Câmeras Fisheye

 

Por Eng. Claudio de Almeida

 

A câmera com lente fisheye (360°) não é uma invenção recente. A Ipix, pioneira das câmeras com lente fisheye, registrou sua primeira patente em 1993.

 

Essa ideia me entusiasmou desde meu primeiro contato com a Ipix, em 1999. Na época, a tecnologia era utilizada apenas com câmeras fotográficas, mais voltada para o mercado imobiliário, proporcionando um passeio de 360° pelo interior dos imóveis à venda.

 

A primeira empresa a lançar uma câmera de CFTV com lente fisheye foi a Philips – atual Bosch – cerca de um ou dois anos depois. Posteriormente, a Sensormatic também ofereceu sua versão e, mais tarde, surgiram outras. Mas nenhuma delas teve muita aceitação e a ideia não decolou, principalmente pela sua pouca resolução, já que a câmera utilizada era analógica (não existia nada melhor naquela época). E a câmera 360° ficou esquecida por muitos anos até que, recentemente, com o advento dos sensores com resolução megapixel, ela se tornou viável.

 

O fato dessas câmeras sempre captarem todas as imagens à sua volta, enquanto câmeras PTZ captam apenas as imagens para onde suas lentes estão apontando, é uma vantagem indiscutível, podendo até substituir várias câmeras fixas.

 

O que me incomoda é que alguns fabricantes estão chamando essas câmeras de PTZ virtuais, oferecendo-as como substitutas perfeitas das câmeras PTZ – já que não possuem partes mecânicas móveis –, até se arriscando a dizer que o fim destas últimas já estava decretado.

 

Mas será que, pelo fato de serem megapixel, elas conseguiriam, no seu zoom digital, o mesmo nível de zoom ótico das câmeras PTZ?

 

A uma primeira análise, se compararmos uma câmera speed dome analógica com uma câmera 360° de 3 ou 5 Megapixels que têm, respectivamente, 6 ou 17 vezes mais resolução, parece que sim. Não no zoom máximo, que pode chegar a 35 vezes ou mais na PTZ, mas talvez o suficiente para uso interno.

 

Um dos primeiros problemas é que a lente fisheye captura uma imagem circular plana, no centro do sensor, ou seja, não utiliza toda a área do sensor para armazenar a informação. Portanto, não se pode considerar a resolução total do sensor, apenas cerca de 59% dela. Por esse motivo, alguns fabricantes ampliam um pouco mais a imagem, conseguindo uma área de gravação um pouco maior, aumentando a área para 78% do retângulo, mas isso corta a imagem obtida no topo e na base.

 

Então um software de dewarping transforma essa imagem circular em uma meia esfera (como o domo de uma câmera speed dome) onde se pode “passear” pela imagem, como se estivéssemos operando uma câmera speed dome.

 

Nessa transformação, onde a área de um círculo (πr2) é transformada na área de uma semiesfera (2πr2), mantendo-se o mesmo número de pixels, a resolução cai pela metade, já que a área dobra.

 

Por exemplo, para uma câmera de 3 Megapixels:

 

Resolução da área do sensor: 2048 x 1536 = 3,14 Megapixels

 

Resolução da área do círculo: π x (1536/2)2 = 1,85 Megapixels, 58,90% da área do retângulo.

 

Resolução da área da meia esfera: 0,93 Megapixels, menos de um terço da resolução do sensor.

 

Para o mesmo tamanho de sensor, porém com a imagem ampliada, temos: 78% de 3,14 Megapixels = 2,45 Megapixels. A resolução da área da meia esfera será de 1,23 Megapixels, pouco mais de um terço da resolução do sensor.

 

Agora vamos calcular qual seria a resolução da imagem equivalente a uma câmera fixa com uma lente de 3,6mm. Para isso, vamos fazer um recorte de uma área equivalente à lente de 3,6mm (68° H x 52° V) dessa câmera fixa (que também seria a imagem de uma câmera speed dome sem zoom):

Conforme a tabela abaixo, para a câmera fisheye, teremos uma imagem pegando somente 8,87% da área do sensor, com 610 x 457 pixels, inferior à resolução D1. Já para a fisheye ampliada, teremos uma imagem abrangendo 12,83% da área do sensor, com 734 x 550 pixels, apenas 17% superior à resolução D1.

P/ 3 Megapixels

Altura

Largura

Diâmetro

Câmera Fisheye

Área

%

Altura

Largura

Diâmetro

Câmera Fisheye ampliada

Área

%

Dimensões do sensor

1536

2048

 

3145728

100

1536

2048

 

3145728

100

Dimensões do círculo

 

 

1536

1852987

58,9

 

 

1536

2453668

78

Setor da lente 3,6mm

457

610

 

278921

8,87

550

734

 

403741

12,83

Setor da lente 10,8mm

185

246

 

45496

1,45

222

296

 

65856

2,09

D1

480

720

 

345600

 

480

720

 

345600

 

Se dermos um zoom digital de apenas 3 vezes – equivalente a uma lente de 10,8mm – teremos, para a câmera fisheye, uma resolução de apenas 246 x 185 pixels e, para a câmera fisheye ampliada, 296 x 222 pixels, ambas muito inferiores à resolução D1.

 

Mudar para uma câmera de 5 Megapixels não ajuda muito:

 

Resolução da área do sensor: 2560 x 1920 = 4,91 Megapixels

 

Resolução da área do círculo: π x (1536/2)2 = 2,89 Megapixels, 58,90% da área do retângulo

 

Resolução da área da meia esfera: 1,45 Megapixels (já que a área dobra)

 

Com a câmera fisheye ampliada, temos: 78% de 4,91 Megapixels = 3,83 Megapixels. A resolução da área da meia esfera será de 1,92 Megapixels.

