Веб -камера — это видеокамера , предназначенная для записи или потоковой передачи на компьютер или компьютерную сеть . Они в основном используются в видеотелефонии , потоковой передаче в реальном времени и социальных сетях , а также в целях безопасности . Веб-камеры могут быть встроены в компьютерное оборудование или быть периферийными устройствами 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 стационарными снимками, транслируемыми на веб-сайты. В конце 1990-х и начале 2000-х годов клиенты для обмена мгновенными сообщениями добавили поддержку веб-камер, что увеличило их популярность в видеоконференциях. Позже производители компьютеров начали интегрировать веб-камеры в оборудование ноутбуков . В 2020 году пандемия COVID-19 привела к нехватке веб-камер из-за возросшего числа людей, работающих из дома .
Впервые разработанная в 1991 году веб-камера была направлена на кофейник Trojan Room на факультете компьютерных наук Кембриджского университета (первоначально работая по локальной сети вместо Интернета). Камера была окончательно выключена 22 августа 2001 года. Окончательное изображение, снятое камерой, все еще можно увидеть на ее домашней странице. [1] [2] Старейшая непрерывно работающая веб-камера, FogCam Университета штата Сан-Франциско , работает с 1994 года и все еще работает по состоянию на сентябрь 2024 года. Она обновляется каждые 20 секунд. [3][обновлять]
SGI Indy , выпущенный в 1993 году, стал 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 захвата 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 оборудование Vino способно выполнять DMAing видеополей непосредственно в буфер кадра с минимальными накладными расходами на процессор.
Первая широко распространенная коммерческая веб-камера, черно-белая QuickCam , вышла на рынок в 1994 году, созданная американской компьютерной компанией Connectix . QuickCam была доступна в августе 1994 года для Apple Macintosh , подключаясь через последовательный порт , по цене 100 долларов. Джон Гарбер, дизайнер устройства, хотел назвать его «Mac-камерой», но маркетинговый отдел Connectix отклонил его предложение; версия с совместимым с ПК параллельным портом и программным обеспечением для Microsoft Windows была выпущена в октябре 1995 года. Оригинальная Quick Cam обеспечивала разрешение 320x240 пикселей с глубиной оттенков серого 16 оттенков при 60 кадрах в секунду или 256 оттенков при 15 кадрах в секунду. [6] Эти камеры были протестированы на нескольких запусках Delta II с использованием различных протоколов связи, включая CDMA, TDMA, GSM и HF.
Видеоконференции с использованием компьютеров уже существовали, и в то время стало набирать популярность клиент-серверное программное обеспечение для видеоконференций, такое как CU-SeeMe .
Первым широко известным ноутбуком со встроенной веб-камерой, по цене от 12 000 долларов США, был ноутбук IBM RS/6000 860 [7] [8] и родственная ему модель ThinkPad 850 [9] , выпущенные в 1996 году.
Одним из наиболее широко освещаемых сайтов веб-камер был JenniCam , созданный в 1996 году, который позволял интернет-пользователям постоянно наблюдать за жизнью его тезки, в том же духе, что и реалити-шоу Big Brother , запущенное четыре года спустя. [10] Другие камеры установлены с видом на мосты, общественные площади и другие общественные места, их выход доступен на публичной веб-странице в соответствии с первоначальной концепцией «веб-камеры». Также были созданы 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 используемым программным обеспечением для видеоконференций на ПК, использующим веб-камеры. [11] В последующие годы клиенты для обмена мгновенными сообщениями начали добавлять поддержку веб-камер: Yahoo Messenger представил ее в версии 5.5 в 2002 году, позволяя осуществлять видеозвонки со скоростью 20 кадров в секунду с использованием веб-камеры. [12] MSN Messenger получил эту возможность в версии 5.0 в 2003 году. [13]
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 USB- или FireWire -камеры. 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, создающая видео и фотографии в 3D- анаглифном изображении с разрешением до 1280 × 480 пикселей. Зрители должны использовать 3D-очки, чтобы увидеть эффект трехмерного изображения. [14]
С выходом удаленной работы в массовый оборот встроенные камеры обычных ноутбуков иногда считались недостаточными. Следовательно, во время пандемии COVID-19 в розничной торговле возникла нехватка внешних веб-камер. [15] Большинство ноутбуков до и во время пандемии выпускались с камерами, обеспечивающими в лучшем случае 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 встроенных веб-камер является результатом конструктивного недостатка, поскольку ноутбуки были слишком тонкими, чтобы поддерживать 7-миллиметровые модули камеры, помещающиеся внутри, вместо этого прибегали к ~2,5 мм. [17] [18] Кроме того, компоненты камеры стали дороже, а спрос на эту функцию невысок, [19] [20] Смартфоны начали использоваться в качестве резервного варианта или замены веб-камеры с наборами, включающими освещение и штативы или загружаемые приложения. [21]
Датчики изображения могут быть CMOS или CCD , причем первый вариант доминирует в недорогих камерах, но камеры CCD не обязательно превосходят камеры на базе CMOS в низком ценовом диапазоне. Большинство потребительских веб-камер способны обеспечивать видео с разрешением VGA и частотой кадров 30 кадров в секунду. Многие новые устройства могут воспроизводить видео с многомегапиксельным разрешением , а некоторые могут работать с высокой частотой кадров, например PlayStation Eye , которая может воспроизводить видео 320×240 со скоростью 120 кадров в секунду. [22] Большинство датчиков изображения поставляются Omnivision или Sony .
