Come funzionano le telecamere di sorveglianza (Guida)

Ti sei mai chiesto come fanno quei piccoli dispositivi montati sulle pareti a proteggere casa tua? Mi sono posto la stessa domanda prima di installare il mio sistema Ring. In questo articolo, cercherò di spiegare la tecnologia delle telecamere di sorveglianza con un linguaggio semplice.

La mia formazione ingegneristica, unita all’esperienza pratica nell’installazione di telecamere di sicurezza domestica, mi ha dato la possibilità di comprendere più di quanto si possa trovare nei manuali. Ti spiegherò tutto: dai componenti di base alle funzioni avanzate, in modo che tu possa capire esattamente il modo in cui questi dispositivi proteggono la tua proprietà.

Che cos’è una telecamera di sorveglianza?

Una telecamera di sorveglianza registra l’attività in un’area specifica. A differenza delle webcam o delle fotocamere degli smartphone, questi dispositivi funzionano ininterrottamente, resistono a condizioni atmosferiche difficili e sono utili per la sicurezza. Le mie telecamere Ring si attivano quando rilevano un movimento e inviano un ping al mio cellulare in modo istantaneo, cosa che le telecamere normali non possono fare.

Osservano e documentano le attività senza che qualcuno controlli fisicamente lo spazio. Sono un deterrente per i potenziali intrusi e allo stesso tempo permettono di acquisire delle prove nel caso in cui si verifichi un imprevisto. Le mie telecamere da esterno resistono senza problemi alle condizioni climatiche estreme della mia zona: dal caldo nella stagione estiva, alla neve invernale.

Le telecamere di sorveglianza sono presenti in vari ambienti. In genere si trovano in corrispondenza dei punti di ingresso: porta d’ingresso, garage, cortile. Le aziende monitorano i registratori di cassa, le aree adibite a magazzino e i parcheggi. Gli spazi pubblici, come parchi, strade ed edifici statali li impiegano in modo da garantire una più ampia copertura in termini di sicurezza. Le caratteristiche variano a seconda del luogo, ma tutte monitorano degli spazi quando l’essere umano non può farlo.

Tipi di telecamere di sorveglianza

Al momento dell’acquisto delle telecamere, ho trovato diverse categorie che rispondono a diverse esigenze in materia di sicurezza. Ecco cosa ho scoperto prima di scegliere il sistema Ring.

Telecamere analogiche versus telecamere digitali (IP)

Le telecamere analogiche utilizzano una tecnologia più datata che invia segnali video continui attraverso cavi coassiali. Questi sistemi si collegano ai DVR per l’archiviazione e offrono una risoluzione più bassa. Per questi motivi ho evitato di acquistare una telecamera analogica per casa mia.

Le telecamere digitali o IP convertono le immagini in pacchetti di dati inviati in rete. Le telecamere ad anello rientrano in questa categoria. Acquisiscono filmati ad alta risoluzione (1080p), si collegano alle reti domestiche e archiviano i filmati in locale o nel cloud, permettonomi anche di controllare la mia proprietà da qualsiasi luogo utilizzando il cellulare.

Telecamere con o senza fili

Le telecamere con cavo necessitano di connessioni fisiche per l’alimentazione e i dati. Garantiscono un’alimentazione stabile senza interferenze di segnale, ma l’installazione può essere complicata. Il mio vicino ha dovuto  impiegare un intero fine settimana a trapanare i muri e a far passare i cavi in mansarda per installare l’impianto Ubiquiti che aveva scelto.

Le telecamere wireless utilizzano il Wi-Fi e funzionano con batterie o prese di corrente nelle vicinanze. L’installazione ha richiesto meno di un’ora per tutte e tre le telecamere, anche se la risoluzione dei problemi di connessione di una delle tre ha richiesto un’altra ora. Gli aspetti negativi? Necessitano di un buon segnale Wi-Fi e di una regolare manutenzione della batteria.

