Вебкамера (Webcam). Описание, виды, принцип работы и выбор вебкамеры

Web-камера — это цифровое устройство, которое состоит из видеокамеры (ПЗС-матрицы), процессора компрессии и встроенного web-сервера. Web-камера предназначена для организации видеонаблюдения и передачи видеоизображения по сети LAN/WAN/Internet. Для работы web-камеры в сети не требуется специальных устройств и персонального компьютера.

В зависимости от настроек, доступ к видеоизображению, полученному web-камерой, может быть открыт всем пользователям сети или только авторизованным пользователям .

Устройство и принцип работы web-камеры

Современная web-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие и передачу по компьютерной сети видеоизображения. Поэтому в состав web-камеры входят следующие компоненты:

ПЗС-матрица,
объектив,
оптический фильтр,
плата видеозахвата,
блок компрессии (сжатия) видеоизображения,
центральный процессор и встроенный web-сервер,
флэш-память,
сетевой интерфейс,
последовательные порты,
тревожные входы/выходы.

ПЗС-матрица (ПЗС, CCD — прибор с зарядовой связью) — прямоугольная светочувствительная полупроводниковая пластинка с отношением сторон 3: 4, которая преобразует падающий на нее свет в электрический сигнал. ПЗС-матрица состоит из большого числа светочувствительных ячеек. Для того, чтобы повысить световую чувствительность ПЗС-матрицы, нередко формируют структуру, которая создает микролинзу перед каждой из ячеек. В технических параметрах web-камеры обычно указывают формат ПЗС-матрицы (длина диагонали матрицы в дюймах), число эффективных пикселей, тип развертки (построчная или чересстрочная) и чувствительность.

Объектив — это линзовая система, предназначенная для проецирования изображения объекта наблюдения на светочувствительный элемент web-камеры. Объектив является неотъемлемой частью web-камеры, и от правильности его выбора и установки зависит качество видеоизображения, получаемого web-камерой. Часто объектив входит в комплект поставки web-камеры. Объективы характеризуются рядом важнейших параметров, таких как фокусное расстояние, относительное отверстие (F), глубина резкости, тип крепления (C, CS), формат .

Оптические инфракрасные отсекающие фильтры , которые устанавливают в web-камеры, представляют собой оптически точные плоскопараллельные пластинки, монтируемые сверху ПЗС-матрицы. Они работают как оптические низкочастотные фильтры с частотой среза около 700 нм, вблизи красного цвета. Они отсекают инфракрасную составляющую световых волн, обеспечивая тем самым правильную цветопередачу web-камеры. Однако во многих черно-белых web-камерах такие фильтры не используются, благодаря чему достигается более высокая чувствительность web-камеры.

Плата видеозахвата (блок оцифровки) осуществляет преобразование аналогового электрического сигнала, сформированного ПЗС-матрицей, в цифровой формат. Процесс преобразования сигнала состоит из трех этапов:

Дискретизация,
Квантование,
Кодирование.

Дискретизация — считывание амплитуды электрического сигнала через равные промежутки времени (период). Этот этап преобразования сигнала характеризуется частотой дискретизации.

Квантование — это процесс представления результатов дискретизации в цифровой форме. Изменение уровня электрического сигнала за период дискретизации представляется в виде кодового слова из 8, 10 или 12 бит, которые дают соответственно 256, 1024 и 4096 уровней квантования. От числа уровней квантования зависит точность представления сигнала в цифровой форме .

Кодирование. Помимо информации об изменении уровня сигнала, полученной на предыдущем этапе, в процессе кодирования формируются биты, сообщающие о конце синхроимпульса и начале нового кадра, а также дополнительные биты защиты от ошибок.

Блок компрессии выполняет сжатие оцифрованного видеосигнала в один из форматов сжатия (JPEG, MJPEG, MPEG-1/2/4, Wavelet). Благодаря сжатию, сокращается размер видеокадра. Это необходимо для хранения и передачи видеоизображения по сети. Если локальная сеть, к которой подсоединена web-камера, имеет ограниченную полосу пропускания, то во избежание переполнения сетевого трафика целесообразно сокращать объем передаваемой информации, снизив либо частоту передачи кадров по сети, либо разрешение кадров. Большинство форматов сжатия обеспечивает разумный компромисс между этими двумя способами решения проблемы передачи видео по сети. Известные на сегодняшний день форматы сжатия позволяют получить оцифрованный поток с полосой пропускания 64 Кб — 2 Мб (при такой полосе пропускания потоки видеоданных могут работать параллельно с другими потоками данных в сетях).

