Les caméras mégapixels aujourd’hui

La récente percée des caméras mégapixels est une évolution majeure qui se confirme...

La caméra, source des flux d’images, est un élément clé du système de vidéosurveillance, qui réclame une grande attention lors du choix d’un système. Comme tous les équipements informatiques, son évolution est rapide.

Une évolution logique

Les caméras analogiques de résolution standard ont graduellement évolué depuis une dizaine d’années, de 220 lignes (format aujourd’hui abandonné), à 330 lignes (aujourd’hui encore rencontré en entrée ou milieu de gamme), puis 480 lignes (format encore très répandu) et jusqu’à 540 lignes en haut de gamme. Cette évolution est inéluctable et reflète le besoin de toujours voir plus précisément, auquel ont pu répondre les progrès technologiques en analogique. Ces quelques centaines de lignes représentent un plafond de rapport qualité/prix pouvant être obtenu en technologies analogiques classiques, qui ne peuvent aujourd’hui plus suivre les évolutions demandées à un coût raisonnable. Ainsi, la course aux pixels passe désormais par de nouveaux capteurs à haute définition, uniquement dans des caméras IP. Il est clair que le mouvement va continuer, passant des environ 400.000 pixels des résolutions standards 4CIF ou D1, à 1,3 Mp ou 2 Mp, et rapidement à 3 Mp et plus. Les caméras mégapixels sont l’avenir immédiat de la vidéosurveillance selon une majorité de professionnels du marché.
Les évolutions prochaines (voire proches) concernent :
– des caméras mégapixels avec un plus fort débit que aujourd’hui, grâce à l’intégration de processeurs plus rapides,
– des modèles hémisphériques du style de Grandeye ou Nexvision, en réponse à certains besoins du marché,
– des caméras mégapixels d’entrée de gamme, suite à la disponibilité prochaine de capteurs à 2 Mp très bon marché comme chez Omnivision, et de nouveaux processeurs adaptés, par exemple chez TI.

La réponse aux attentes des utilisateurs

Depuis que les caméras de résolution standard ont leur signal compressé pour passer sur les réseaux IP, et que ce signal est affiché sur des moniteurs LCD, nombreux sont les professionnels à regretter la clarté des signaux analogiques de qualité affichés sur un moniteur cathodique haut de gamme. Tout en s’accommodant très bien des images actuelles en réseau, qui restent de bonne qualité pour la détection et l’interprétation et peuvent être de qualité supérieure, et grâce aux immenses contreparties apportées par les technologies IP. Les caméras mégapixels arrivent donc à point nommé pour proposer une nouvelle alternative qui concilie le meilleur des 2 mondes : à la fois une haute définition d’image et la flexibilité de l’IP. Les images de résolution supérieure à 1,3 Mp affichées sur un LCD sont perçues comme étant d’un niveau au moins égal à celui des images analogiques.
En effet, si les signaux subissent les mêmes dégradations inhérentes principalement à la compression et secondairement aux interpolations et traitements lors de l’affichage sur des écrans plats de matrice fixe, les pertes depuis un signal plus riche aboutissent à un meilleur rendu. L’affichage est plus pointu, et la visualisation plus confortable. Même si ce confort n’est pas forcément nécessaire au diagnostic d’une situation de sécurité, plus de confort contribue au moins à une moindre fatigue oculaire des surveillants et une meilleure vigilance.

 Des évolutions simultanées et convergentes
Un des avantages des caméras mégapixels IP est tout autant la montée en définition que la possibilité de fonctionner en réseau et de passer à la vitesse supérieure en termes de fonctionnalités, comme par exemple avec l’utilisation de l’analyse intelligente embarquée.

Avantages

En haut de gamme, surtout dans les très hautes résolutions, il est possible de couvrir un champ normalement pris en charge par plusieurs caméras standard, ce qui permettra d’utiliser moins de caméras et de réaliser certaines économies. Egalement, dans le cas d’une architecture en cordon périmétrique vidéo (voir APS numéro 165), la continuité de la détection passe par une optimisation des champs de vision, qui doivent à la fois être suffisamment ouverts et permettre un bon niveau de détail sur les sujets éloignés. Les caméras mégapixels permettent un meilleur compromis sur ce point.
Le grand nombre de pixels disponibles permet d’effectuer un zoom numérique à l’intérieur de l’image, et de percevoir des détails non perceptibles en résolution standard, ou plus éloignés, ceci pouvant permettre une identification en plus de la détection.
Egalement, il est possible d’afficher les flux vidéo sur des écrans de plus grandes tailles et matrices, pour une meilleure visualisation d’une scène.

