al de contraste porque sube o baja el nivel de continua del haz de electrones, mientras que preserva el mismo rango dinámico. Se ajusta cuando la reproducción del tono de la señal de vídeo no es natural.

Una regla simple es tener el brillo y el contraste ajustados de manera que el vigilador pueda ver la mayor cantidad posible de detalles en la imagen. A menor luz en el recinto, se podrá disminuir el contraste, mejorando la nitidez de la imagen y alargando la vida del TRC. A veces, es difícil ajustar correctamente el brillo y el contraste, especialmente cuando se conectan diferentes cámaras con diferentes señales de video. En este caso debemos decidir si cierta cámara necesita ajustar su nivel de iris o ALC.

Con el tiempo, la capa de fósforos del TRC del monitor se gasta. Esto se debe al continuo bombardeo de electrones a la que es sometida. La expectativa de vida de un TRC b/n es de alrededor de 20.000 a 30.000 horas. Esto equivale a un par de años en operación constante. Cuando el fósforo del TRC se ha gastado reproduce imágenes con muy poco contraste y nitidez. Los monitores color deberían durar un poco mas debido a la menor cantidad de electrones (no olvidar que hay 3 rayos diferentes para los tres colores primarios) usados para estimular a cada uno de los tres fósforos. De todas maneras después de unos años de uso constante, los ajustes de contraste y brillo ya no pueden compensar el envejecimiento del TRC y eso significa que los monitores deben ser reemplazados.

Generalmente cuando un monitor esta exponiendo la imagen de una cámara en forma permanente, se nota un efecto de imagen impresa. Si los ajustes de brillo y contraste se usan cuidadosamente de acuerdo con la luz ambiental, se puede prolongar la vida del monitor.

Otros dos controles que están generalmente en la parte trasera del monitor son el ajuste lineal y la altura de imagen.

El ajuste lineal ajusta las líneas de copiado vertical, que se reflejan en la simetría vertical de la imagen. Si no es correcto, aparecen círculos oviformes.

El control de altura de la imagen, impide que los círculos aparezcan elípticos.

Los monitores color también poseen un ajuste de color que aumenta o disminuye la cantidad de color de la señal. Este es diferente al control de brillo.
Los monitores color son especialmente sensibles a la estática y otros campos magnéticos externos, ya que la reproducción del color depende de la posición dinámica de los tres haces de electrones (rojo, verde y azul).
La menor presencia de otro campo magnético, como ser un altoparlante cercano al TRC, puede afectar uno de los haces más que a los otros dos. Esto crearía manchas de color no naturales en ciertas áreas de la pantalla cercana al campo magnético. Para evitar esos efectos, los monitores de TV color tienen un elemento adicional en su diseño que se llama desmagnetizador. Es un circuito cerrado conductor alrededor del TRC a través del cual, cada vez que el monitor se enciende, se inyecta una fuerte pulsación de corriente. Esto crea pulsos electromagnéticos cortos pero fuertes que limpian cualquier campo magnético residual. Si el campo externo es fuerte y permanente puede ser que el desmagnetizador no pueda compensarlo.

Selector de Impedancia
En la parte trasera de la mayoría de los monitores CCTV hay una llave selectora de impedancia cerca de los dos conectores BNC. El propósito de esta, es el de permitir terminar al cable coaxil de video con 75 ohm cuando el monitor es el último elemento, o la de dejarlo en posición de alta impedancia si el monitor no es el último componente en el trayecto de la señal de video.
Este ajuste logra que tengamos el 100% de la transferencia de energía y una reproducción de imagen perfecta.