Центральный процессор является вычислительным ядром web-камеры. Он осуществляет операции по выводу оцифрованного и сжатого видеоизображения, а также отвечает за выполнение функций встроенного web-сервера и управляющей программы для web-камер.

Интерфейс для Ethernet служит для подключения web-камеры к сети стандарта Ethernet 10/100 Мбит/с.

Карта флэш-памяти позволяет обновлять управляющие программы для web-камер и хранить пользовательские HTML-страницы.

ОЗУ служит для хранения временных данных, которые генерируются при выполнении управляющих программ, и пользовательских скриптов. Многие интернет-камеры имеют так называемый видеобуфер. Это часть ОЗУ, зарезервированная для записи и временного хранения снятых web-камерой видеокадров. Информация в видеобуфере обновляется циклически, т.е. новый кадр записывается вместо самого старого. Эта функция необходима, если web-камера выполняет охранное видеонаблюдение, поскольку позволяет восстанавливать события, предшествующие и следующие за сигналом тревоги с подключенных к web-камере охранных датчиков.

Тревожные входы/выходы служат для подключения датчиков тревоги. При срабатывании одного из датчиков генерируется сигнал тревоги, в результате чего процессор компонует набор кадров, записанных в видеобуфер до, после и в момент поступления сигнала тревоги. Этот набор кадров может отсылаться на заданный e-mail адрес или по FTP .

Подключение и установка web-камеры

Web-камеры подключаются к сети Internet через порт 10BaseT/100BaseTX/1000BaseTX Ethernet или при помощи модема через последовательный порт. После физического подключения к сети web-камере присваивается IP-адрес. Чаще всего IP-адреса по умолчанию у web-камеры нет; он устанавливается либо с помощью соответствующей функции стандартного web-браузера, либо командой DOS, которая использует для идентификации серийный номер web-камеры. Кроме того, фирмы-производители разрабатывают специальные программы для web-камер, значительно упрощающие процедуру присвоения web-камере IP-адреса (например, IP Installer компании AXIS Communications). Благодаря встроенному программному обеспечению для web-сервера, FTP-сервера, FTP-клиента, e-mail клиента и др., web-камера подключается непосредственно к LAN/WAN/Internet сети и работает в ней как самостоятельное сетевое устройство. Это отличает web-камеры от обычных компьютерных камер, которые требуют обязательного подключения к персональному компьютеру через USB или LPT порт. Кроме того, web-камеры могут поддерживать работу с пользовательскими скриптами и JAVA-апплетами .

Для установки web-камеры на улице или в помещении многие производители предусматривают в конструкции корпуса камеры специальный крепеж, предназначенный для установки ее на стены, потолки, кронштейны и поворотные устройства. Некоторые интернет-камеры имеют встроенные поворотные устройства, предназначенные для монтажа на горизонтальной или вертикальной поверхности.

Список литературы:

Информатика: Учебник для вузов / Под ред. проф. Н.В. Макаровой. — 3-е изд. перераб. — М.: Ф и С, 2004.
Колесниченко С., Шишигин И. Аппаратные средства PC. BHV 1999.
Острейковский В.А. Информатика: Учебник для вузов. — М.: Высш. шк., 1999. MS Excel 97 (2000). Шаг за шагом. Ecom 1999 (2000).
Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Краткий курс. М.: Финансы и статистика. 1997.

А.Зотов

П О П У Л Я Р Н О Е:

Одним из приборов-помощников радиолюбителя должен быть частотомер. С его помощью легко обнаружить неисправность генератора, измерить и подстроить частоту. Генераторы очень часто встречаются в схемах. Это приемники и передатчики, часы и частотомеры, металлоискатели и различные автоматы световых эффектов…

Веб-камера - это цифровая камера, подключенная к компьютеру. Устройство предназначено для сканирования, обработки и передачи через интернет изображения в реальном времени. Чаще всего используются для онлайн трансляций и совершения видеозвонков.

Исторический кофе-стрим

Первая веб-камера - это изобретение кембриджских гениев Квентина Стаффорда-Фрейзера и Пола Джардетски. Девайс появился в 1991 году благодаря любви сотрудников университета к кофе. В то время на весь отдел компьютерной разработки был только один кофейник в «Троянской комнате». Часто ученым приходилось проделывать долгий путь за кружкой этого чудесного напитка впустую. Чтобы каждый мог видеть, готов ли кофе, не вставая с рабочего места, была создана web-камера.