Поскольку веб-камеры развивались одновременно с технологиями отображения, скоростями интерфейса USB и скоростями широкополосного интернета, разрешение постепенно увеличивалось с 320×240 до 640×480, а некоторые теперь даже предлагают разрешение 1280×720 (также известное как 720p ) или 1920×1080 (также известное как 1080p ). [23] [24] [25] Несмотря на низкую стоимость, разрешение, предлагаемое по состоянию на 2019 год, впечатляет: теперь веб-камеры начального уровня предлагают разрешение 720p , веб-камеры среднего уровня предлагают разрешение 1080p , а веб-камеры высокого уровня предлагают разрешение 4K при 60 кадрах в секунду.
Доступны различные объективы, наиболее распространенным в веб-камерах потребительского класса является пластиковый объектив , который можно вручную вдвигать 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 (малой апертурой), системы, используемые в веб-камерах, имеют достаточно большую глубину резкости, поэтому использование объектива с фиксированным фокусом не влияет на резкость изображения в значительной степени.
В большинстве моделей используется простая, безфокусная оптика (фиксированный фокус, установленный на заводе на обычное расстояние от монитора, к которому он крепится пользователем) или ручная фокусировка.
Веб-камеры могут иметь различные предустановки и поля зрения . Отдельные пользователи могут использовать горизонтальное поле зрения менее 90° для домашних офисов и прямой трансляции. Веб-камеры с горизонтальным полем зрения до 360° могут использоваться для небольших и средних помещений (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 фирменным, любая веб-камера содержит встроенную обработку изображений , отдельную от сжатия. Цифровые видеопотоки представлены огромными объемами данных, что затрудняет их передачу (от датчика изображения, где данные непрерывно создаются) и хранение. Большинство, если не все, дешевых веб-камер оснащены встроенной микросхемой ASIC для сжатия видео в реальном времени.
Вспомогательная электроника считывает изображение с сенсора и передает его на хост-компьютер. Большинство веб-камер оснащены контроллером, который транслирует видео по USB от Sonix, Suyin, Ricoh , Realtek или других. Обычно каждый кадр передается несжатым в RGB или YUV или сжимается как JPEG . Некоторые камеры, такие как камеры мобильных телефонов , используют датчик CMOS с поддерживающей электроникой «на кристалле», то есть датчик и поддерживающая электроника построены на одном кремниевом кристалле для экономии места и производственных затрат. Большинство веб-камер оснащены встроенными микрофонами , что делает видеозвонки и видеоконференции более удобными.
Типичные интерфейсы, используемые в изделиях, продаваемых как «веб-камера», — это USB , Ethernet и IEEE 802.11 (называемые IP-камерой ). Также были доступны дополнительные интерфейсы, такие как, например, Composite video , S-Video или FireWire . Спецификация класса видеоустройств USB (UVC) позволяет подключать веб-камеры к компьютерам без необходимости использования фирменных драйверов устройств.
Для обработки потока UVC доступно различное фирменное, а также бесплатное и открытое программное обеспечение. Можно использовать Guvcview или GStreamer и программное обеспечение на основе GStreamer для обработки потока UVC. Другой может использовать несколько USB-камер, подключенных к хост-компьютеру, на котором находится программное обеспечение, и транслировать несколько потоков одновременно через (беспроводной) Ethernet, например MotionEye. MotionEye можно установить либо на Raspberry Pi как MotionEyeOs, либо впоследствии и на Raspbian. MotionEye также можно настроить на Debian, Raspbian — это вариант Debian. MotionEye V4.1.1 (август 21 г.) может работать только на Debian 10 Buster (старая стабильная версия) и Python 2.7. Более новые версии, такие как 3.X, на данный момент не поддерживаются, по словам Ccrisan, основателя и автора MotionEye.
Для съемки видео и фотографий можно использовать различные широко используемые программные средства, 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 популярное применение веб-камер — это создание видеосвязи , позволяющей компьютерам выступать в качестве видеотелефонов или станций видеоконференций . Например, камера iSight от Apple , встроенная в ноутбуки Apple, iMac и большинство iPhone , может использоваться для сеансов видеочата с использованием программы обмена мгновенными сообщениями Messages . Другие популярные применения включают в себя наблюдение за безопасностью, компьютерное зрение , видеотрансляцию и запись социальных видеороликов.
