Веб -камера — это видеокамера , предназначенная для записи или потоковой передачи на компьютер или компьютерную сеть . Они в основном используются в видеотелефонии , потоковом вещании в реальном времени , социальных сетях и безопасности . Веб-камеры могут быть встроенными в компьютерное оборудование или периферийные устройства и обычно подключаются к устройству с помощью USB или беспроводных протоколов .
Веб-камеры использовались в Интернете еще в 1993 году, а первая широко распространенная коммерческая камера стала доступна в 1994 году. Раннее использование веб-камер в Интернете в основном ограничивалось неподвижными снимками, передаваемыми в потоковом режиме на веб-сайты. В конце 1990-х и начале 2000-х годов клиенты обмена мгновенными сообщениями добавили поддержку веб-камер, что увеличило их популярность в видеоконференциях. Производители компьютеров также начали интегрировать веб-камеры в оборудование ноутбуков . В 2020 году пандемия COVID-19 вызвала нехватку веб-камер из-за увеличения числа людей, работающих из дома .
Впервые разработанная в 1991 году веб-камера была направлена на кофейник «Троянская комната» на факультете компьютерных наук Кембриджского университета (первоначально работавшая через локальную сеть, а не через Интернет). Камера была окончательно выключена 22 августа 2001 года. Окончательное изображение, снятое камерой, до сих пор можно просмотреть на ее домашней странице. [1] [2] Самая старая постоянно действующая веб-камера, FogCam Университета штата Сан-Франциско , работает с 1994 года и продолжает работать по состоянию на сентябрь 2023 года. [обновлять]Она обновляется каждые 20 секунд. [3]
SGI Indy , выпущенный в 1993 году, является первым коммерческим компьютером со стандартной видеокамерой [4] и первым компьютером SGI со стандартными видеовходами. [5]
Максимальное поддерживаемое входное разрешение составляет 640×480 для NTSC или 768×576 для PAL . Однако для съемки в любом из этих разрешений требуется быстрая машина; Например, Indy с более медленным процессором R4600PC может потребовать уменьшения входного разрешения перед сохранением или обработкой. Однако аппаратное обеспечение Vino способно передавать видеополя DMA непосредственно в буфер кадра с минимальной нагрузкой на процессор.
Первая широко распространенная коммерческая веб-камера, черно-белая QuickCam , вышла на рынок в 1994 году и была создана американской компьютерной компанией Connectix . QuickCam была доступна в августе 1994 года для Apple Macintosh с подключением через последовательный порт и стоила 100 долларов. Джон Гарбер, разработчик устройства, хотел назвать его «Mac-камерой», но отдел маркетинга Connectix отклонил это предложение; версия с параллельным портом, совместимым с ПК, и программным обеспечением для Microsoft Windows была выпущена в октябре 1995 года. Оригинальная камера Quick Cam обеспечивала разрешение 320x240 пикселей с глубиной шкалы серого 16 оттенков при 60 кадрах в секунду или 256 оттенков при 15 кадрах в секунду. . [6] Эти камеры были протестированы при нескольких запусках Delta II с использованием различных протоколов связи, включая CDMA, TDMA, GSM и HF.
Видеоконференции через компьютеры уже существовали, и в то время программное обеспечение для видеоконференций на базе клиент-сервер, такое как CU-SeeMe , начало становиться популярным.
Первым широко известным ноутбуком со встроенной веб-камерой по цене от 12 000 долларов США был ноутбук IBM RS/6000 860 [7] [8] и родственный ему ThinkPad 850 [9] , выпущенный в 1996 году.
Одним из наиболее широко освещаемых вебкам-сайтов был JenniCam , созданный в 1996 году, который позволял пользователям Интернета постоянно наблюдать за жизнью своего тезки, в том же духе, что и реалити-шоу « Большой Брат» , вышедшее четыре года спустя. [10] Другие камеры установлены с видом на мосты, площади и другие общественные места, а их результаты доступны на общедоступной веб-странице в соответствии с первоначальной концепцией «веб-камеры». Также были созданы веб-сайты-агрегаторы, предоставляющие тысячи прямых видеопотоков или актуальных неподвижных изображений, что позволяет пользователям находить прямые видеопотоки на основе местоположения или других критериев.