Telecamere specializzate: PTZ e altre tipologie

Le telecamere PTZ (pan-tilt-zoom) si muovono in orizzontale, in verticale e zoomano sui soggetti. Non le ho acquistate per la casa, perché troppo costose, ma le ho viste negli uffici. Il sistema di sicurezza tiene traccia dei movimenti nel parcheggio con una sola telecamera, invece di dover utilizzare più unità.

Le altre opzioni includono:

• Telecamere dome (o a cupola), discrete e resistenti agli atti vandalici);
• Telecamere turret (o a torretta), che combinano l’estetica della cupola con la chiarezza direzionale della telecamera bullet;
• Telecamere multisensore che coprono aree ampie con un’unica unità.

Considerazioni su interni ed esterni

Le telecamere per interni necessitano di una minima protezione da agenti esterni e costano meno. Funzionano bene in soggiorni e cucine dove la temperatura e l’umidità rimangono costanti.

Le telecamere per esterni devono essere protette dalle intemperie. Le mie telecamere Ring Spotlight hanno un grado di protezione IP65 per pioggia, neve, polvere e sbalzi di temperatura. La mia prima videocamera per esterni è morta dopo un inverno in Indiana perché non era adeguatamente protetta dalle intemperie. Prima dell’acquisto, verifica sempre gli intervalli di temperatura di funzionamento.

Componenti e funzionalità principali

Ecco come funzionano le telecamere di sorveglianza in base alla mia esperienza con Ring e alle mie ricerche su altri sistemi:

• Obiettivi e cattura della luce: gli obiettivi grandangolari (140° nelle mie videocamere Ring) fanno si che la luce sia concentrata sul sensore di immagine. La qualità incide direttamente sulla nitidezza delle riprese e sul campo visivo. Le mie fotocamere utilizzano sensori CMOS, che offrono prestazioni ragionevolmente buone in condizioni di scarsa illuminazione.
• Sensori di immagine: milioni di fotositi (pixel) convertono la luce in segnali elettrici. Le mie fotocamere a 1080p catturano circa 2 milioni di pixel per fotogramma, sufficienti per identificare volti e targhe in buone condizioni, ma faticano con i movimenti veloci.
• Elaborazione del segnale: il processore della telecamera migliora i dati grezzi del sensore attraverso la riduzione del rumore, la correzione del colore, la regolazione del contrasto e il bilanciamento del bianco. Questo chip determina in larga misura la qualità della visione notturna: i modelli più recenti producono filmati più chiari rispetto a quelli sgranai del mio videocitofono di prima generazione.
• Codifica e trasmissione: le telecamere comprimono i video (H.264 nei modelli Ring) prima di inviarli a sistemi di archiviazione o a server cloud tramite Wi-Fi o connessioni via cavo. L’intero processo, dalla luce che entra nell’obiettivo al video sul telefono, avviene quasi istantaneamente, con avvisi che arrivano entro pochi secondi dal rilevamento del movimento.

Fonti di energia e requisiti generali

L’installazione delle telecamere mi ha obbligato a pensare alle opzioni di alimentazione, cosa che non avevo considerato fino al giorno dell’installazione.

Opzioni di alimentazione standard

La maggior parte delle telecamere di sorveglianza utilizza una delle seguenti fonti di alimentazione: prese standard, batterie o alimentazione tramite PoE (alimentazione tramite Ethernet). La telecamera del mio campanello si collega al cavo del campanello esistente, garantendo un’alimentazione costante da 16-24 V CA. Funziona ininterrottamente senza problemi di alimentazione.

Nella mia casa precedente utilizzavo telecamere Ring alimentate a batteria per facilitare l’installazione senza cavi. Funzionavano con batterie ricaricabili agli ioni di litio che duravano da 3 a 6 mesi, a seconda dell’attività e della temperatura. L’inverno in Indiana ha causato una riduzione della durata delle batterie del 25% a causa delle temperature rigide. Non c’è niente di peggio che salire su una scala a febbraio per cambiare la batteria di una telecamera!

Alimentazione tramite Ethernet (PoE)

Le mie attuali telecamere ad anello utilizzano la tecnologia Power over Ethernet, molto più affidabile. Ricevono alimentazione e dati attraverso un unico cavo Ethernet, eliminando i cavi di alimentazione o le prese di corrente separate.