Des signaux volumineux

Pour ne pas dire lourd. Nous sommes à un moment charnière de l’évolution de la vidéosurveillance. Les capteurs ont évolué un peu plus vite que les autres composants, et si il y a maintenant un bon nombre de caméras mégapixels sur le marché, elles ont sorti jusqu’à présent un signal assez lourd en Mjpeg par manque de puce de compression Mpeg4 adaptée à ces résolutions.
Les signaux compressés en Mjpeg sont plus facilement repris par les spécialistes des logiciels, mais ils sont très lourds, souvent de 15 à 30 Mbits/s, comparé aux 2 à 3 Mbits/s d’une caméra de résolution standard en Mpeg4. Ceci est rarement supportable par un réseau courant, hors conditions particulières, surtout pour plusieurs caméras. Pour être compatible avec les capacités de transport des réseaux, ce signal Mjpeg nécessite d’être dégradé en qualité ou en nombre d’images par seconde, ce qui de fait en limite l’intérêt.
Si il est possible dès aujourd’hui de trouver un bon nombre de caméras disponibles avec des résolutions de 3, 4, ou 5 Mp, qui ont trouvé leur marché, voire 11, 16 ou 20 Mps pour des applications spéciales, ce sont surtout les caméras entre 1 et 3 Mp qui sont représentées par une offre plus large. Les résolutions les plus intéressantes à l’heure actuelle sont en particulier les 1,3 et 2 Mp, qui représentent les avancées les plus immédiatement bénéfiques pour le marché. En effet, elles apportent un surcroît très utile de pixels tout en pouvant ne pas représenter une charge trop importante pour certains réseaux et unités de stockage, si ceux-ci ont été judicieusement surdimensionnés par avance.
En réponse au problème de taille des flux, Mobotix (1,3 Mp) et Cieffe (1,3 et 2 Mp) ont développé des formats propriétaires extrêmement intéressants, actuellement souvent non repris par les superviseurs tiers, ce qui a rendu jusqu’ici l’utilisation des logiciels de Cieffe ou Mobotix quasi obligatoire. Mobotix propose depuis un certain temps sur ses caméras à 1,3 Mp le format de compression Mxpeg, très léger en regard de la qualité des images, et en cours d’intégration chez Milestone. Et si jusqu’à présent aucun codeur Mpeg4 n’existait pour ces résolutions, il est désormais possible de trouver des modèles capables de générer 12 ou 25 ips dans ces résolutions, tout en utilisant le Mpeg4 pour une compression plus légère des flux. Cieffe propose une caméra en Mpeg4 Adaptive en 2 Mp (12 ips) et 1,3 Mp (25 ips), Axis propose le Mpeg4 en 1,3 Mp (8 ips) et Vivotek utilise le Mpeg4 jusqu’en résolution 800×600 (7,5 ips) sur ses caméras IP7138/IP7139. Le format H264 devrait lui aussi apporter quelques améliorations prochainement.
L’analyse intelligente d’image intégrée à la caméra sur un DSP peut représenter un avantage indéniable pour n’envoyer aux serveurs que les images d’évènements et économiser de la bande passante. Elle doit comprendre non seulement une détection avancée et performante de mouvement, mais aussi une analyse comportementale et une détection d’objets abandonnés ou prélevés, tout en vérifiant une bonne immunité aux perturbations environnementales.
Pour le futur, il est envisageable que des flux aujourd’hui considérés comme lourds, pour les réseaux et stockages présents aujourd’hui en entreprise ou dans le monde industriel, s’accordent mieux aux futures capacités des réseaux et des stockages, en évolution elles aussi. Nous sommes simplement dans une période charnière, où les tailles de flux ont évolué plus vite que leurs supports.