Изначально изображение транслировалось только на рабочие компьютеры отдела по локальной сети и было размером 128×128 пикселей. Разработка получила клиентское название XCoffee под Window System. Онлайн трансляция длилась 10 лет. В 2001 году, несмотря на протесты поклонников, камеру отключили. Кофейник стал знаменитым раритетом и был продан на аукционе eBay за 3,350 £.

Устройство современной веб-камеры

Главная часть в веб-камере - это сенсор изображения, или CCD-матрица. Представляет собой полупроводниковый чип, состоящий из миллионов крошечных светочувствительных квадратов, расположенных в виде сетки. Эти квадраты называются пикселями. Базовые веб-камеры используют относительно небольшие сенсоры, всего на несколько сотен тысяч пикселей.

Помимо CCD или ПЗУ-матрицы, камера содержит объектив, аналогово-цифровой преобразователь, также называемый платой видеозахвата, микропроцессор и компрессор. Некоторые модели IP-камер содержат встроенный веб-сервер и ОЗУ.

Принцип действия веб-камеры

Стандартная веб-камера - это подключенное к компьютеру отдельное устройство. Действует следующим образом:

Через объектив спереди камера захватывает свет и проецирует его на интегральную микросхему, состоящую из микроскопических детекторов света.
Плата видеозахвата преобразует аналоговое изображение в цифровое, то есть в байт-код из нулей и единиц.
Блоки компрессии сжимают цифровой сигнал в форматы MJPEG или MPEG.
Дальше информация передается на компьютер через USB-интерфейс, а потом в интернет.

В случаях с IP-камерами подключение к компьютеру не обязательно. Устройство обладает своим IP-адресом, благодаря встроенному веб-серверу, и потоковая трансляция осуществляется непосредственно в сеть.

Параметры веб-камер

Если разобрать две веб-камеры по частям, то получается идентичный набор деталей: плата со светочувствительной матрицей и объектив. Как же понять, какая работает хорошо, а какая нет?

Разрешение - количество пикселей по вертикали и горизонтали матрицы. Чем их больше, тем устройство считается лучше и дороже. Современные HD веб-камеры в реальном времени передают изображение с разрешением между 1280×720 и 1600×1200, то есть 3-2.0Mpx. У бюджетных моделей этот параметр составляет 320×240 или 640×480. Картинка получается зернистой, иногда расплывчатой. Но не каждое интернет-соединение потянет камеру 2.0Mpx. Если скорость передачи данных низкая, до 10-20 Мб, изображение будет «виснуть».
FPS - количество кадров в секунду, которое камера способна обрабатывать. У недорогих моделей частота около 24 кадров в секунду, у PRO-камер это значение достигает 50-60. Средние камеры, как например Microsoft VX-1000 или VS-800, обладают частотой 30 кадров в секунду с разрешением 640×480. Если во время видеочата сидеть неподвижно, то даже с низкой fps изображение будет достаточно четким. Но для сьемки в движении показатель частоты должен быть выше 40 кадров в секунду.

Это два ключевых параметра, которые определяют уровень веб камеры. Есть дополнительные опции, которые почти не отражаются на качестве устройства и изображения. В основном они влияют на цену, причем не всегда оправданно.

Для чего нужна веб-камера?

Задача веб-камеры - показывать объекты, находящиеся вне поля зрения и досягаемости. С ее помощью можно удаленно наблюдать за людьми, помещениями в реальном времени. Например, если вы собрались в другой город или на море, веб-камера покажет погоду лучше любого синоптика.

90% пользователей приобретают гаджет для видеозвонков, чатов и видеоконференций через интернет. Для этого на компьютере должен быть установлен специальный софт, поддерживающий VoIP: Skype, ooVoo или Viber. Вместо клиентских программ можно использовать расширения для браузера Appear.in или Hangouts. Но на видеочатах диапазон возможностей камер не заканчивается:

Онлайн-трансляции происходящего в самых популярных уголках земли. Веб-камеры в Сочи, Нью-Йорке и возле Ниагарского водопада позволяют путешествовать, не вставая с компьютерного стула.
Охранные компании и службы безопасности широко применяют данную технику для мониторинга объектов.
Видео с веб-камеры можно записывать, делать монтаж, выкладывать в интернет, на форумах, в плейлисте на YouTube или в блоге. Для этих целей существует масса программ, одни из которых - Windows Movie Maker или Camtasia Studio.
Используя web-приложения, создавать электронные письма в видеоформате.
Вести платные обучающие вебинары и зарабатывать с помощью гаджета.

