Modificación de larga exposición para camaras CCTV Samsung SCB-2000/SDC-435, NVP2041 y similares.

Samsung SCB-2000 NVP2041

Esta modificación de larga exposición está destinada a las camaras CCTV que utilizan el Circuito Integrado (IC) AA87222AP, NVD2014 o similar como driver vertical de CCD. Al primero de estos se lo puede encontrar en algunas cámaras de bajo costo en sitios como aliexpress.com si buscamos "NVP2041" ya que es el IC que las controla. Lo malo de estas cámaras es que tienen un modo "nocturno" que se activa automáticamente al detectar cierto umbral de oscuridad y las imagenes pasan a escala de grises. Además, traen pegados por encima del CCD un filtro IR que es imposible de remover. El segundo lo utiliza la conocida Samsung SCB2000 o SDC-435 de costo más elevado y mayores prestaciones, con filtro IR removible.

Ambas utilizan el CCD Sony ICX638BKA (PAL) o ICX639BKA (NTSC), dependiendo de la norma que se utilice en la región.

Para esta modificación nos da lo mismo cualquiera de los dos.

Estos CCD’s contienen una matriz de color Ye-Cy-Mg-G (Amarillo-Cian-Magenta-Verde) y poseen una resolución de 795x596p, siendo 752x582p su area efectiva. Dependiendo de las TVL (lineas de televisión) escogidas por los fabricantes de las cámaras, la imagen de video que veamos va a ser mayor o menor y no va a coincidir con la resolucion real del CCD. Por ejemplo: 600TVL, 700TVL, etc...

Vayamos un poco más a fondo con la teoría:

Cuando vemos una señal de video en un monitor, vemos una imagen tras otra reproduciéndose a una determinada velocidad. A esto se le conoce como FPS (frames per second) o cuadros por segundo. Según la norma, PAL o NTSC esta velocidad difiere en unos cuantos ciclos.

Cada imagen que veamos de estas camaras está formada por dos cuadros. ¿Cómo es posible? El cerebro humano es capaz de retener imagenes por al rededor de 1/15 segundos.

Para que podamos ver la imagen completa es necesario que se reproduzcan al menos 2 frames a una velocidad menor a esta. Cada uno de estos cuadros, contiene la información de la imagen separada en líneas. El primero contiene las líneas impares y el segundo las pares. Como nuestros ojos no perciben el cambio de un cuadro al otro, lo que terminamos viendo es una imagen completa que contiene ambos campos entrelazados.

Tomando como ejemplo el CCD Sony ICX638BKA o ICX639BKA, vemos que ambos fueron fabricados para trabajar con el mismo fin. Pues, para obtener una imagen a resolución completa se debe exponer primero un campo y luego el otro. Trabajando de manera entrelazada y no progresiva como otros CCD’s (por ejemplo el reconocido Sony ICX098BK encontrado en algunas webcams). Para ello se dispone de dos señales que le indican al CCD cuando empezar y cuando terminar de exponer cada campo. Estas señales (XSG1 y XSG3) las vamos a encontrar a la entrada de dos pines del IC AA87222AP o NVD2014 y son las que vamos a controlar a nuestro antojo para poder realizar exposiciones prolongadas.

¿Cómo hacemos para saber en qué momento comenzar o finalizar la exposición de cada campo? Vamos a utilizar el IC LM1881, inyectando la señal de video compuesto a uno de sus pines de entrada. De esta manera, vamos a tener la señal de sincronismo vertical (VSYNC) a la salida de uno de sus pines, que nos va a indicar cuando empieza un nuevo campo. A su vez, en otro de sus pines vamos a tener la salida de un pulso que nos va a informar si es par o impar.

Y... ¿de qué manera podemos manejar estas señales? Es simple, vamos a utilizar un microcontrolador PIC16F877A corriendo a 20mHz que se encargará de vigilarlas y le dirá al driver vertical del CCD cuando empezar y cuando terminar cada exposición. Para ello, será necesario trabajar con algunos pines del driver. Ambos IC AA87222AP y NVD2014 comparten el mismo pinout. Es decir, cada una de sus patas cumple la misma función. Por lo tanto, la modificación es posible realizarla en cualquier cámara que contenga estos integrados.