L’installazione ha richiesto la posa di cavi, ma i vantaggi hanno giustificato il lavoro: niente batterie scariche, connessioni più stabili rispetto al Wi-Fi e un’alimentazione costante per le funzioni avanzate, senza bisogno di conservare le batterie.

I vantaggi del PoE includono un sistema di cablaggio più semplice (un solo cavo invece di due), prestazioni affidabili in qualsiasi condizione atmosferica e cicli di alimentazione a distanza per le telecamere congelate. Per sistemi con più di tre telecamere, consiglio vivamente il sistema PoE, sulla base della mia esperienza con entrambi gli approcci.

Considerazioni sul consumo energetico

Il consumo di energia varia notevolmente a seconda del tipo di telecamera. Il mio videocitofono con cavo assorbe circa 4 watt in modo continuo. Le telecamere PoE da esterno consumano 5-7 watt ciascuna, un po’ di più dei modelli a batteria.

Una tipica lampadina LED consuma 8-12 watt, quindi anche più telecamere non incidono in modo significativo sulla bolletta elettrica. Tuttavia, questo dipende molto dal tipo di sistema scelto. Una configurazione PoE con 16 telecamere potrebbe consumare 60-100 watt ininterrottamente, come un computer portatile in funzione 24 ore al giorno, 7 giorni su 7.

Opzioni con pannelli solari

Per i luoghi più difficili da raggiungere, le telecamere a energia solare offrono delle valide alternative. Diverse aziende producono pannelli solari che si collegano direttamente alle telecamere da esterno. Queste funzionano meglio in climi soleggiati con almeno 3-4 ore di luce solare diretta al giorno. Nel mio caso, l’energia solare non è affidabile, dato che vivo in una zona dove le nuvole sono frequenti, anche se la telecamera solare ad anello del mio vicino funziona bene sul lato più soleggiato della strada.

Considerazioni sull’alimentazione di riserva

Le interruzioni di corrente hanno evidenziato i punti deboli della mia configurazione iniziale. Ora le mie telecamere PoE si collegano tramite uno switch di rete alimentato da un UPS che fornisce circa 4 ore di alimentazione di emergenza. Per i sistemi PoE, il backup dello switch centrale protegge tutto con una soluzione di backup a batteria.

La comprensione dei requisiti di alimentazione ha aiutato a pianificare il posizionamento delle telecamere per avere la massima copertura senza compromettere l’affidabilità o richiedere una manutenzione costante.

Archiviazione e gestione video

Dopo la configurazione, mi sono subito reso conto che l’archiviazione è importante quanto le telecamere stesse. Ecco le opzioni più importanti:

• Schede microSD: sono spesso integrate nelle telecamere autonome per l’archiviazione locale. La scheda da 128 GB della mia prima telecamera ha memorizzato due settimane di eventi ma si è guastata dopo sei mesi di continue riscritture. Il principale svantaggio: se qualcuno ruba la telecamera, si porta via tutte le prove.
• Sistemi NVR/DVR: dispositivi di registrazione dedicati che si collegano a più telecamere. L’NVR da 4 TB di un amico memorizza un mese di filmati da otto telecamere. Il costo iniziale è più elevato (300-600 euro) ma non c’è nessun canone mensile. I filmati sono di proprietà dell’utente, ma la manutenzione e il backup sono a suo carico.
• Archiviazione cloud: in questo momento utilizzo Ring (10 dollari al mese per 60 giorni di archiviazione). Accedo ai filmati da qualsiasi luogo e non mi preoccupo mai dei guasti dell’hardware. Aspetti negativi: le telecamere diventano inutilizzabili durante le interruzioni della rete internet e la privacy dipende dalle pratiche di sicurezza del provider.
• Sistemi ibridi: le telecamere più recenti offrono sia l’archiviazione su cloud che quella locale. Quando la rete internet cade, le riprese vengono bufferizzate localmente, per poi essere caricate quando la connessione ritorna. Si tratta di un sistema più costoso, ma che combina la comodità del cloud con l’affidabilità locale.
• Requisiti di archiviazione: per le telecamere a 1080p, è bene prevedere 2-5 GB al giorno per telecamera con attivazione del movimento o 15-30 GB al giorno per la registrazione continua. Scegli il tuo approccio di archiviazione in base al numero di telecamere, al budget e alle esigenze specifiche.
• Software di gestione: un buon software trasforma i filmati grezzi in informazioni sulla sicurezza utilizzabili. L’app di Ring mi permette di filtrare in base alla telecamera o all’ora, di salvare i clip importanti, di condividere i filmati e di impostare le zone di movimento, anche se trovare le registrazioni più vecchie sembra inutilmente complesso.