 

A resolução equivalente a uma lente 3,6 mm, para a câmera fisheye, é de 762 x 572 pixels, apenas 26% melhor do que a resolução D1. Para a câmera fisheye ampliada, a resolução já fica melhor: 917 x 688 pixels.

 

P/ 5 Megapixels

Altura

Largura

Diâmetro

Câmera Fisheye

Área

%

Altura

Largura

Diâmetro

Câmera Fisheye ampliada

Área

%

Dimensões do sensor

1920

2560

 

4915200

100

1920

2560

 

4915200

100

Dimensões do círculo

 

 

1920

2895292

58,9

 

 

1920

3833856

78

Setor da lente 3,6mm

572

762

 

435814

8,87

688

734

 

630845

12,83

Setor da lente 10,8mm

231

308

 

71087

1,45

278

370

 

102900

2,09

D1

480

720

 

345600

 

480

720

 

345600

 

Porém, a imagem com zoom digital de 3 vezes continua com resolução bem inferior à D1, para os dois tipos de câmeras:

 

Câmera fisheye: 308 x 231 pixels

 

Câmera fisheye ampliada: 370 x 278

 

Com base no que foi acima exposto, podemos concluir, sobre câmeras fisheye:

 

- Apesar de cortar parte da imagem, a resolução da câmera com a imagem ampliada é 32% maior;

 

- Câmeras com lente fisheye aproveitam apenas cerca de 1/3 da resolução total do sensor de imagem;

 

- A grande vantagem das câmeras fisheye é que visualizam – e gravam – tudo que está acontecendo ao seu redor, sendo que podemos dar um pan e tilt virtual na imagem gravada ou ao vivo, mas não se pode contar muito com o zoom digital.

 

Uma outra opção para câmeras 360°

Quatro câmeras com lentes de 90° de abertura – montadas cada uma apontando para uma direção – também exibirão uma imagem panorâmica com 360°, sem necessidade de software de dewarping.

 

Se ligarmos à rede local um DVR analógico de 4 canais, gravando à resolução D1, com 4 câmeras CCD 1/3” com lentes de 2,5 mm (90°), teremos um resultado até melhor do que com uma câmera 360°. E bem mais barato.

 

A resolução total ficaria 720 x 4 x 480 = 1,38 Megapixels; pouco inferior àquela obtida com a câmera de 5 Megapixels (1,49 Megapixels).

 

Se utilizarmos 4 câmeras de resolução Megapixel, melhor ainda.

 

O único porém dessa solução com 4 câmeras é que lentes com 90° de abertura curvam as imagens nas laterais, impossibilitando uma emenda perfeita entre elas. Então o melhor seria utilizar 6 câmera fixas com lentes com 60º de abertura (utilize lentes de 3,5 a 8mm e faça o ajuste fino manualmente). Para instalação em paredes (180°), divida o número de câmeras pela metade.

 

Vale lembrar que esse arranjo de câmeras não cobre a mesma área de tilt que as câmeras fisheye, que oferecem 180° de tilt; lentes de 90° na horizontal têm apenas 74° na vertical e lentes com 60° na horizontal têm apenas 47° na vertical.

Portanto, a solução com 4 câmeras cobre apenas 148° de tilt; a solução com 6 câmeras, apenas 94° de tilt – pouco mais que a metade. Isso implica que será necessário decidir qual a melhor posição de tilt (inclinação das câmeras) para cada situação, mas alguma área sempre ficará descoberta. Para instalação em paredes (180°, com metade das câmeras), isso não é tão crítico quanto para instalação em tetos.

 

Os prós e contras de cada solução para câmeras 360° criaram duas correntes entre os fabricantes: Aqueles que oferecem câmeras 360° com lente fisheye e aqueles que as oferecem em um dome com 4 câmeras megapixel (com até 10 megapixels cada uma). Neste último caso, as imagens das 4 câmeras são processadas na própria câmera, corrigindo a curvatura criada pelas lentes 90° – o problema antes mencionado – e integrando-as em uma única saída, com uma imagem panorâmica única de 360°.

 

Conclusão

Afinal, qual é a melhor solução? PTZ mecânico, Fisheye ou 4 câmeras em 1?

 

Depende. O que sempre defendo é que não existe solução ou tecnologia que atenda todas as situações. É muito importante conhecer os recursos e, principalmente, as deficiências de cada solução, para não correr o risco de oferecer um produto que não atenda as necessidades do seu cliente. Por isso procurei fazer aqui uma análise fria e imparcial de cada solução, apresentando tanto seus aspectos positivos quanto os negativos.

 

Para finalizar, respondo à pergunta feita no começo deste artigo:

 

"Mas será que, pelo fato de serem megapixel, elas conseguiriam [as câmeras fisheye], no seu zoom digital, o mesmo nível de zoom ótico das câmeras PTZ?"

 

Bem, acho que ficou provado que não. Por isso não acredito que a câmera 360° vá eliminar a câmera speed dome. E vice-versa, pois elas atendem situações diferentes.

 

E já existem câmeras fisheye que trabalham em conjunto com câmeras speed dome. Esse é o casamento perfeito: A câmera fisheye observa tudo ao seu redor e, quando detecta uma determinada condição de evento, posiciona automaticamente a câmera speed dome para visualizar os detalhes da cena.

Ago/2014

Nov/2015

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