Manos a la obra

Esta sección es muy similar a las ya conocidas modificaciones de Steve Chambers a las webcams Philips Vesta, SPC900 y otras...

Lo primero que haremos será buscar el IC para poder trabajar sobre él, en ambas cámaras se encuentra detras del CCD. Como se puede ver, es de montaje superficial (SMD) y de tamaño relativamente pequeño... Si no se trabaja con sumo cuidado y paciencia, podemos llegar a estropear nuestra cámara y quedará inutilizable.

Vamos a necesitar alambre fino esmaltado, un encendedor y una aguja o alfiler. El alambre lo podemos reciclar de algún transformador de lamparas de bajo consumo.

El siguiente paso será desoldar y levantar 3 pines. El N° 2 (XSUB), 5 (XSG1) y 7 (XSG3).

Colocaremos la punta de la aguja o alfiler por debajo del pin a levantar, y sobre él apoyaremos la punta del soldador por algunos segundos. Haciendo presión hacia arriba con la aguja (con mucho cuidado), los levantaremos uno a uno.

Una vez hecho esto, vamos a poder utilizar los pines y los pads (las pistas donde estaban soldados anteriormente). Debería quedarnos así...

A continuación vamos a cortar seis trozos de alambre de cobre esmaltado, de unos 10 centimetros (para trabajar con comodidad) y vamos a quemar cada una de sus puntas con un encendedor para derretir el esmalte. Luego las frotaremos con virulana para que queden limpias y las estañaremos con una pequeña gota de estaño.

Ahora vamos a utilizar solamente un extremo de cada alambre y los iremos soldando a los pads...

Y después a los pines.

Una vez terminado, nos van a quedar 6 extremos de alambres sin soldar (para utilizar con el circuito de control). Lo ideal es pegarle a cada uno una etiqueta con el nombre de cada pin/pad para facilitar su identificación. Debería quedarnos así...

Ahora utilizaremos algún pegamento para aislar y proteger los pines. Lo aplicaremos con cuidado de no bajarlos y evitaremos el contacto entre pines y pads. Pues, si esto sucede la modificación no tendra efecto. Yo utilizo "Fastix" (el del envase rojo, que soporta altas temperaturas) para que el calor que generan los componentes no lo derrita o despegue.

Si llegaste hasta aquí...

¡FELICIDADES! ya puedes relajarte. No volveremos a tocar ningún componente de montaje superficial.

Circuito de control

(Click en la imagen para verla en alta resolución).

Funcionamiento

La llave SW2 controla el obturador electrónico del CCD. Cuando está encendido, la cámara funciona de manera normal o como viene de fabrica. Para largas exposiciones deberemos asegurarnos de tenerlo apagado. Luego, el control de la exposición se realiza mediante el PIN 15 del PIC16F877A, el cúal se deberá conmutar entre +5V y GND por la cantidad de tiempo que queramos exponer (no hay limite). Para ello, podemos utilizar el puerto serie/paralelo de la PC controlando alguno de sus pines por software. Si queremos testear de manera rapida si el circuito funciona de manera correcta, podemos darle uso al LM555 como intervalómetro. Para encenderlo o apagarlo utilizaremos la llave SW1 y controlaremos el tiempo de exposición con el potenciometro R15. De lo contrario, podemos utilizar una llave simple inversora para hacerlo de forma manual. Tanto el control por puerto serie/paralelo, como con llave manual, deberá realizarse con el intervalómetro apagado.

NOTA: Para obtener las imagenes es recomendable utilizar una capturadora de video USB, grabar el video y luego con un programa de edición seleccionar los fotogramas que nos interesen (tal cuál como se hace con las webcams modificadas). En "COMPOSITE IN" deberá ir conectada la salida de video de la camara, y ésta, a la entrada de video de la capturadora (CVBS IN).