Choisir une caméra de vidéosurveillance IP

Le coût des caméras :
Le coût d’une caméra de vidéosurveillance est extrêmement variable. Cela s’explique par des différences fondamentales dans les caractéristiques techniques et notamment dans le choix de l’utilisation d’un capteur CCD ou CMOS ; il est donc essentiel de choisir une caméra en fonction de l’application qui lui est destinée.

Les spécificités d’une caméra de vidéosurveillance réseau :

Une caméra réseau (ou caméra IP) est une caméra et un ordinateur réunis au sein d’un système intelligent. Elle saisit et transmet des images en temps réel directement sur un réseau IP, et permet aux utilisateurs de visualiser et/ou de gérer à distance la caméra à partir d’un navigateur web, depuis un ordinateur muni de caractéristiques et de droits d’accès suffisants, n’importe où, n’importe quand.

Une caméra réseau intègre notamment un serveur web qui permet la visualisation et le contrôle par navigateur Internet & un client e-mail pour l’envoi de courriers avec pièces jointes; la caméra permet aussi la gestion des alarmes, des possibilités de programmation, et bien plus encore. Une caméra réseau n’a pas besoin d’être connectée à un PC : elle fonctionne de façon indépendante et peut être installée en tout lieu disposant d’une connexion au réseau IP. Une caméra web (webcam) est, quant à elle, tout à fait différente. Pour fonctionner, elle doit obligatoirement être connectée au PC, ce dernier devant nécessairement être allumé.

Outre ses fonctions vidéo, la caméra réseau possède bien d’autres fonctions permettant notamment la transmission d’autres types d’informations comme le contrôle des mouvements en panoramique/inclinaison/zoom.

Capteur CCD ou CMOS ?

Pendant une trentaine d’années, la technologie CCD a tenu le haut du pavé dans le domaine du captage d’images au sein des caméras de vision industrielle, mais depuis quelques années, la technologie CMOS monte en puissance.

Entre les tenants de chaque technologie, le débat fait rage et chaque camp défend ses positions. Pour les uns, le CMOS va très bientôt éliminer le CCD. Pour les autres, il n’y aura jamais rien de meilleur que le CCD.

Pour l’instant, les 2 technologies se partagent assez équitablement le marché. Le parc CCD est le plus important, mais la meilleure dynamique, en termes de volume, est détenue par le CMOS. CCD et CMOS ont néanmoins quelques caractéristiques communes : l’usage du silicium et de l’effet photoélectrique. Pour le reste, ce sont surtout leurs points forts et leurs points faibles actuels qui les différencient.

Honneur à l’ancienneté, commençons par la technologie CCD : le capteur à transfert de charges, ou capteur CCD (Charge Coupled Device)

Capteur CCD – Points forts :

  • Haute résolution : qualité d’image et sensibilité
  • Niveau de bruit très faible
  • Uniformité de l’image
  • Rendu des couleurs

Capteur CCD – Points faibles :

  • Electronique complexe qui engendre des coûts de fabrication plus importants que la technologie CMOS.
  • Consommation d’énergie importante.

Place maintenant aux derniers arrivés : la technologie CMOS (Complementary Metal Oxyde Semiconductor) ou CIS (CMOS Image Sensor)

Capteur CMOS – Points forts :

  • Une bonne dynamique face aux contrastes.
  • Fréquence d’image élevée.
  • Possibilité de traiter une partie de l’image (ROI : Region Of Interest) autorisant une plus grande cadence.
  • Électronique moins complexe.
  • Faible consommation d’énergie.
  • Compacité.
  • Meilleure intégration de fonctions de traitement au plus près du capteur.

Capteur CMOS – Points faibles :

  • Sensibilité insuffisante aux faibles luminosités

Le clivage Applications Haut de gamme (CCD) / Bas de gamme (CMOS) tend à s’estomper, de même que les écarts de coûts. De toute façon, le capteur ne fait pas tout. C’est le meilleur compromis entre sa technologie, l’éclairage, le traitement, la cadence, l’environnement qui détermine le choix.

Autres caractéristiques d’une caméra vidéo :

H.264, MPEG-4 ou MPJEG ?
Il existe principalement trois sortes de technologies de compression dans les caméras IP : MJPEG, MPEG-4 et H.264 :

La toute dernière norme de compression vidéo H.264, est appelée à devenir la norme vidéo de référence au cours des prochaines années. Elle a déjà été intégrée avec succès dans les téléphones mobiles et les lecteurs vidéo numériques. Dans le secteur de la vidéosurveillance, le H.264 offre de nouvelles possibilités en termes de réduction des frais de stockage et de renforcement de l’efficacité globale.

