Nossos olhos, câmeras e lentes - parte 3

Visão Noturna

 

Por Eng. Claudio de Almeida

 

 

Câmeras Night Vision

 

Os primeiros sistemas de CFTV eram em preto e branco!

 

É inegável a vantagem de se ter imagens coloridas para identificar melhor uma pessoa pelas roupas que está usando ou um veículo pela sua cor.

 

Por esse motivo, quando comecei a trabalhar na área de segurança, em 1997, estranhei muito que a maioria das câmeras instaladas eram P&B e não coloridas (na época só existiam essas duas opções).

 

Me explicaram que as câmeras P&B, por não precisarem do filtro de luz visível (veja na parte 1), conseguiam mais algumas horas de imagem útil, quando estava escurecendo ou amanhecendo, do que as câmeras coloridas.

 

Depois inventaram as câmeras Day-Night, que eram coloridas de dia e P&B à noite. Aí já se podia ter imagens coloridas durante o dia.

 

Então vieram as câmeras com canhões de IR,  que iluminavam a cena à noite, que podia ser melhor captada pelo sensor de imagem. Porém, em preto e branco...

 

Como obter imagens  coloridas à noite?

 

Esse era o maior desafio: Como fazer uma câmera enxergar em cores à noite?

 

Para tentar resolver essa questão, os fabricantes se valeram de um truque muito usado em fotografia: Aumentar o tempo de exposição de uma imagem para se obter uma maior luminosidade em cenas mal iluminadas.

 

Com esse truque pode-se obter fotos belíssimas de cachoeiras ou avenidas à noite:

 

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Porém, repare que são imagens com a câmera fotográfica apontando para um ponto fixo, onde as imagens em movimento ficam BORRADAS, causando esse belo efeito.

 

Os fabricantes omitiram esse 'pequeno detalhe' e criaram um recurso em suas câmeras, conhecido por vários nomes: Sensitive-UP, Starlight, Night Vision, etc.

 

Esse recurso aumenta o tempo de exposição de um quadro de imagem em 128 ou até 256 vezes, ou seja, assim a câmera consegue captar 256 vezes mais luz em uma cena.

 

Então começaram a anunciar câmeras com sensibilidades de 0,0000001 Lux!

 

Um assombro! Desde que não houvesse movimento na cena, pois qualquer coisa em movimento apareceria borrada, não permitindo sua identificação.

 

Por isso até hoje, quando anunciam esse recurso, só mostram fotos (e não vídeos) das imagens com e sem o recurso. Ou vídeos de cenas sem nenhum movimento...

 

Veja o exemplo neste vídeo de alguém filmando carros passando com esse recurso ativado (você também pode fazer isso no seu celular). Veja se é possível identificar pelo menos a marca dos carros...

 

 

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Dá para perceber claramente que não serve para propósitos de segurança, onde é preciso identificar alguém ou algo se movimentando em frente à câmera, a não ser que esteja se movendo MUITO lentamente.

 

Um recurso bastante útil se você só tem que monitorar as atividades noturnas de bichos-preguiça em zoológicos....

 

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Novamente, vamos aprender com os nossos olhos

 

Eu também comentei na parte 1 desta série de artigos como os fabricantes de sensores se basearam nos nossos olhos para desenvolver os sensores de imagem das câmeras.

 

E, novamente, a resposta estava lá, em nosso olhos.

 

Como enxergamos à noite

 

Também vimos como os cones e bastonetes processam nossa visão.

 

Recapitulando um pouco do que vimos lá:

 

Os cones são responsáveis por enxergarmos em cores e também pela nossa visão em alta resolução (percepção de detalhes) e têm um tempo de resposta melhor que os bastonetes, sendo  também responsáveis pela nossa percepção a mudanças rápidas na imagem.

 

Os bastonetes são bem mais sensíveis à luz do que os cones (cerca de 100 vezes mais), sendo responsáveis pelo contraste em preto e branco do que enxergamos e pela nossa visão noturna.