В конце 1990-х годов Microsoft NetMeeting была единственным широко распространенным программным обеспечением для видеоконференций на ПК, в котором использовались веб-камеры. [11] В последующие годы клиенты обмена мгновенными сообщениями начали добавлять поддержку веб-камеры: Yahoo Messenger представил ее в версии 5.5 в 2002 году, позволяя совершать видеовызовы со скоростью 20 кадров в секунду с помощью веб-камеры. [12] MSN Messenger получил эту возможность в версии 5.0 в 2003 году. [13]
Примерно на рубеже 21-го века производители компьютерного оборудования начали встраивать веб-камеры непосредственно в экраны ноутбуков и настольных компьютеров, тем самым устраняя необходимость использования внешней камеры USB или FireWire . Постепенно веб-камеры стали использоваться больше для телекоммуникаций или видеотелефонии между двумя людьми или между несколькими людьми, чем для предоставления просмотра веб-страницы неизвестной публике.
Менее чем за 100 долларов США в 2012 году стала доступна трехмерная космическая веб-камера, снимающая видео и фотографии в трехмерном анаглифном изображении с разрешением до 1280 × 480 пикселей. И отправитель, и получатель изображений должны использовать 3D-очки, чтобы увидеть эффект трехмерного изображения. [14]
Веб-камеры считаются важным аксессуаром для удаленной работы , главным образом для того, чтобы компенсировать более низкое качество обработки видео встроенной камерой среднего ноутбука. Во время пандемии COVID-19 ощущалась нехватка веб-камер. [15] Большинство ноутбуков до и во время пандемии производились с камерами, в лучшем случае обеспечивающими качество записи 720p, по сравнению с отраслевым стандартом 1080p или 4K, который использовался в смартфонах и телевизорах того же периода. [16] Отставание в разработке новых разработок для встроенных веб-камер является результатом конструктивного недостатка: ноутбуки слишком тонкие, чтобы вместить 7-миллиметровые модули камеры, вместо этого используются ~2,5 мм. [17] [18] Кроме того, компоненты камеры более дорогие, и спрос на эту функцию невелик. [19] [20] Смартфоны начали использоваться в качестве резервного варианта или замены веб-камеры с комплектами, включающими освещение и штативы или загружаемые приложения. [21]
Датчики изображения могут быть CMOS или CCD , причем первый преобладает в недорогих камерах, но камеры CCD не обязательно превосходят камеры на базе CMOS в недорогом диапазоне. Большинство потребительских веб-камер способны передавать видео с разрешением VGA и частотой кадров 30 кадров в секунду. Многие новые устройства могут воспроизводить видео с разрешением в несколько мегапикселей , а некоторые могут работать с высокой частотой кадров, например PlayStation Eye , который может воспроизводить видео 320×240 со скоростью 120 кадров в секунду. [22] Большинство датчиков изображения производятся Omnivision или Sony .
Поскольку веб-камеры развивались одновременно с технологиями отображения, скоростью интерфейса USB и скоростью широкополосного доступа в Интернет, разрешение постепенно увеличивалось с 320×240 до 640×480, а некоторые теперь даже предлагают 1280×720 (также известное как 720p ) или 1920×1080 (также известное как 720p). 1080p ) разрешение. [23] [24] [25] Несмотря на низкую стоимость, разрешение, предлагаемое по состоянию на 2019 год, впечатляет: теперь веб-камеры бюджетного класса предлагают разрешение 720p , веб-камеры среднего класса — 1080p , а веб-камеры высокого класса — 4K. разрешение 60 кадров в секунду.
Доступны различные линзы, наиболее распространенной в веб-камерах потребительского уровня является пластиковая линза , которую можно вручную перемещать и выдвигать для фокусировки камеры. Также доступны объективы с фиксированным фокусом , которые не имеют возможности регулировки. Поскольку глубина резкости системы камеры больше для небольших форматов изображений и больше для объективов с большим числом f (маленькой диафрагмой), системы, используемые в веб-камерах, имеют достаточно большую глубину резкости, поэтому использование объектива с фиксированным фокусом не оказывает существенного влияния на резкость изображения.
В большинстве моделей используется простая безфокусная оптика (фиксированный фокус, настроенный на заводе на обычное расстояние от монитора, к которому он крепится до пользователя) или ручная фокусировка.
Веб-камеры могут иметь различные настройки и поля обзора . Отдельные пользователи могут использовать угол обзора менее 90° по горизонтали для домашних офисов и прямых трансляций. Веб-камеры с горизонтальным углом обзора до 360° можно использовать для помещений небольшого и среднего размера (иногда даже для больших помещений). В зависимости от целей пользователей веб-камеры на рынке могут отображать всю комнату или только ее окрестности.
Поскольку фильтр Байера является запатентованным, любая веб-камера содержит некоторую встроенную обработку изображений , отдельную от сжатия. Цифровые видеопотоки представляют собой огромные объемы данных, что затрудняет их передачу (от датчика изображения, где данные непрерывно создаются) и хранение. Большинство, если не все, дешевые веб-камеры оснащены встроенным ASIC для сжатия видео в режиме реального времени.