Connettività di rete e requisiti relativi alla larghezza di banda

Durante un recente aggiornamento a un gateway Ubiquiti per la mia rete Internet domestica, ho capito in che modo le telecamere di sorveglianza influiscono sulle prestazioni della rete. La pianificazione di future telecamere Ubiquiti e di un rack di archiviazione locale mi ha rivelato delle lezioni preziose circa i tipi di connessione.

Tipi di connessione

Le telecamere di sorveglianza si collegano alle reti in diversi modi:

• Ethernet (via cavo): le telecamere PoE Ring utilizzano connessioni Ethernet dirette, garantendo alimentazione e trasmissione dati con un solo cavo. Questo metodo offre la massima affidabilità e velocità con interferenze minime. Le mie future telecamere Ubiquiti utilizzeranno il sistema Ethernet per avere sempre prestazioni affidabili.
• Wi-Fi: molte telecamere consumer utilizzano il Wi-Fi a 2,4 o 5 GHz. Sono comode per le configurazioni veloci, ma meno affidabili: le mie prime telecamere si sono scollegate a caso durante la pioggia battente. Se scegli le telecamere Wi-Fi, posiziona il router in posizione centrale o inserisci dei nodi mesh per avere una copertura estesa a tutta la proprietà.
• Cellulare: alcune telecamere specializzate dispongono di connettività 4G/5G come connessione di riserva o primaria. Costano di più (10-15 euro al mese per telecamera) ma funzionano anche quando non c’è linea Internet, una caratteristica che ho preso in considerazione ma che non ho potuto giustificare dal punto di vista economico.

Consumo di larghezza di banda

Ogni telecamera consuma larghezza di banda, che si accumula rapidamente. Ecco i miei calcoli:

Telecamera 1080p (qualità media):

• Visualizzazione live: 2-3 Mbps per stream
• Caricamento della registrazione: 1-2 Mbps durante gli eventi di movimento

Telecamera 4K (alta qualità):

• Visualizzazione live: 8-10 Mbps per stream
• Caricamento della registrazione: 4-6 Mbps durante gli eventi di movimento

Il mio sistema a tre telecamere raggiunge occasionalmente i 15 Mbps totali quando tutte le telecamere rilevano il movimento simultaneamente. La mia rete Internet da 1.200 Mbps gestisce facilmente questa situazione, ma le connessioni più lente (inferiori a 200 Mbps) potrebbero avere problemi durante i picchi di attività delle telecamere. La DSL rurale dei miei genitori riesce a malapena a gestire una telecamera, quindi vale la pena tenere in considerazione il problema in situazioni analoghe.

Traffico di rete locale

Anche i sistemi basati sul cloud generano un notevole traffico di rete locale. Il mio gateway Ubiquiti rivela che il mio sistema Ring trasferisce 15-20 GB al mese nel cloud.

Per le telecamere Ubiquiti pianificate che registrano continuamente su un NVR, mi sto preparando ad un traffico locale più intenso. Un sistema a quattro telecamere 1080p che registra 24 ore su 24, 7 giorni su 7, genera oltre 2 TB al mese sulla rete. Questo non influisce sulla larghezza di banda di Internet, ma influisce sulle prestazioni della rete locale.