 Compatibilité avec les arrêtés officiels
Par ailleurs, il faut noter que si toutes ces caméras excèdent de beaucoup les spécifications de résolution minimum des arrêtés portant normes techniques du Ministère de l’Intérieur, rares sont les modèles qui permettent suffisamment d’images par seconde en pleine résolution. Seules les résolutions de 1,3 Mp sont atteintes par exemple en 32 ips chez Bosch, 25 ips chez Cieffe et IQeye, 12 ips chez Mobotix et Lumenera, 2 Mp par exemple en 24 ips chez Bosch et 12 ips chez Cieffe, IQeye et Lumenera, et 3 Mp à 18 ips chez Lumenera et 15 ips chez Bosch. Dans les plus hautes résolutions on sera généralement limité à 5, 6 ou 8 ips, voire 1 ips.

Le revers de la médaille

Si certains fabricants comme Bosch, Mobotix, Axis ou Cieffe proposent un logiciel de supervision et d’enregistrement en réseau avec leurs caméras, de nombreuses caméras mégapixels du marché sont développées par des spécialistes qui dépendent de la disponibilité de drivers pour la reprise des signaux des caméras par les superviseurs non propriétaires, proposés par des éditeurs comme par exemple Milestone, iProcess, Clamic ou Genetec. Un examen des listes de compatibilité des superviseurs ouverts fait apparaître de grandes disparités, tous les superviseurs ne reprenant pas forcément les signaux des mêmes caméras. Et bien souvent, les signaux des caméras mégapixels seront repris en Mjpeg uniquement. Aujourd’hui le fabricant d’une nouvelle caméra mégapixel doit se battre pour s’assurer que les grands éditeurs de logiciels de supervision développent les drivers pour cette nouvelle caméra. Payer pour le développement ne suffit pas, il faut encore que les éditeurs gèrent la liste de leurs priorités, qui bien souvent pourra évoluer en fonction des perspectives de prise d’un marché important et/ou référent. L’arrivée des caméras à très large dynamique a été un progrès important en qualité de prise de vue en résolution standard. Il s’agit soit de caméras utilisant des capteurs sous licence Pixim, où chaque pixel est assimilable à un capteur à 1 pixel et traité séparément de ses voisins, avec une dynamique résultante de l’ordre de 100 dB (très nombreux fabricants), soit de caméras munies d’électroniques de haute performance, avec une dynamique exprimée en x, de l’ordre de 160x avec la technologie Super Dynamic III chez Panasonic ou 128x chez Pelco. A notre connaissance, ces caméras existent seulement pour l’instant en résolution standard. La disponibilité de caméras mégapixels à très grande dynamique pourrait être un avantage dans certaines conditions de prise de vue, surtout dans le cas de possible éblouissement par des phares ou projecteurs en provenance de l’extérieur.
Il y a de nombreux points importants dans une caméra, comme la finesse d’image, surtout dans les demi-teintes et les niveaux de gris, la stabilité du signal, les fonctionnalités, et la facilité de configuration. La qualité image repose sur l’absence de dominante, des demi-teintes fidèles et bien progressives, et la définition de l’image. Celle-ci n’est pas le seul paramètre, et tous ces points doivent être abordés et croisés avec les besoins propres d’un projet lors du choix des caméras. En particulier, nombreuses sont les caméras mégapixels équipées de capteurs Cmos de haute définition mais de faible sensibilité, et dont la colorimétrie devra être optimisée.
Par ailleurs, l’analyse intelligente d’images de plus haute résolution nécessite plus de puissance, et des DSP plus sophistiqués. La complexité des calculs sollicite énormément les processeurs embarqués, et beaucoup de chaleur est dégagée de la plupart de ces caméras. Ce qui nécessitera en extérieur un refroidissement performant, et potentiellement coûteux.
Les caméras mégapixels sont uniquement des caméras IP, alors qu’il peut être parfois préférable en extérieur d’utiliser une caméra analogique reliée à un encodeur distant dans un lieu sécurisé, pour ne pas faire sortir le réseau filaire des bâtiments, et protégé de la chaleur ou climatisé. Il peut parfois être intéressant d’additionner les longueurs maxi des câbles coaxiaux et réseau. Si l’installation d’une caméra mégapixel est nécessaire en extérieur, alors il peut être préférable de la relier en fibre optique au réseau interne.

