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Vendendo pizzas: Uma analogia

 

 

WDR de 120 dB? Uau!

 

Mas, o que significa isso, afinal?

 

Por Eng. Claudio de Almeida

 

Certamente vocês já devem ter ouvido isso em palestras ou demonstrações em feiras: Nossa câmera tem um WDR de 120 dB!

 

Mas, no que isso me ajuda? Qual é a vantagem disso?

 

O que é a faixa dinâmica de uma imagem?

 

Acho que todo mundo já passou por isso: Você tira uma foto de alguém contra a luz e obtém um resultado parecido com a imagem ao lado, ou seja, a pessoa aparece na foto como uma silhueta escura, sendo impossível identificar quem é.

 

O mais estranho é que você não estava enxergando a pessoa assim; você estava conseguindo ver suas feições normalmente.

 

E, o que é péssimo e indesejável, isso também acontece com câmeras de segurança visualizando locais onde a iluminação de fundo é mais forte, como na recepção de empresas, corredores com janelas ao fundo, etc.

 

Antes de vermos como evitar isso, vamos entender porque isso acontece.

 

 

 

Como a imagem é capturada

 

Câmeras de CFTV entregam em sua saída sinais de vídeo com uma amplitude de 1 Vpp (1 volt pico a pico), ou seja existe uma diferença de 1 V entre o menor e o maior nível do sinal.

 

Esse sinal de vídeo tem 2 componentes: Crominância e luminância

 

A crominância é responsável pelas cores da imagem; a luminância, pela intensidade (brilho) e pelo contraste da imagem.

 

Antes da invenção do sensor de imagem capaz de capturar imagens em cores, o sinal de vídeo era composto apenas pela luminância, que definia a quantidade de tons de cinza entre o preto e o branco.

 

Essa quantidade de tons de cinza define a faixa dinâmica (ou dynamic range, em inglês) da imagem e é a relação entre o ponto mais claro e o ponto mais escuro da cena

 

Como a faixa dinâmica (DR, de Dynamic Range) é definida como uma diferença entre 2 grandezas, ela é medida em decibéis.

 

DR = 20 log (Ponto mais iluminado da imagem/ Ponto mais escuro da imagem)

 

O decibel O decibel (dB) é uma unidade logarítmica  que indica a proporção entre 2 grandezas. Você já deve ter ouvido falar dele na medição de níveis de ruído como, por exemplo, que 140 dB é o limiar que nossos ouvidos suportam.Voltando  à foto acima, as partes escuras são resultado da faixa dinâmica dos sensores de imagem comuns, que é muito limitada, de no máximo 12 bits.

 

Para quem se lembra das aulas sobre números binários, 12 bits significam uma variação de  212= 4096, ou seja existem apenas 4094 tons de cinza entre o ponto mais claro e o ponto mais escuro da imagem capturada pelo sensor de uma câmera de CFTV comum ou do seu smartphone.

 

Passando isso para decibéis, temos DR = 20 log (4096/1) = 72 dB

 

A maioria dos sensores de imagem comuns tem entre 60 e 72 dB de faixa dinâmica

 

Sendo assim, quando se tem uma imagem uniformemente iluminada, essa faixa dinâmica  de apenas 4096 níveis é suficiente para  que o sensor de imagem consiga capturar tanto os pontos mais claros quanto os mais escuros da imagem.

 

Porém, em situações como a da imagem acima, onde a área fortemente iluminada ao fundo é bem maior do que a área ocupada pela pessoa, o sensor de imagem tenta compensar  o tempo de exposição pela iluminação média da imagem, para que ela não estoure (tudo para manter o nível do sinal de saída em 1 Vpp), mas para isso ele tem que escurecer as partes mais escuras da cena, pois esses 4096 níveis de faixa dinâmica não são suficientes para exibir um nível de contraste tão grande.

 

Isso explica porque as partes mais escuras aparecem quase como um único tom de cinza muito escuro, quase preto.

 

Mas como nossos olhos conseguiam distinguir a pessoa, nas mesmas condições?

 

Porque nossos olhos são fantásticos. Eu já expliquei no artigo Nossos Olhos, Câmeras e Lentes - Parte I, no item A faixa dinâmica (o WDR) dos nossos olhos:

 

Nossos olhos conseguem enxergar um nível de contraste de 1:10.000 em cenas iluminadas.

 

E em baixa luminosidade, como quando olhamos para as estrelas em um local pouco iluminado, esse nível de contraste pode chegar a 1:1.000.000!

 

Ou seja, a faixa dinâmica dos nossos olhos é estendida, o que se chama, em inglês, de WDR (Wide Dynamic Range):

 

WDR cenas iluminadas = 20 log (10.000/1) = 80 dB

 

WDR cenas escuras = 20 log (1.000.000/1) = 120 dB

 

Percebeu agora?