Requisiti per router e switch

I router consumer standard gestiscono bene 3-4 telecamere. Sistemi più grandi, soprattutto con registrazione continua, necessitano di miglioramenti della rete:

1. Switch gestiti: la mia configurazione Ubiquiti comprende uno switch PoE gestito che dà priorità al traffico delle telecamere per evitare cadute di frame. Non è economico, costa più di 300 euro, ma è essenziale per ottenere prestazioni affidabili.
2. Segmentazione VLAN: ho configurato il mio gateway per collocare le telecamere in una VLAN separata, isolandole dal traffico di rete per motivi di sicurezza e di prestazioni. Ci è voluto un sabato intero per configurarlo correttamente, ma ora funziona perfettamente.
3. Impostazioni QoS: le configurazioni della qualità del servizio danno priorità ai flussi video rispetto al traffico meno sensibile. Questo sistema ha fatto la differenza un giorno in cui la mia famiglia guardava video in streaming in 4K mentre io controllavo le telecamere da remoto.

Considerazioni sull’accesso remoto

La visualizzazione dei feed delle telecamere da remoto richiede connessioni in uscita. Il mio gateway Ubiquiti offre diverse opzioni:

• Accesso basato su app: Ring e Ubiquiti offrono applicazioni che si connettono tramite servizi cloud con una configurazione minima. La maggior parte degli utenti dovrebbe attenersi a questo approccio più semplice.
• Accesso VPN: per l’accesso diretto al mio NVR locale, ho configurato una VPN, che permette di avere connessioni sicure senza esporre le telecamere a Internet. Non è un approccio adatto ai principianti delle reti: ha richiesto diverse ore per la risoluzione dei problemi.

Pianificazione per l’espansione futura

Si consiglia di dotarsi di una larghezza di banda di almeno 5 Mbps per telecamera per l’archiviazione su cloud, ed essere sicuri che le reti locali gestiscano almeno 100 Mbps per i sistemi di registrazione interni. I miei piani per le telecamere Ubiquiti prevedono l’aggiornamento a uno switch da 10 gigabit tra il mio switch principale e l’NVR per aumentare il flusso di dati.

Per i sistemi che superano le otto telecamere è bene consultare un tecnico professionista per assicurarsi che l’infrastruttura gestisca il carico senza problemi di prestazioni. Vorrei averlo fatto prima, invece di acquistare uno switch.

Caratteristiche e tecnologie avanzate

I principi di base delle fotocamere non sono cambiati molto, ma queste funzioni avanzate fanno sembrare primitivi i sistemi più vecchi:

• Rilevamento del movimento: Ring utilizza sensori PIR (che rilevano il calore corporeo) e impostazioni di zona personalizzabili, che riducono i falsi allarmi del 70%, anche se a volte confondono i bidoni della spazzatura con le persone durante le giornate di vento.
• Audio bidirezionale: nonostante l’audio di qualità non eccellente, questa funzione si è rivelata sorprendentemente utile per dare istruzioni ai ragazzi delle consegne, allontanare gli adescatori e, almeno una volta, mettere in guardia qualcuno che controllava le maniglie delle portiere dell’auto nel mio vialetto.
• Visione notturna: le mie telecamere utilizzano LED a infrarossi per riprese in bianco e nero fino a 30 metri di distanza nell’oscurità, anche se non sono in grado di rilevare immagini attraverso il vetro e riflettono le superfici vicine.
• Visione notturna a colori: i sistemi più recenti utilizzano sensori estremamente sensibili con un’illuminazione supplementare minima per effettuare riprese a colori in condizioni di scarsa illuminazione: un miglioramento significativo che ho visto in azione a casa di un amico.
• Tecnologia Starlight: le telecamere di fascia alta (oltre 300 euro) utilizzano una tecnologia di derivazione militare che amplifica migliaia di volte la luce disponibile per produrre filmati a colori utilizzando solo la luce lunare o i lampioni distanti.
• Rilevamento di persone: l’intelligenza artificiale distingue le forme umane dagli altri oggetti in movimento, riducendo drasticamente i falsi allarmi dovuti al movimento di animali e detriti.
• Rilevamento dei pacchi: questa funzione riconosce i pacchi consegnati e invia avvisi specifici, cosa che ha salvato le mie consegne dalla pioggia più volte.
• Integrazione con la casa intelligente: le mie telecamere attivano le luci esterne quando rilevano un movimento dopo il tramonto, bloccano automaticamente le porte quando esco e salvano i filmati più importanti sull’archivio locale insieme ai backup su cloud.