Веб-камеры могут быть добавлены к службам обмена мгновенными сообщениями , текстовым чатам, таким как AOL Instant Messenger , и VoIP- службам, таким как Skype , личное видеообщение в реальном времени через Интернет теперь достигло миллионов основных 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 (ретушь, разглаживание морщин и вертикальное растяжение), автоматическое отслеживание лица и автофокусировка, помогают пользователям, обеспечивая существенное удобство использования, что еще больше увеличивает популярность веб-камер.
Веб-камеры также могут поощрять 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 отдельные лица полагались на видеоконференции вместо того, чтобы тратить деньги на деловые поездки для проведения встреч. Более того, с тех пор количество камер и программного обеспечения для видеоконференций увеличилось из-за их популярности.
Функции и производительность веб-камеры могут различаться в зависимости от программы , операционной системы компьютера , а также от возможностей процессора компьютера . Поддержка видеозвонков также была добавлена в несколько популярных программ обмена мгновенными сообщениями .
Веб-камеры позволяют осуществлять недорогой видеочат в реальном времени и веб-трансляцию как в любительских, так и в профессиональных целях. Они часто используются в онлайн-знакомствах и для онлайн-персональных услуг, предлагаемых в основном женщинами во время веб-чатов . Однако простота использования веб-камеры через Интернет для видеочата также вызвала проблемы. Например, система модерации различных сайтов видеочатов, таких как Omegle, была раскритикована как неэффективная, с сексуальным контентом, по-прежнему распространенным. [26] В случае 2013 года 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 кибербуллинга . [28] Записи с веб-камер подростков, в том числе несовершеннолетних, часто публикуются на популярных веб-форумах и имиджбордах , таких как 4chan . [29] [30]
Веб-камеры могут использоваться в качестве камер безопасности . Существует программное обеспечение, позволяющее подключенным к ПК камерам следить за движением и звуком, записывая и то, и другое при их обнаружении. Затем эти записи можно сохранить на компьютере, отправить по электронной почте или загрузить в Интернет. В одном широко известном 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 на 90 000 избирательных участков будет установлено 290 000 веб-камер для наблюдения за выборами президента России 2012 года . [32] Веб-камеры могут быть установлены в таких местах, как детские сады, офисы, магазины и частные территории, для контроля за безопасностью и общей деятельностью.
Благодаря возможности съемки при очень слабом освещении, несколько конкретных моделей веб-камер очень популярны для фотографирования ночного неба астрономами и астрофотографами. В основном, это камеры с ручной фокусировкой, содержащие старую матрицу ПЗС вместо сравнительно новой матрицы КМОП. Объективы камер снимаются, а затем они прикрепляются к телескопам для записи изображений, видео, неподвижных изображений или того и другого. В более новых технологиях видео очень слабых объектов снимаются в течение нескольких секунд, а затем все кадры видео «складываются» вместе, чтобы получить неподвижное изображение с приемлемым контрастом. [33]
Отклик ПЗС веб-камеры линейно пропорционален входящему свету. [34] Поэтому веб-камеры подходят для записи профилей лазерного луча после снятия объектива. 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 разрешение стало возможным ниже 3 мкм. [35]
Многие пользователи не желают постоянного воздействия, для которого изначально предназначались веб-камеры, а предпочитают конфиденциальность. [36] Такая конфиденциальность теряется, когда вредоносное ПО позволяет злонамеренным хакерам активировать веб-камеру без ведома пользователя, предоставляя хакерам прямую видео- и аудиотрансляцию. [37] Это особенно актуально для многих ноутбуков, поскольку такие камеры обычно невозможно физически отключить, если их взломает такая троянская программа или другие подобные шпионские программы.
Такие камеры, как старые внешние камеры iSight от Apple, включают крышки объективов, чтобы помешать этому. Некоторые веб-камеры имеют встроенные светодиодные индикаторы, которые загораются всякий раз, когда камера активна, иногда только в режиме видео. [38] Однако, в зависимости от конструкции схемы веб-камеры, вредоносное ПО может обойти индикатор и тайно активировать камеру, как это продемонстрировали исследователи в случае встроенной камеры MacBook в 2013 году. [ 38]
Различные компании продают раздвижные крышки объектива и наклейки, которые позволяют пользователям модернизировать компьютер или смартфон, чтобы закрыть доступ к объективу камеры по мере необходимости. [38] Одна из таких компаний сообщила о продаже более 250 000 таких изделий с 2013 по 2016 год. [38] Однако любой непрозрачный материал будет работать так же хорошо. [38]
Процесс попытки взлома веб-камеры человека и ее активации без разрешения владельца веб-камеры называется camfecting , что является гибридом слов cam и infecting . Удаленно активированная веб-камера может использоваться для просмотра всего, что находится в поле зрения веб-камеры. Camfecting чаще всего осуществляется путем заражения компьютера жертвы компьютерным вирусом .