Quelques caméras à champ conique du marché

Sur le marché sont présents de nombreux spécialistes depuis quelques années, et quelques fabricants plus généralistes depuis peu, ce qui confirme la tendance vers un marché de masse.
Dans les très hautes résolutions, pour des applications spéciales, se trouvent des marques comme Avigilon (11 et 16 Mp), Sentryscope (20 Mp), et Lumenera (11 Mp). Ces caméras sont destinées à des applications pour les infrastructures de transports, la surveillance de vastes zones comme certains parkings, et pour la homeland security et les activités militaires.
Dans des gammes plus démocratisées en hautes résolutions, le segment est occupé par IQeye, IoImage et Arecont Vision, qui fournissent des caméras dans des résolutions de 3 ou 5 Mp. Chez IoImage, le modèle IoIcam mmp 100dn dispose d’un capteur de 3 Mp avec analyse d’image intégrée, tout en étant capable de ne transmettre qu’un flux en 4CIF d’un champ réduit extrait du champ complet. Cette caméra est en quelque sorte intermédiaire entre les caméras hémisphériques sur 360° et les caméras fixes courantes à champ conique. Sur détection dans le champ global, la caméra peut transmettre 2 flux Mpeg4 en 4CIF d’une vue complète ainsi que du champ autour du centre d’intérêt, et suivre automatiquement le point d’intérêt. Arecont Vision est connu pour ses solutions originales de dômes fixes à 4 caméras de 2 Mp pour des flux résultants de 2 Mp en 18 ips, et ses caméras fixes capables de fournir des flux de 1,3 Mp à 25 ips, 2 Mp à 20 ips, 4 Mp à 12 ips et 5 Mp à 10 ips. Le tout en Mjpeg avec 21 niveaux de qualité.
Le segment de marché le plus immédiatement intéressant, comme vu plus haut, est celui des caméras de 1,3 et 2 Mp, où on retrouvera sans surprise l’offre la plus grande, par exemple chez des sociétés comme Mobotix, Cieffe, Axis, Bosch, IQeye, Panasonic et Vivotek.
Historiquement, Mobotix a été un pionnier des caméras mégapixels en 1,3 Mp, avec des modèles comme les M12, rejoints maintenant par les M22. Développées avec une philosophie parfois différente de celles d’autres acteurs du marché, ces caméras efficaces fournissent des flux compressés au format Mxpeg. Elles sont désormais disponibles avec des capteurs à 3 Mp et des champs personnalisables, ainsi que 8 Go de mémoire flash intégrée pour enregistrement local dans la caméra.
Cieffe a rejoint ce segment des caméras de 1,3 à 2 Mp avec sa caméra Nettuno MegaPX. Cette caméra est en particulier la première caméra mégapixels à fournir des signaux mégapixels en Mpeg4 à 25 ips, permettant jusqu’à 4 flux Mpeg4 simultanés, et sort des flux d’un rapport qualité/poids remarquable. Une version intégrant une analyse intelligente d’image est attendue prochainement.
Axis a bien abordé le virage du mégapixel, en faisant évoluer sa gamme qui comporte désormais des versions mégapixels pour la plupart des caméras fixes : ceci concerne les modèles 207MW, 209MFD, 216MFD et 216MFD-V, 211M et 223M. Ces caméras sont équipées de capteurs en 1,3 Mp à balayage progressif, et peuvent fournir 2 flux Mjpeg et Mpeg4 simultanés, avec en mégapixels 12 ips en Mjpeg et 8 ips en Mpeg4. Le modèle 223M possède un capteur à 2 Mp pour 9 ips en Mjpeg. Par ailleurs la caméra 212PTZ est sortie directement en 3 Mp.
Parmi les caméras IQeye, la caméra IQ702/752 à 2 Mp sort 18 i/s et la caméra IQ701/751 fournit des flux de 1,3 Mp à 25 i/s, en Mjpeg. A l’intérieur de ces champs il est possible d’effectuer un PTZ virtuel via des champs virtuels extraits. IQeye met en avant la qualité de ses optiques en verre, et équipe ses caméras de miroirs dichroïques pour filtrer les infrarouges.
Bosch dispose aujourd’hui des caméras NWC-0700 à 2 Mp et NWC-0800 à 3,1 Mp, générant des flux Mjpeg ajustables de 32 ips en 1,3 Mp, 22 ou 24 ips en 2 Mp, et pour la NWC-0800 15 ips en 3,1 Mp. Des zooms virtuels sont possibles avec une zone d’affichage principal et 4 zones définies.
Vivotek a présenté en 2007 ses modèles IP7138 et IP7139 à 1,3 Mp. Equipés d’un processeur SoC Vivotek, elles possèdent un double codec Mpeg4 et Mjpeg, le Mpeg4 étant limité au 800×600, et sont compatibles avec les protocoles 3GPP pour la surveillance directe depuis un téléphone mobile. Panasonic dispose dans sa gamme de la caméra NP1000 munie d’un capteur 1,25 Mp, pour des flux de 12,5 ips en Mjpeg progressif.
Covi propose également une caméra CVQ-2110 MultiStream munie d’un capteur de 1280×720 pixels pour 1 ou 3 ips en Mjpeg.