Telecamere di sorveglianza nelle case intelligenti

L’integrazione delle telecamere con altri dispositivi intelligenti le trasforma da semplici strumenti di registrazione in componenti fondamentali di un ecosistema di sicurezza domestica reattivo:

• Integrazione Alexa/Google: Ring funziona direttamente con Alexa di Amazon, consentendomi di visualizzare i feed delle telecamere sul mio Echo Show dicendo “Mostrami la porta d’ingresso”, anche se Alexa a volte dichiara di non capire il comando.
• Hub per la domotica: è possibile collegare vari marchi, ad esempio consentire alle luci Philips Hue di rispondere quando le telecamere Ring rilevano un movimento dopo una semplice procedura di configurazione di 15 minuti.
• Connessioni IFTTT: le applet gratuite consentono interazioni tra marchi diversi, come la mia routine che accende luci interne specifiche quando la telecamera del vialetto rileva un movimento dopo il tramonto.
• Applicazioni pratiche: quando le telecamere per esterni rilevano un movimento notturno, attivano le luci esterne per tre minuti, migliorando la qualità video, dissuadendo gli intrusi e risparmiando energia.
• Integrazione della serratura intelligente: la telecamera del mio campanello comunica con il mio apriporta del garage intelligente, cosa che mi consente di autorizzare gli addetti alle riparazioni o i custodi della casa a distanza quando non sono a casa.
• Accesso remoto: gestisco tutto tramite l’app Ring o la dashboard SmartThings, con avvisi personalizzati (pacchetti sempre notificati, movimento solo quando la casa è vuota) e livelli di accesso multiutente per i membri della famiglia.
• Controllo vocale: comandi come “Mostrami il cortile” o “Quando è stata l’ultima attività alla porta d’ingresso?” funzionano sia con Google Assistant che con Alexa.
• Tutela della privacy: le telecamere interne si disattivano automaticamente quando i nostri telefoni vengono rilevati in casa, l’elaborazione dei video avviene localmente prima della trasmissione nel cloud e gli oscuratori fisici per la privacy offrono la massima protezione in caso di necessità.

Considerazioni sulla sicurezza e sulla privacy

Essendo un ingegnere, ho ovviamente verificato la presenza di falle nella sicurezza non appena ho installato le mie telecamere. La maggior parte dei modelli più recenti cripta i video utilizzando i protocolli TLS/SSL, anche se alcuni produttori fanno un lavoro migliore di altri.

Le mie videocamere Ring utilizzano la crittografia AES-128 per i filmati memorizzati e la trasmissione dei dati. I maggiori rischi per la sicurezza? Password deboli e firmware obsoleto. Continuo ad attivare gli aggiornamenti automatici e uso un gestore di password per creare accessi unici per ogni dispositivo: cose basilari che fanno un’enorme differenza.

La privacy non si limita alla sicurezza tecnica, ma riguarda anche il rispetto delle leggi. Molti Stati hanno regole su dove si possono puntare le telecamere e su cosa si può registrare. Dove vivo, posso filmare la mia proprietà, ma devo affiggere dei cartelli che informino le persone della presenza delle telecamere.

Alcuni Stati richiedono che tutti i partecipanti a una conversazione acconsentano alla registrazione, cosa che influisce sulle modalità di utilizzo delle funzioni audio bidirezionali. Ho orientato le mie telecamere in modo da evitare di riprendere troppo il cortile dei miei vicini e ho disattivato la registrazione continua per le telecamere rivolte verso le aree pubbliche. Semplici accorgimenti che mi consentono di essere in regola e di rimanere al sicuro, anche se un vicino ha comunque trovato qualcosa di cui lamentarsi.

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