Le H.264 (également connue sous l’appellation MPEG-4 Partie 10/AVC) est une norme ouverte sous licence, compatible avec les techniques de compression vidéo les plus efficaces d’aujourd’hui. Un encodeur H.264 peut réduire la taille d’un fichier vidéo numérique de plus de 80 % par rapport à la norme MJPEG et de 50 % par rapport à la norme traditionnelle MPEG-4 Partie 2, sans que la qualité d’image ne soit compromise. L’importance de ces gains rend le H.264 extrêmement utile pour les applications de vidéosurveillance.

La technologie MPEG-4 offre une vidéo de qualité, mais une bonne implémentation de MEPG-4 était jusqu’à récemment restée trop chère pour être incorporée à une caméra IP dédiée. Toutefois, les coûts, les performances et la consommation des capteurs et du matériel de compression MPEG-4 se sont améliorés au point que cette technologie est devenue accessible. La qualité vidéo, transmise via réseau et décodée sur moniteur analogique ou affichée sur application informatique est identique à celle d’une vidéo analogique.

La technologie MJPEG requiert une bande passante importante pour pouvoir générer une vidéo de bonne qualité (voir le tableau comparatif à la page « quel type de réseau choisir?« ). Ceci a aussi un impact important sur les espaces de stockages requis. L’infrastructure réseau et les coûts de stockage de données, sont aussi plus importants. Même si les caméras IP basées sur MJPEG sont souvent bon marché, l’implémentation du reste du système en devient plus onéreuse, ce qui résulte en un coût global bien supérieur comparé à l’utilisation d’une technologie de compression de bonne qualité.

Caméra jour/nuit :
Afin de profiter de la qualité visuelle de la couleur le jour et de la performance de la caméra Noir & Blanc dans de faibles conditions de luminosité, les constructeurs produisent désormais des caméras Jour/Nuit, c’est-à-dire Couleur le jour et Noir & blanc la nuit.

Caméras réseau mégapixel :
Les caméras réseau mégapixel, disponibles comme caméras fixes et caméras dômes fixes, contiennent un capteur d’images mégapixel afin de délivrer des images avec un million de pixels ou plus. Cette résolution est au moins deux fois supérieure à celle qu’il est possible d’obtenir avec une caméra analogique. Une caméra réseau fixe mégapixel peut être utilisée de deux manières : soit pour afficher davantage de détails dans une image de plus haute résolution (ce qui peut être utile pour identifier des personnes ou des objets), soit pour couvrir une plus grande partie d’une scène si une résolution d’image identique à celle d’une caméra non mégapixel est utilisée. Les caméras mégapixel disponibles aujourd’hui sont en général moins sensibles à la lumière que les caméras réseau non mégapixel. Les flux vidéo à haute résolution générés par une caméra mégapixel nécessitent en outre davantage de bande passante réseau et d’espace de stockage pour les enregistrements, bien que cet inconvénient puisse être atténué par l’utilisation de la norme de compression vidéo H.264.

Alimentation PoE :
La fonctionnalité Alimentation par Ethernet (PoE, Power over Ethernet) permet d’alimenter des périphériques connectés à un réseau Ethernet à l’aide des câbles avec prises RJ45. On l’utilise notamment pour alimenter des téléphones IP, des points d’accès sans fil et des caméras réseau. Le principal avantage de PoE est l’économie de coûts inhérente, car il n’est nul besoin d’installer une ligne d’alimentation distincte. Ceci constitue un atout, notamment dans les zones difficiles d’accès. Le fait qu’il ne soit pas nécessaire d’installer de câble d’alimentation permet d’économiser (en fonction de l’emplacement des caméras) plusieurs centaines d’euros par caméra. En outre, cela facilite l’ajout ou le déplacement des caméras dans un système de vidéosurveillance.

Caméras PTZ et caméras dômes PTZ :
Une caméra PTZ ou caméra dôme PTZ peut effectuer des opérations de vision panoramique, d’inclinaison et de zoom manuellement ou automatiquement sur une zone ou un objet. Toutes les commandes PTZ sont envoyées sur le même câble réseau que les images vidéo ; aucun câble RS-485 n’est nécessaire, contrairement aux caméras PTZ analogiques.

Format 1/2″, 1/3″ et 1/4″ :
Les formats de capteur existent pour les caméras N&B et Couleur. La taille correspond à la surface du capteur. La lumière de la scène à observer traverse l’objectif, qui la concentre sur le capteur. Une surface de capteur plus grande produit généralement une image de plus grande résolution, donc meilleure. Cependant, les progrès réalisés les capteurs 1/4″, permettent d’obtenir des résolutions très proches de certains capteurs 1/3″.