Caméras hémisphériques

Un certain nombre de caméras mégapixels hémisphériques existent sur le marché. Munies d’un objectif fisheye, et montées au plafond ou sur un mur, elles donnent une vue d’ensemble d’une scène avec un champ très large, qui nécessite absolument l’emploi d’un capteur multi-mégapixels pour obtenir une résolution angulaire suffisante. Des champs virtuels peuvent être isolés à l’intérieur des données globales et reconstruits, tandis que l’analyse d’image peut être réalisée sur l’intégralité du champ acquis, en direct comme sur les enregistrements.
Les caméras fixes hémisphériques représentent un compromis intéressant au sens où elles conjuguent la couverture d’un speed dôme à la réactivité d’une caméra fixe. Ces caméras apportent des avantages indéniables de couverture de champ et de fiabilité, aucune pièce n’étant en mouvement. Elles sont souvent meilleur marché qu’un dôme et sont moins coûteuses en maintenance. Sans toutefois arriver au même niveau de précision qu’un speed dôme muni d’un zoom puissant. L’intégration dans un logiciel fiable de gestion et de supervision doit être vérifiée.
Les plus répandues sont celles développées par Grand Eye et commercialisées sous plusieurs marques. Longtemps cantonné avec des caméras analogiques Halocam Pro pouvant être mises sur IP via un volumineux DVR à placer dans le plafond à moins de 2m, Grand Eye a lancé au salon Asis en septembre son nouveau modèle de caméra IP Halocam Compact à 5 Mp. Nexvision possède toute une gamme de produits sur IP, en 3 ou 5 Mp, commercialisés aujourd’hui sous la marque Aza. Axis dispose aujourd’hui dans sa gamme du modèle 212PTZ muni d’un capteur à 3 Mp pour un champ de 140° en largeur et 105° en vertical. Bisset propose une intéressante caméra BissetVision 360 à 1,3 Mp permettant une surveillance efficace.

Conclusion

Les caméras mégapixels aujourd’hui sur le marché répondent au besoin de voir toujours plus et mieux. Après avoir été tiré vers le haut par la lutte contre le terrorisme, le marché des caméras mégapixels se développe fortement avec des caméras représentant des alternatives sérieuses en termes de rapport qualité-performances/prix. Un investissement actuel ne peut se faire sans considérer ces nouveaux modèles. Même si l’installation de caméras de qualité en résolution standard peut tout à fait répondre aux besoins d’un site aujourd’hui et pour les 5 ans qui viennent, les technologies évoluent, et les habitudes de travail vont vite évoluer et suivre l’amélioration des capteurs. Les meilleures caractéristiques techniques vont permettre de nouvelles fonctionnalités et encourager de nouvelles pratiques. Il semble qu’un investissement en caméras mégapixels soit d’emblée plus pérenne. Si un choix se porte sur des caméras standard de qualité pour d’autres considérations, comme par exemple la qualité, la disponibilité ou la compatibilité avec une solution logicielle, alors il semble important de s’assurer de la compatibilité future des investissements actuels avec des caméras mégapixels. 2008 devrait être l’année du mégapixel en vidéosurveillance, avec la plupart des fabricants proposant à côté des gammes classiques en résolution standard, des caméras mégapixels représentant l’avenir de la vidéosurveillance.

En savoir plus

Cet article est extrait du Magazine APS n°168 – Février 2008.
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