 

Sob baixa iluminação, enxergamos em preto e branco (como uma câmera day-night...) pois, nessas condições, somente os bastonetes estão captando a luz.

 

Isso explica porque conseguimos nos movimentar em lugares pouco iluminados, mas não ler; porque os cones, responsáveis pela nossa visão em detalhes, não estão operantes. Já os bastonetes ainda conseguem captar luz suficiente para enxergarmos o caminho.

 

Porém, nossa visão noturna não é tão eficiente quanto à visão dos animais, que conseguem  amplificar a luz até 130 vezes mais do que nós humanos e também possuem pupilas maiores, para poder captar mais luz.

 

Já os predadores de animais de sangue quente que caçam à noite, como a cobra, a coruja e os felinos em geral, também conseguem enxergar o espectro de infravermelho (como as câmeras IR).

 

O que já aprendemos

 

Observando as características dos olhos dos animais (humanos incluídos), os fabricantes de câmeras e sensores já conseguiram  algumas vitórias:

 

- Com base nas características dos olhos dos felinos, foram inventadas as câmeras IR.

 

- Para saber como criaram as câmeras day-night, vamos relembrar outro trecho da parte 1desta série:

 

"Vimos que as cores são definidas por grupos de 4 pixels, em um arranjo 2x2, sendo que cada pixel é responsável por capturar a intensidade luminosa correspondente à cor que ele representa.

 

Sob pouca iluminação, quando a câmera entra no modo Night, as informações de cores são descartadas, cada um dos 4 pixels de cada grupo passa a capturar apenas a intensidade luminosa da cena.

 

Ou seja, tem-se uma área 4 vezes maior de captação, aumentando assim a sensibilidade do sensor de imagem em cerca de 10 vezes.

 

Por esse motivo é comum vermos especificações do tipo:

 

Sensibilidade: 0,1 Lux colorido, 0,01 Lux, P&B"

 

Ou seja, descartando as informações de cores, conseguiram um aumento de sensibilidade em torno de 10 vezes.

 

Mas faltava alguma coisa...

 

O grande erro, a falta de visão dos fabricantes de câmeras e sensores é que, para criarem os sensores de imagem, se basearam apenas nos cones dos nossos olhos

 

Mas os cones são responsáveis apenas pelas cores e pela resolução das imagens que enxergamos.

 

E os bastonetes? Foram esquecidos? Pois são eles os responsáveis por enxergarmos melhor a noite!

 

A grande sacada

 

Pois é, a resposta estava aí, diante dos olhos de todos, e ninguém percebia: Temos que incorporar os bastonetes aos sensores de imagem!

 

E foi a engenharia da Hikvision que, aprendendo com a estrutura dos nossos olhos, teve a brilhante ideia de criar uma câmera com dois tipos de sensores: Além do colorido, baseado em nossos cones, que já existe em todas as câmeras, criou um outro sensor, IR, baseado em nossos bastonetes.

 

A função desse segundo sensor é capturar os raios infravermelhos refletidos na cena.

 

Enquanto esse sensor IR somente detecta e transmite imagens em preto e branco, o outro sensor, colorido e sensível à luz visível, detecta e transmite imagens coloridas em alta resolução.

 

E esses dois sensores são montados sob uma única lente, como os cones e os bastonetes em nossos olhos.

 

Como acontece em nosso cérebro, o processador de imagens da câmera combina então os dois espectros de luz capturados por esses dois sensores para criar e entregar imagens em movimento nítidas, sem borrões, mesmo em baixas condições de iluminação.

 

 

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A Hikvision chama esse recurso de tecnologia bi-espectral, comercialmente batizada  de Darkfighter.

 

Fonte: Nature guides new Hikvision DarkFighterX cameras (https://www.asmag.com/showpost/24086.aspx)

 

 

 

Fev/2018