Sensibilité d’une caméra :
On constate qu’une caméra Noir et Blanc possède une sensibilité plus élevée qu’une caméra couleur, dans des conditions de faible éclairage. Plus généralement, la caméra Noir et Blanc doit-être utilisée, entre autres, pour de la visualisation de nuit avec éventuellement un projecteur infrarouge.

Quelques points de repères :
Nuit de pleine lune : 0,1 Lux.
Bougie à 20 cm : 10 Lux.
Rue avec éclairage public : 150 Lux.
Rayon de grande surface : 700 Lux.
Ciel nuageux : 10.000 Lux à 20.000 Lux.
Ciel clair : 35.000 Lux à 120.000 Lux.

Principales caractéristiques d’un objectif de caméra :

Il est essentiel de choisir le bon objectif en fonction du type d’application ; un objectif grand angle sera par exemple utile dans une petite pièce, car le manque de recul sera compensé par un angle de vision très large ; si par contre, il est nécessaire de surveiller un détail ou un lieu éloigné, l’usage d’un téléobjectif est préconisé. Le choix d’un mauvais objectif peut compromettre l’ensemble du système.

Distance focale et champ de vision :
La distance focale de l’objectif se mesure en millimètres et correspond directement à l’angle de vue qui sera réalisé. Les focales courtes donnent de grands angles de vue et les focales longues, réalisées par téléobjectif, donnent des angles de vue étroits.
Le tableau ci-dessus indique les valeurs pour une distance de 10m et pour une caméra avec une résolution VGA de 640×480 ; pour une résolution HD 1280×800, les valeurs du format 1/4″ se rapproche du 1/3″.

Focale et champ de vision pour une distance de 10 m:
(A titre de comparaison, l’angle de vision de l’être humain se situe autour de 46°).
Focale (mm): Format de caméra : Champ de vision (Horizontal)
2.8 1/4″ 59°
1/3″ 81°
1/2″ 97°
3.6 1/4″ 47°
1/3″ 67°
1/2″ 83°
4 1/4″ 41°
1/3″ 59°
1/2″ 74°
6 1/4″ 29°
1/3″ 43°
1/2″ 56°
8 1/4″ 22°
1/3″ 33°
1/2″ 43°
12 1/4″ 15°
1/3″ 22°
1/2″ 29°
16 1/4″ 11°
1/3″ 17°
1/2″ 22°
22 1/4″
1/3″ 12°
1/2″ 16°
50 1/4″ 3.6°
1/3″ 5.5°
1/2″ 7.3°

L’ouverture (F):
L’objectif a généralement deux types de mesures en matière d’ouverture : l’ouverture maximale (valeur F minimale) lorsque l’objectif est complètement ouvert, et l’ouverture minimale (valeur chiffrée maximum, F) juste avant que l’objectif soit complètement fermé. L’ouverture a une certaine influence sur l’image finale.

Une grande ouverture veut dire que l’objectif peut laisser passer davantage de lumière dans le noir et que la caméra produit ainsi une meilleure image la nuit.

Une petite ouverture peut être nécessaire en cas de luminosité ou de réflexion intenses. Cela évite à la caméra de produire trop de blancs et maintient un niveau vidéo constant.

Correction Infra-Rouge (IR)
Les objectifs avec correction infra-rouge sont spécifiquement destinés aux caméras Jour/Nuit avec commutation de filtre IR.

La longueur d’onde d’une lumière infra-rouge (nuit) est différente de celle visible par l’œil humain (jour), ce qui engendre un point de focale différent, donc un décalage de focus (profondeur de champ).

L’utilisation d’objectifs corrigés IR permet de conserver une mise au point identique de jour comme de nuit et d’obtenir une image d’excellente qualité. Un objectif traité IR permet aux lumières de converger au même point sur le capteur CCD, produisant dans tous les cas une image nette. avec un objectif non traité IR les rayons infrarouges ne focalisent pas sur le même plan et créent un reflet fantôme.

Conclusion et conseils pour choisir sa caméra :

  • S’il est nécessaire de pouvoir observer des détails, il est préférable de choisir une caméra à haute résolution de 1 Mégapixel ou plus.
  • Opter plutôt pour le format de compression H.264 plus performant.
  • Le choix d’une caméra plus sensible améliore l’image dans des conditions de faible luminosité. La sensibilité d’une caméra est indiquée par la quantité minimum de lumière afin que la caméra génère une image utilisable.
    Par exemple, Couleur 1,0 Lux à F1.2, N&B 0,15 Lux à F1.2.
  • Pour les caméras installées en extérieur, il faut prendre en compte l’indice de protection IP.

 

(suite) Comment visionner et enregistrer les images ?

 

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