Вспомогательная электроника считывает изображение с датчика и передает его на главный компьютер. Большинство веб-камер поставляются с контроллером, который транслирует видео через USB от Sonix, Suyin, Ricoh , Realtek или других. Обычно каждый кадр передается несжатым в формате RGB или YUV или сжатым в формате JPEG . В некоторых камерах, например в камерах мобильных телефонов , используется CMOS-датчик с вспомогательной электроникой «на кристалле», т. е. датчик и вспомогательная электроника построены на одном кремниевом чипе для экономии места и производственных затрат. Большинство веб-камер оснащены встроенными микрофонами , что делает видеосвязь и видеоконференции более удобными.
Типичными интерфейсами , используемыми в изделиях, продаваемых как «веб-камеры», являются USB , Ethernet и IEEE 802.11 (называемый IP-камерой ). Также были доступны дополнительные интерфейсы, такие как, например, композитное видео , S-Video или FireWire . Спецификация класса видеоустройств USB (UVC) позволяет подключать веб-камеры к компьютерам без необходимости использования проприетарных драйверов устройств.
Для обработки потока UVC доступно различное проприетарное, а также бесплатное и открытое программное обеспечение. Для обработки потока UVC можно использовать Guvcview или GStreamer и программное обеспечение на его основе. Другой может использовать несколько USB-камер, подключенных к главному компьютеру, на котором установлено программное обеспечение, и транслировать несколько потоков одновременно через (беспроводной) Ethernet, например MotionEye. MotionEye можно установить либо на Raspberry Pi как MotionEyeOs, либо впоследствии также на Raspbian. MotionEye также можно настроить на Debian, Raspbian — это вариант Debian. MotionEye V4.1.1 (21 августа) может работать только на Debian 10 Buster (старая стабильная версия) и Python 2.7. По словам Крисана, основателя и автора MotionEye, более новые версии, такие как 3.X, на данный момент не поддерживаются.
Для съемки видео и фотографий можно использовать различные широко используемые программные инструменты, такие как PicMaster и приложение Microsoft Camera (для использования с операционными системами Windows ), Photo Booth ( Mac ) или Cheese (с системами Unix ). Более полный список см. в разделе «Сравнение программного обеспечения для веб-камер» .
Наиболее распространенным применением веб-камер является установление видеосвязи , позволяющее компьютерам действовать как видеотелефоны или станции видеоконференций . Например, камеру Apple iSight , встроенную в ноутбуки Apple, iMac и большинство iPhone , можно использовать для сеансов видеочата с помощью программы обмена мгновенными сообщениями Messages . Другие популярные применения включают наблюдение за безопасностью, компьютерное зрение , видеовещание и запись социальных видеороликов.
Веб-камеры могут быть добавлены к службам обмена мгновенными сообщениями , службам текстового чата, таким как AOL Instant Messenger , и службам VoIP , таким как Skype , прямая видеосвязь один на один через Интернет теперь достигла миллионов обычных пользователей ПК по всему миру. Улучшенное качество видео помогло веб-камерам посягнуть на традиционные системы видеоконференций. Новые функции, такие как автоматическое управление освещением, улучшения в реальном времени (ретуширование, разглаживание морщин и вертикальное растяжение), автоматическое отслеживание лиц и автофокусировка, помогают пользователям, обеспечивая существенное удобство использования, что еще больше увеличивает популярность веб-камер.
Веб-камеры также могут стимулировать удаленную работу , позволяя людям работать удаленно через Интернет. Такое использование имело решающее значение для выживания многих предприятий во время пандемии COVID-19 , когда личная работа в офисе не поощрялась. Предприятия, школы и частные лица полагаются на видеоконференции вместо того, чтобы тратить деньги на деловые поездки для встреч. Более того, количество камер и программного обеспечения для видеоконференций с тех пор увеличилось в разы из-за их популярности.
Функции и производительность веб-камеры могут различаться в зависимости от программы , операционной системы компьютера , а также возможностей процессора компьютера . Поддержка видеовызовов также добавлена в несколько популярных программ обмена мгновенными сообщениями .