 

Uma câmera com WDR de 120 dB tem a mesma performance do olho humano!

 

Você também pode ouvir dizer que essa câmera tem um WDR de 20 bits. 220 = 1.048.576  (1:1.000.000), que é a mesma coisa.

 

Isso prova o que eu saliento bastante nesta série de 3 artigos, Nossos Olhos, Câmeras e Lentes: Que os fabricantes de sensores de imagem sempre tentaram simular em seus produtos os incríveis recursos dos nossos olhos.

 

Bem, dos animais, em geral. Vejam em Nossos Olhos Câmeras e Lentes  - parte III como eles conseguiram imitar a visão noturna dos felinos.

 

Para quem ainda não leu, recomendo muito que leiam esses 3 artigos, pois vão ajudá-los a entender melhor os problemas que acontecem em certas instalações e como resolvê-los.

 

 

Mas, o que significa ter um WDR de 120 dB, afinal?

 

Respondendo à pergunta inicial, se dividirmos a quantidade de níveis de tons de cinza existentes em um sensor com WDR de 120 dB pela quantidade de tons de cinza de um sensor comum, de apenas 70 db, temos:

 

1.0000.000 / 4096 = 244

 

Isso significa que para cada tom de cinza que um sensor de imagem comum consegue identificar, um sensor de imagem com WDR de 120 dB consegue identificar 244 diferentes tons de cinza.

 

Mas qual é a vantagem disso, na prática?

 

Olhe para as teclas pretas do teclado do seu computador; agora olhe para a tela preta do seu smart phone; e para os cabos pretos que conectam seu computador à rede, monitor, etc. e olhe para qualquer outro objeto na cor preta à sua volta.

 

São todos pretos, certo? Mas são do mesmo tom de preto? Não, né? Seus olhos conseguem distingui-los como sendo de diferentes tons de preto, não conseguem?

 

Isso é o WDR dos seus olhos funcionando...

 

Se tivesse uma câmera comum, sem WDR, instalada nessa sala onde você está, provavelmente o operador de monitoramento iria dizer que todos esses objetos são... apenas pretos!

 

A representação abaixo corresponde a um sensor de imagem comum*:

 

​

 

*É claro que nela não existem 4096 níveis de contraste diferentes, é apenas para efeitos didáticos

 

Já a representação abaixo corresponde a um sensor de imagem com WDR de 120 dB:

 

​

 

Não sei se vai ser possível você perceber a diferença entre os tons de preto no lado direito das barras, talvez seu monitor não tenha nível de contraste suficiente  (ver o próximo item) para perceber as nuances da cor  preta no lado direito das barras acima, mas na parte branca dá para perceber que o sensor comum considera vários tons de cinza claro como sendo um único tom.

 

Na verdade, ele considera cada bloco de 244 tons de cinza detectados pelo sensor com WDR como sendo um único tom de cinza.

 

É por esse motivo que uma câmera com WDR consegue capturar tanto as áreas claras quanto as áreas escuras das imagens.

 

Dica extra: Se preocupe também com os monitores!

 

A quantidade de níveis de contraste não é importante somente na câmera, mas também nos monitores, porque não adianta ter uma câmera com um WDR de 120 dB se o monitor que você instalou para seu cliente conseguir resolver apenas 70 dB.

 

Não, não estou dizendo isso para a visualização de pessoas na contra-luz, isso um monitor comum até consegue resolver bem, porque esse processamento é feito na câmera. Estou me referindo ao operador conseguir identificar pessoas ou objetos na penumbra.

 

Por exemplo, um invasor vestido totalmente de preto, com um capuz também preto, escondido sob a sombra de um muro, à noite, pode se tornar invisível em um monitor com um baixo nível de contraste, pois ele vai considerar a área escura formada pela sombra do muro e o invasor como um único tom de preto.

 

Por isso é importante verificar o nível de contraste quando você for escolher um monitor para seu cliente (e até sua TV de casa!). Quanto maior, melhor.

 

Normalmente é especificado como  Nível de contraste ou apenas Contraste.

 

Veja aqui alguns exemplos:

 

​

 

5.000.000:1 é muito bom, são 134 dB de WDR!

 

Tela

18,5" Widescreen (painel LCD/LED)

Resolução:1366 x 768 @ 60 Hz (HD)

Contraste: 20.000.000:1

Brilho: 200 cd/m2

Tempo de resposta: 5 ms

Número de cores: Maior que 16 Milhões

Ângulo de visão: Horizontal 90º, Vertical 50º

 

20.000.000:1! 146 dB de WDR! Melhor ainda!

 

Mas, infelizmente, alguns fabricantes de monitores não fornecem essa informação. Melhor evitá-los.

 

 

Veja outras dicas aqui

 

Out/2018