Monitores LCD

Los monitores de cristal líquido LCD aún están en una fase primitiva de uso en CCTV. Se están volviendo muy populares en las computadoras portátiles, y pueden ser usados también en CCTV. Ya existen monitores color LCD de 10” y 14” con entradas de audio/ video, que significa que también pueden ser usados con señales de banda ancha de video.
El concepto de funcionamiento de la pantalla LCD es bastante diferente a los principios de TRC. Quizás, la mejor descripción o analogía, sería que los monitores LCD son a los TRC como los CCD son a las cámaras de tubo. A saber, la imagen no esta formada por el copiado del haz de electrones sino enviando elementos de cristal líquido, que son polarizados en diferentes direcciones cuando se aplica tensión a sus electrodos. El nivel de tensión determina el ángulo de polarización, que como resultado determina la transparencia de cada píxel, formando de esta manera un elemento de la imagen de video.

Las ventajas del LCD son que no necesita de alta tensión ni capa de fósforo, lo que se traduce en una pantalla de tiempo de vida ilimitado. Posee un aspecto delgado y no produce distorsiones geométricas. Tiene bajo consumo de energía y no es afectado por los campos electromagnéticos como es el caso de los TRC.

Monitores de plasma
Es la última tecnología en la fabricación de monitores.
Algunos científicos se refieren al plasma como el 4º estado de la materia (los otros 3 son el sólido, líquido y gaseoso). A menudo el plasma es definido como gas ionizado. Estos monitores están hechos de un conjunto de pixeles, cada uno compuesto de tres sub-pixeles de fósforo, rojo, verde y azul.
En oposición a los TRC donde la radiación de la luz era causada por el bombardeo de electrones, en estos aparatos se usa gas en estado de plasma para reaccionar con los fósforos en cada sub-pixel.
Cada sub-píxel es controlado individualmente para obtener los 16.7 millones de colores. Debido a este hecho, en el proceso de plasma, no hay una distorsión geométrica como en el caso de los TRC y la agudeza de la imagen y la riqueza del color se realza. El contraste de la imagen también es elevado, lo que favorece su uso en áreas muy iluminadas.
Como no requieren alta tensión como los TRC, se pueden realizar monitores más grandes. Los tamaños típicos de aparatos de plasma son desde 42’’ hasta 50’’. Es también importante el grosor de los aparatos de plasma que varía entre 4 a 6’’”. Esto es especialmente atractivo por razones estéticas y por limitaciones de espacio.

¿Qué funcion cumple el secuenciador?

La mayoría de los CCTV disponen de varias cámaras que deben verse en un solo monitor. Por lo tanto se necesita de un equipo que vaya cambiando secuencialmente en el monitor las señales de cada una de las cámaras. Este equipo se denomina secuenciador de video y se utiliza en la mayoría de los sistemas de CCTV pequeños y medianos.
Los secuenciadores más usuales son para 4, 6, 8, o 12 entradas de cámaras. No se excluye otros números de entradas aunque son raros. Algunos modelos incluyen entradas de audio y secuencian ambas señales lo que permite al operador ver y escuchar simultáneamente lo que sucede en un recinto determinado.
Generalmente las entradas de video son con conectores BNC y las de audio con conectores RCA.
Otros modelos pueden incluir entradas de alarma, que permiten visualizar instantáneamente en la pantalla del monitor una cámara en alarma fuera de la secuencia predeterminada.
Pueden disponer de una o dos salidas de video según el modelo.
En el frente del secuenciador, generalmente hay controles para cada una de las entradas. Consisten en llaves que permiten incluir o excluir una cámara de la secuencia y la selección manual/automática de la misma.
Se puede variar además el tiempo de secuencia mediante un potenciómetro. El ajuste más común y practico es de 2 o 3 segundos.

Los sistemas de observación generalmente incluyen dentro del monitor un secuenciador para 2 o 4 cámaras con audio unidireccional o bidireccional. Dependiendo del modelo, la variación del tiempo de secuencia puede ser el mismo para todas las cámaras o permiten otorgarle tiempos independientes de secuencia para cada cámara.
Un tiempo corto de escaneo puede ser no práctico y molesto para el ojo del operador, mientras que un tiempo mayor puede traer como resultado pérdida de información para las cámaras que no están expuestas. Por lo tanto siempre se debe llegar a una solución de compromiso para el uso de secuenciadores.