Веб-камеры позволяют осуществлять недорогой видеочат в режиме реального времени и веб-трансляцию как в любительских, так и в профессиональных целях. Они часто используются в онлайн-знакомствах и для личных онлайн-услуг, предлагаемых в основном женщинами, занимающимися видеосъемкой . Однако простота использования веб-камеры через Интернет для видеочата также вызывает проблемы. Например, систему модерации различных веб-сайтов видеочатов, таких как Omegle , критиковали как неэффективную, а сексуальный контент по-прежнему широко распространен. [26] В 2013 году передача обнаженных фотографий и видео через Omegle от девочки-подростка школьному учителю привела к обвинению в детской порнографии . [27]
Популярность веб-камер среди подростков, имеющих доступ к Интернету, вызвала обеспокоенность по поводу использования веб-камер для киберзапугивания . [28] Записи подростков, в том числе несовершеннолетних, с веб-камеры часто размещаются на популярных веб-форумах и имиджбордах , таких как 4chan . [29] [30]
Веб-камеры можно использовать в качестве камер видеонаблюдения . Доступно программное обеспечение, позволяющее камерам, подключенным к ПК, отслеживать движение и звук, записывая их при их обнаружении. Эти записи затем можно сохранить на компьютере, отправить по электронной почте или загрузить в Интернет. В одном широко разрекламированном случае [31] компьютер отправил по электронной почте изображения грабителя во время кражи компьютера, что позволило владельцу предоставить полиции четкое изображение лица грабителя даже после того, как компьютер был украден.
В декабре 2011 года Россия объявила, что 290 000 веб-камер будут установлены на 90 000 избирательных участках для наблюдения за президентскими выборами в России 2012 года . [32] Веб-камеры могут быть установлены в таких местах, как детские сады, офисы, магазины и частные помещения, для наблюдения за безопасностью и общей деятельностью.
Некоторые модели веб-камер, способные работать при очень слабом освещении, очень популярны для фотографирования ночного неба астрономами и астрофотографами. В основном это камеры с ручной фокусировкой, содержащие старую ПЗС-матрицу вместо сравнительно новой CMOS-матрицы. Линзы камер снимаются, а затем прикрепляются к телескопам для записи изображений, видео, фотографий или того и другого. В новых методах видео очень тусклых объектов снимается в течение нескольких секунд, а затем все кадры видео «складываются» вместе, чтобы получить неподвижное изображение с приличным контрастом. [33]
Реакция ПЗС веб-камеры линейно пропорциональна падающему свету. [34] Таким образом, веб-камеры подходят для записи профилей лазерного луча после снятия линзы. Разрешение профилировщика лазерного луча зависит от размера пикселя. Коммерческие веб-камеры обычно предназначены для записи цветных изображений. Размер цветного пикселя веб-камеры зависит от модели и может находиться в диапазоне от 5 до 10 мкм. Однако цветной пиксель состоит из четырех черно-белых пикселей, каждый из которых оснащен цветным фильтром (подробнее см. Фильтр Байера ). Хотя эти цветные фильтры хорошо работают в видимом диапазоне, они могут быть довольно прозрачными в ближнем инфракрасном диапазоне. Переключив веб-камеру в режим Байера, можно получить доступ к информации отдельных пикселей и получить разрешение ниже 3 мкм. [35]
Многие пользователи не желают постоянного воздействия, для которого изначально были предназначены веб-камеры, а предпочитают конфиденциальность. [36] Такая конфиденциальность теряется, когда вредоносное ПО позволяет злоумышленникам активировать веб-камеру без ведома пользователя, предоставляя хакерам прямую видео- и аудиотрансляцию. [37] Это вызывает особую озабоченность на многих портативных компьютерах, поскольку такие камеры обычно невозможно физически вывести из строя в случае взлома такой программой «Троянский конь» или другими подобными шпионскими программами.
Камеры, такие как старые внешние камеры Apple iSight , оснащены крышками объектива, чтобы предотвратить это. Некоторые веб-камеры имеют встроенные светодиодные индикаторы, которые загораются всякий раз, когда камера активна, иногда только в режиме видео. [38] Однако, в зависимости от схемы веб-камеры, вредоносное ПО может обойти индикатор и тайно активировать камеру, как это продемонстрировали исследователи на примере встроенной камеры MacBook в 2013 году. [ 38] ]
Различные компании продают выдвижные крышки объектива и наклейки, которые позволяют пользователям дооснащать компьютер или смартфон, чтобы при необходимости закрыть доступ к объективу камеры. [38] Одна из таких компаний сообщила, что с 2013 по 2016 год продала более 250 000 таких изделий. [38] Однако любой непрозрачный материал подойдет так же хорошо. [38]
Процесс попытки взлома веб-камеры человека и активации ее без разрешения владельца веб-камеры называется camfecting , сочетание слов cam и Infecting . Веб-камеру, активируемую удаленно, можно использовать для просмотра всего, что находится в поле зрения веб-камеры. Каминфицирование чаще всего осуществляется путем заражения компьютера жертвы компьютерным вирусом .