Нетрадиционные способы использовать веб-камеру

Трансляциями с веб-камер на море, набережных, из орлиного гнезда в Гималаях уже никого не удивить. Но есть несколько необычных и веселых способов использовать гаджет:

OvO Webcam Games или GloopIt Webcam Utility. Участники управляют своими персонажами через веб-камеру. Для подобного развлечения монитор нужно навести на себя и движениями всех частей тела выполнять квесты. Игровое ПО скачивается с интернета и устанавливается на компьютере.
С помощью технологии распознавания жестов управлять софтом на рабочем столе, проигрывателями YouTube, Pandora, Grooveshark и Netflix в браузере Chrome. Мышка и клавиатура не используется, только движение кистей. Разработка называется Flutter и пока находится в стадии альфа-тестирования.
Создание анимированных GIF и аватарок с помощью программы WebCam Avatar или PsykoGif.
Использовать для входа в учетную запись без ввода пароля.

Из веб-камеры со встроенным микрофоном, ПК и Skype каждый внимательный родитель может смонтировать видеоняню. Для этого в мессенджере нужно создать новую учетную запись на имя ребенка, внести себя и родственников в список контактов. Настроить Skype на автоматический ответ на видеовызов и включение камеры. Компьютер с гаджетом нужно установить так, чтобы была видна вся детская, включая само чадо. С помощью такого ноу-хау можно наблюдать за ребенком в любое время.

Тема этого выпуска - что такое веб-камеры. Веб-камеры на вашем ноутбуке, компьютере, веб-камеры, транслирующие в интернет, и многое другое. Не буду кратко пересказывать, просто читайте дальше.

Правильное написание

Сайт gramota.ru определяет именно такое написание слова веб-камера, через дефис. Хотя много где и встречается написание через пробел.

Так что такое веб-камера

По традиции так называется встроенная в компьютер, или же покупаемая отдельно и подключаемая к нему (чаще всего, по USB) видео-камера. Почему в названии содержится "веб"? Наверное, для того, чтобы отличить от обычных видеокамер. Принципиальным отличием, наверное, является то, что веб-камеры не предназначены для работы без компьютера.

Зачем они нужны?

В первую очередь, для общения через интернет, чтобы, скажем, по не только разговаривать, но и видеть друг друга. Однако, есть и более хитрые возможности, о чем смотрите ниже.

Как выбрать веб-камеру?

По цене и внешнему виду. И это - практически не шутка. Большинство внешних камер подключаются по USB 2.0, имеют встроенный микрофон, имеют разрешение 640x480 или 1280x1024. Но, скорей всего, даже первого разрешения будет достаточно - чтобы передавать видео с разрешением 1280x1024 вам может потребоваться довольно приличная пропускная способность интернет-соединения, так что программы типа Скайпа все равно будут урезать разрешение до 640x480.

Как установить веб-камеру?

Настройки веб-камеры

Иногда производители предлагают софт для дополнительных настроек, иногда - нет. В любом случае, вы можете скачать бесплатную программу Manycam , позволяющую настраивать камеру, накладывать хитрые эффекты вроде косых глаз или необычного фона.

Транслировать в интернет?

Чтобы наиболее легко начать транслировать свое видео в интернет, отправляйтесь на сайт bambuser . После простой регистрации вы получаете возможность транслировать видео со своей веб-камеры в интернет просто с использованием браузера. Вы можете указать, будет это видео частным или общедоступным; его могут смотреть прямо во время ведения "трансляции". Кстати, именно этим сервисом часто пользовались для ведения трансляций с митингов в Москве. При этом, конечно, использовались не веб-камеры, а камеры мобильников с установленным приложением бамбузера.

А вот это вообще необычный сервис, сумевший набрать популярность с огромной скоростью. Сервис видео-знакомств в интернете

Расстояния для полноценного общения давно не имеют значения. Чтобы видеть собеседника, достаточно всего лишь иметь web-камеру. Рынок предоставляет огромные варианты выбора этого чудо-устройства. Давайте разберемся на что нужно обращать внимание, задавая себе вопрос: «как выбрать WEB камеру?».

Назначение веб-камеры

Главное назначение девайса – организовать передачу изображения в реальном времени через интернет . Основная задача веб-камеры - скорость передачи информации, а не ее качество. При покупке важно обратить внимание на совместимость web-камеры с ОС вашего ПК , т.к. большая часть моделей работает только на базе ОС Windows.

Матрица веб-камеры

От этого параметра будет зависеть качество изображения. Чем чувствительнее камера к попадающему свету, тем более качественная картинка будет при передаче изображения. На сегодняшний день существует две технологии изготовления матриц. CCD-технология передает более качественное изображение, чем технология CMOS.

Также важно разрешение и чувствительность матрицы. Разрешение влияет на качество изображения. Чем оно выше, тем качественнее будет передаваемая картинка. А от чувствительности будет зависеть количество помех при недостатке освещения.

Особенности подключения и установки

Лучше всего выбирать web-камеру, поддерживающую возможность подключения через USB2.0. Этот параметр будет влиять на количество передаваемых кадров в 1 сек. Так USB 1.1 не сможет передать более 30 картинок в секунду, поэтому USB2.0 наиболее предпочтительно.

Подключить девайс можно через модем. При этом скорость передачи информации будет зависеть от оператора. Более дорогостоящие модели снабжены возможностью подключения с использованием Wi-Fi.

Что еще может web-камера?

Кроме передачи изображения через интернет, веб-камера может быть снабжена целым рядом доп возможностей и функций:

возможность фотосъемки. Для этого нужно обратить внимание на разрешение матрицы и объемы хранения информации. Оба параметра должны быть максимально большими.
возможность видеосъемки. Здесь важно качество видеозахвата и звука. Наилучшее качество в этом плане вам может гарантировать .
автофокусировка. В основном сейчас все современные камеры снабжены автофокусом. Функция позволяет без усилий с вашей стороны настроить максимально четкую картинку.
наличие микрофона. Это удобно и можно помимо видео передавать аудио сигнал, но качество звука, увы, далеко от идеала.
возможность защиты паролем. Позволяет ограничить круг лиц, которым предоставляется доступ к веб-камере. Функция есть далеко не во всех моделях.
крепление web-камеры. Клипсовый вариант удобен для использования на ноутбуке, настольный можно применять для выбора любой точки съемки.

И так, отвечая на вопрос: «как выбрать web-камеру?», - с уверенностью можно сказать, что помимо возможностей, важным пунктом станет цена.

К экономичным вариантам будут отнесены девайсы с разрешением 640х480, снабженные авто наводкой, без встроенного микрофона и с USB 2.0.

Если нужно больше, то стоит обратить внимание на девайсы с разрешением 1600х1200, оснащенные встроенным микрофоном, с возможностью приближения объекта съемки, с функцией авто слежения за лицом, а также с USB 2.0 и развитым программным обеспечением.

Любая модель веб-камеры подойдет для выполнения своей основной функции - проведение видеоконференций. Отличие будет в качестве изображения и в удобстве использования.

Сегодня быстрыми темпами идет развитие техники. Одно за другим появляются новые и новые устройства. Что такое веб-камера, наверно, знают все, но рассмотрим этот предмет техники поближе. Веб-камера – это техническое приспособление, которое проводит фиксацию изображения в реальном времени. Основная масса этих устройств имеет функции видеокамер и цифровых фотоаппаратов.

Большая часть веб-камер находит место в ноутбуках или компьютерах. В большинстве случаев эти устройства работают с помощью специальных приложений.

Предназначение

Для чего нужна веб-камера? «Домашний» вариант устройства предназначен для того, чтобы можно было транслировать в сеть изображение и для запечатления некоторых моментов. На сегодняшний день уже есть более сложные устройства, которые наделены датчиками движения. Такие модели используют в системах охраны, в супермаркетах.

Если для человека нужно передать видеоизображение в реальном времени, то для такого общения используют веб-камеры. Если нужно провести наблюдение за каким-то объектом, тогда тоже приходит на помощь веб-камера. Впервые ее использовали в 1991 году. Она дает возможность в момент, когда это необходимо, изучить нужный участок площади. При этом используется удаленный доступ к устройству.

Сетевая веб-камера – самый интересный вид устройства, она функционирует, как отдельный веб-сервер.

Возможно, будет полезно почитать: