О Web-камерах, их назначении и особенностях применения в нашем журнале рассказывалось неоднократно. Последняя обзорная статья - «Web-камеры в сетях Мировой паутины» Ю.Семко - была опубликована в № 2’2002. Однако с тех пор на этом рынке произошли серьезные изменения.

о-первых, широкое распространение получил высокоскоростной интерфейс USB 2.0, что позволило повысить скорость передачи изображения и увеличить его формат. Ведь даже несмотря на то, что главное предназначение Web-камер - коммуникационный рынок (передача видеоинформации по низкоскоростным каналам связи, например с использованием модема), который диктует жесткие ограничения на поток информации, а следовательно, на формат и степень сжатия изображения, из более качественного исходного материала всегда получается более приемлемый результат.

Во-вторых, стремительное развитие беспроводных технологий послужило толчком к созданию целого семейства беспроводных Web-камер. Из последних новинок, появившихся в продаже, можно отметить беспроводную Bluetooth Web-камеру QuickCam Cordless компании Logitech (http://www.logitech.com/). Она оборудована CMOS-сенсором (как и все остальные Web-камеры), но его разрешение чуть выше обычного (510Ѕ492). В качестве альтернативного подключения может использоваться интерфейс USB 2.0. Конечно, беспроводные камеры пока довольно дорогие - цена Logitech QuickCam Cordless более 200 долл., то есть почти в 10 раз дороже самых дешевых Web-камер, изображение с которых передается по проводу.

В-третьих, в прошлом году появилось большое количество новых производителей Web-камер и значительно расширился ряд моделей, форм и видов устройств. Признанными лидерами в производстве Web-камер по-прежнему считаются компании Logitech и Intel, за ними следуют такие известные компании, как Genius, Creative, Philips, Kodak и др.

В-четвертых, появилось большое количество комбинированных устройств с функциями фотоаппарата, видеокамеры и портативного магнитофона, а также Web-камеры с возможностью автономной работы в режимах фотоаппарата и видеокамеры.

И последнее, что следует отметить, - это окончательное превращение Web-камеры из забавной игрушки во вполне работоспособный и полезный инструмент.

Оснащение современных Web-камер

ногие современные Web-камеры имеют схожие функциональные характеристики и различаются только дизайном и программным обеспечением в комплекте поставки.

Например в комплект типичной Web-камеры компании Genius WebCAM Live входят:

• кабель для подключения к USB-интерфейсу;
• выносной микрофон с зажимом для крепления на одежде;
• настольная подставка;
• комплект батареек для работы в автономном режиме.

На компакт-диске, помимо драйверов, находится следующее дополнительное программное обеспечение:

• ArcSoft PhotoImpression - программа для редактирования фотографий. Она содержит множество инструментов, а также полезных и забавных шаблонов для фотографий;
• ArcSoft VideoImpression - простое в использовании программное обеспечение для редактирования видеофильмов;
• ArcSoft PhotoBase - каталогизатор мультимедийных файлов. С его помощью можно создавать альбомы графических, видео, звуковых и других файлов;
• ArcSoft FunHouse - забавная программа для редактирования и монтажа изображений.

В набор программного обеспечения к камерам фирмы Creative входят приложения для кругового панорамирования и интерактивной видеозаписи, утилита WebCam с программой для регистрации движения, программа Oozic Player компании Creative для визуализации музыки и набор программ Ulead для редактирования фото- и видеоинформации.

Подобным образом комплектуются и другие Web-камеры. Набор программного обеспечения позволяет сразу приступить к полноценной работе с камерой и получить результаты незамедлительно.

Довольно обычный способ применения - сканер

Если у вас нет выхода в Интернет, то Web-камера все равно может вам пригодиться. С ее помощью можно быстро «отсканировать» рисунок или текст, а текст даже впоследствии «распознать» и сохранить в алфавитно-цифровом виде. Надо лишь подобрать ровную поверхность, хорошо осветить объект и кликнуть мышкой на соответствующую кнопку в прилагаемой к камере простой программе. Особенно актуален такой способ «сканирования» для объектов большого формата, которые на обычный планшетный сканер положить не удается.

Очень распространенный способ - для общения

Если вы имеете доступ в Интернет, то под управлением ОС Windows 98/Me/2000/XP можете использовать стандартные программки типа Windows Messenger или NetMeeting и общаться с собеседником на другом конце света, видя его изображение (иногда, правда, с большим запаздыванием). Если же скорость связи совсем плохая, то можно автоматически фотографировать собеседников через заранее заданные промежутки времени, после чего изображение будет автоматически отсылаться тому, с кем вы общаетесь, и приниматься от него. Даже при наших скоростях связи и более или менее скромном разрешении снимков реально добиться того, чтобы ваш собеседник получал не менее 5-10 свежих фотографий в минуту.

Аналогичным образом можно организовать видеоконференцию с группой удаленных от вас людей (хотя, возможно, в этом случае вам понадобится специальное программное обеспечение).

Шпионский и/или охранный способ - системы наблюдения

Именно этот вариант получил наибольшее распространение и даже стал ассоциироваться с самим понятием «Web-камера». При таком способе использования видеопоследовательность или отдельные снимки с камеры либо отсылаются вам по заранее заданному адресу, либо сохраняются на носителе, либо просто публикуются на Web-странице с автоматическим обновлением через определенные промежутки времени. Существуют даже камеры, способные реагировать на движение (впрочем, датчик движения можно реализовать на компьютере программно и заставить его записывать только изменяющееся изображение с камеры).

В принципе, системы охраны и видеонаблюдения - это серьезные и дорогие продукты со специальным программным обеспечением, но некое подобие такой системы можно собрать и самостоятельно. Причем система будет не просто сохранять через определенные промежутки времени в архиве на винчестере снимки, а делать это лишь тогда, когда датчик движения заметит непорядок на охраняемой территории.

В настоящее время бурно развивается направление именно цифровых систем видеонаблюдения (основа многих из них - обычный компьютер), которые, по всем прогнозам, в скором времени вытеснят аналоговые. Цифровые системы видеонаблюдения, по сравнению с аналоговыми, имеют множество преимуществ:

• запись информации осуществляется на цифровые носители (HDD, CD-RW и т.д.), причем на обычный жесткий диск стоимостью около 100 долл. можно записать сжатую с приемлемым качеством видеоинформацию, фиксировавшуюся почти в течение месяца, а соотношение емкость/стоимость носителей постоянно увеличивается (в 2-3 раза за год). Записи на дисках можно снабдить удобной системой поиска, а проблемы перемотки носителя здесь не существует;
• высокая скорость современных процессоров позволяет реализовать такие устройства, как детектор движения, программным способом, благодаря чему у цифровой системы видеонаблюдения появляется множество полезных функций (например, реакция на определенное срабатывание какого-то датчика, детектора движения и т.д.); при желании можно изменить даже логику поведения системы;
• система легко интегрируется в современные цифровые сети или в Интернет, что позволяет просматривать определенные камеры на разных удаленных компьютерах;
• и наконец, сильно упрощается обработка видеоинформации - например обработка стоп-кадра с целью улучшения качества изображения (лица злоумышленника и т.п.) и последовательная его печать на стандартном принтере.

В настоящее время существует большое количество профессиональных цифровых систем видеонаблюдения, решающих разные задачи и соответственно имеющих различные возможности и цену, но вполне работоспособную систему можно реализовать и на дешевых Web-камерах с интерфейсом USB (тем более что сегодня число USB-коннекторов на материнских платах доходит до 6-8). Например, программа в комплекте поставки WebCam фирмы Creative позволяет превратить компьютер в простейшую охранную систему, начинающую захват изображения при обнаружении каких-либо изменений в кадре (чувствительность к движению легко настраивается). Можно настроить камеру таким образом, чтобы компьютер подавал звуковой сигнал при движении объекта в кадре. Сигнал тревоги и изображение можно в автоматическом режиме передавать по электронной почте или транслировать видео на Web-сайт.

Современная веб-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, перобразование аналогового видеосигнала в цифровой, сжатие цифрового видеосигнала и передачу видеоизображения по компьютерной сети. Поэтому в состав веб-камеры входят следующие компоненты:

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

В качестве фотоприемника в большинстве веб-камер применяется 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 веб-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 веб-камеры. Объектив является неотъемлемой частью веб-камеры, поэтому от правильности его выбора и установки зависит качество видеоизображения, получаемого веб-камерой. Достаточно часто веб-камера комплектуется объективом. Объективыхарактеризуются рядом важнейших параметров, таких как фокусное расстояние, относительное отверстие (F), глубина резкости, тип крепления (C, CS), формат.

Оптические инфракрасные отсекающие фильтры , которые устанавливают в веб-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 веб-камере правильную цветопередачу. Однако, на многие черно-белые веб-камеры такие фильтры не устанавливают, благодаря чему монохромные веб-камеры имеют более высокую чувствительность.

Плата видеозахвата веб-камеры (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 веб-камеры 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.

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

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

Для работы в сети веб-камера может иметь последовательный порт для подключения модема и работы в режиме dial-up при отсутствии локальной сети. Через последовательный порт можно также подключать к веб-камере периферийное оборудование.

Карта флэш-памяти позволяет обновлять управляющие программы веб-камеры 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 веб-камерой видеокадров.

Тревожные входы/выходы служат для подключения к веб-камере датчиков тревоги. При срабатывании одного из датчиков генерируется сигнал тревоги, в результате чего процессор веб-камеры 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.

Сегодня установка веб-камеры даже на старенький компьютер значительно расширяет возможности общения между людьми, но для удобства работы пользователю нужны хотя бы простейшее представление о конструктивных и технических особенностях современных веб-камер.

Веб-камеры Full HD и выше

Основная классификация веб-камер сегодня проводится в зависимости от способности матрицы устройства воспринимать изображение и формировать сигнал в цифровом формате.

Современные камеры оснащаются матрицей, способной принимать изображение с разрешением в 720р, или по-другому в HD качестве (1280×720 пикселей) такие параметры впоследствии преобразуются программным путем и на экране монитора получается сносная картинка с динамически меняющимся изображением с частотой 30 кадров в секунду.

Такие параметры присущи большинству выпускаемых камер. Более высокий по техническим параметрам и соответственно дорогой сегмент такого оборудования рассчитан на получение четкого и реалистичного изображения. Это оборудование оснащено матрицей, способной воспринимать изображение в формате качества Full HD 1080p (1920 x 1080 пикселей).

Камеры Full HD получают широкоформатное, с самым высоким качеством цветов, глубины и резкости изображение.

Но это только общие параметры, сам формат Full HD 1080p подразумевает четкое качество изображения не только за счет увеличенной способности матрицы, такое качество требует и соответствующих программ и быстродействующего процессора видеоплаты компьютера и скоростных соединений сети.

Сама камера формирует видеосигнал для передачи на монитор и далее по сети, который имеет высокое разрешение кадра, эта функция дает возможность передавать сигнал без искажений. Кроме этого, веб-камеры класса Full HD обладают несравнимо большими, по сравнению с остальными классами камер возможностями:

• стабильностью работы оборудования;
• функцией автоматического распознавания и удержания в фокусе отдельных объектов, например, лиц;
• автоматическая корректировка изображения в зависимости от условий съемки;
• продукция класса Full HD комплектуется оптикой, линзы которой делаются из стекла, которые без искажения изображения передают его на матрицу;
• веб-камеры комплектуются сверхчувствительными микрофонами, способными передавать звуки без искажений, а программное обеспечение, дает возможность автоматически отсекать лишний шум;
• для получения устойчивого изображения большинство моделей Full HD-камер оснащаются инфракрасной подсветкой, для работы в условиях, когда естественного освещения недостаточно для получения четкого изображения, так и полной темноты.

В веб-камерах модельного ряда Full HD, кроме качественного изображения, воплощены и другие дополнительные, необходимые функции. Конструкция штативов, креплений и корпусов моделей Full HD, позволяют крепить устройство на различных поверхностях.

Дополнительной функцией является самостоятельная фокусировка и автоматическое слежение за выбранным объектом.

Чаще всего эта функция реализовывается в способности оборудования распознавать лица и автоматически настраиваться на слежение за ним, включая поворот корпуса камеры.

Веб-камеры с микрофоном

Веб-камера несмотря на миниатюрные размеры, изначально включает в себя средства обработки видеоизображения, так и обязательного звукового сопровождения картинки.

Проще говоря, наличие микрофона в этом устройстве является обязательной составляющей, необходимой для полноценного общения. Первые варианты камер не имели микрофона в своем комплекте, и поэтому микрофон для записи звука приобретался отдельно, сегодня же с развитием техники все веб-камеры в своем корпусе имеют микрофон.

Для встроенного микрофона стандартной веб-камеры, характерна небольшая, но достаточная для получения хорошей слышимости негромкой речи чувствительность.

В HD сегменте устанавливаются микрофоны, отличающиеся более высокой чувствительностью и качеством воспринимаемых звуков, они способны воспринимать звуки, и вблизи микрофона, и на значительном удалении от него. Особенностью HD моделей является наличие микрофона, позволяющего самостоятельно настраиваться на восприятие звуков на удалении 3-4 метров.

Для Full HD качества, микрофоны камер подбираются с еще более высокими показателями, например, круговое восприятие звука, а не обычное фронтальное или узконаправленное.

В таких моделях звук передается в стереокачестве, с полной гаммой как высоких, так и низких тонов. Кроме этого, в Full HD устройствах аудиосигнал выделяется в отдельный поток, благодаря чему получается отличное качество видео изображения и звуковой дорожки.

Однако, компоновка в одном корпусе камеры микрофона не исключает использование дополнительно включенного звукозаписывающего оборудования. Использование в таком случае микрофона в корпусе веб-камеры будет осуществляться в выбранном пользователем режиме.

Программное оборудование, обеспечивающее работу всех устройств, само запросит у пользователя порядок использования штатного или дополнительного микрофонов.

Также как с дополнительным микрофоном, возможно использование микрофона, встроенного в наушники. В таком случае микрофон камеры самостоятельно отключится или программа опять запросит указание на использование устройств по выбору пользователя.

Веб-камеры с автофокусом

Формирование динамической картинки, со звуковым сопровождением передаваемой с веб-камеры, имеет и другие важные особенности, улучшающие качество изображения, одновременно облегчающие пользователю работу с нею.

Одной из таких необходимых для работы функций выступает функция автофокусировки изображения. По сути это автоматическая настройка и удержание одного объекта в центре картинки. Данная опция сегодня нашла применение, как в оборудовании камер переносных устройств, так и персональных стационарных компьютеров.

Удобство пользования этой функцией позволяет избежать необходимости ручной подстройки объектива на один объект, с последующей постоянной подстройкой в случае удаления или приближения объекта.

Недостаток присущий объективам камер ранних поколений, требующий четкого положения пользователя перед камерой или постоянной ручной корректировки объектива, теперь происходит автоматически, без дополнительного вмешательства в работу устройства.

Устройство само выделяет наиболее важный объект, и производит подстройку с помощью функции автофокуса. Даже при отклонении объекта, изменении положения объекта относительно камеры, автофокус самостоятельно концентрируется на нем.

Данная функция делает еще проще процесс создания моментальных снимков, при использовании веб-камеры в качестве фотоаппарата. Автофокусировка дает возможность намного лучше стабилизировать изображение, убрать помехи в виде дрожания и размытостей.

Получившееся с помощью съемки таким оборудованием изображение легче поддается последующей обработке и корректировке, прежде всего за счет четко очерченных границ контуров предметов.
Автофокусировка, необходима и при использовании камеры как камеры наблюдения или для съемки панорамных планов, например вида из окна.

Автоматическая подстройка параметров оборудования без стороннего вмешательства перестраивает объектив и матрицу на другой тип изображения.

Веб-камеры с гарнитурой в комплекте

Несмотря на декларируемые, привлекательные для потребителя технические характеристики веб-камер, сегодня производители этих устройств продолжают комплектовать продукцию дополнительными аксессуарами, улучшающими качественные показатели видеосъемки – реалистическим звучанием и естественным фоном.

Чаще всего в комплект поставляемой гарнитуры входят наушники с микрофоном на гибком шлейфе или дополнительный микрофон.

И хотя это чаще всего обычный маркетинговый ход, но следует отдать должное, что дополнительные головные телефоны (наушники) со стереофоническим эффектом дают возможность воспринимать звуки глубже и четче, в стереофоническом режиме, при этом оградив окружающих от необходимости участия в прослушивании звучания.

Присутствие отдельного микрофона в комплекте гарнитуры камеры дает возможность записывать звук, улучшить качество звукового сопровождения, использовать функцию наложения звуковой дорожки при монтаже видеоклипов. Выносной или дополнительный микрофон на отдельном основании решает проблему получения качественного звука, и снижает количество шума в звуковом канале.

Дополнительный микрофон, способен обеспечить прием и передачу звука в стереофоническом режиме.

Для выносных микрофонов на основании, для управления устройством устанавливаются клавиши управления, это еще один положительный момент в использовании дополнительным микрофоном – нажатие на клавиши по усмотрению пользователя дает возможность при необходимости просто отключить микрофон.

К достоинствам дополнительной гарнитуры относится и функция самостоятельной регулировки уровня звучания в наушниках, так и для микрофона.

Отдельно стоит остановиться на наушниках, столь необходимый аксессуар для индивидуального использования обычно комплектуется стандартным шнуром с разъемом для соединения со звуковыми платами, так и шнуром для разъема USB.

Наушники с микрофоном, обычно комплектуются только разъемами для соединения со звуковой платой компьютера. Для удобства работы в конструкцию наушников входит и выносной микрофон на гибком держателе.

Такая конструкция позволяет без особого дискомфорта для окружающих участвовать в видеоконференциях. Сами по себе наушники конструируются с учетом возможности изменения размеров охвата головы, наушниками с учетом индивидуальных особенностей каждого пользователя.

Веб-камеры с закрывающимся объективом

Из всех разновидностей камер, ориентированных для установки на персональные компьютеры, наиболее интересными с точки зрения сохранения персональных данных, выступают модели, в которых реализована функция закрытия объектива шторкой.

Делается это чтобы обезопасить пользователей при несанкционированном включении камеры посредством вредоносного программного обеспечения или попросту компьютерных вирусов. Данная функция на практике реализована в виде:

• механических шторок, закрываемых пользователем;
• электронных устройств, автоматически закрывающих объектив при выключении программы работы с камерой.

Подобная функция, кроме того, полезна и тем, что сохраняет объектив камеры от попадания прямых солнечных лучей и механических повреждений оптических линз.

Сделанные из пластика линзы, несмотря на миниатюрные размеры, восприимчивы к царапинам, приводящим к ухудшению качества изображения.

Закрытие объектива сегодня это надежное решение проблемы защиты линз камеры от повреждений, даже если в камере установлены надежные и прочные стеклянные линзы.

Доступные варианты моделей с закрывающимся объективом это модели с механическими шторками, закрывающими объектив путем поворота или перемещения соответствующей клавиши.

Это как показывает практика простой и надежный вид защиты объектива. Вместе с тем он требует участие человеческого фактора, то уже само по себе не может быть гарантией полной безопасности пользователя.

В отличие от моделей с механическим способом закрытия шторок, модели, в которых для защиты объектива есть специальные электронные устройства закрытия объектива – сегодня это самые надежные в плане защиты безопасности пользователя веб-камеры, поскольку роль человека при этом сведена к минимуму.

Для самых последних моделей это действие происходит автоматически, по окончании использования устройства или выключения компьютера. Электронные компоненты сами дают команду механическому закрытию объектива.

Стоит отметить, что такая функция в зависимости от дизайнерского решения может быть воплощена в виде поворотного механизма, или отдельной детали корпуса.

Веб-камеры с USB

Среди используемых технологий передачи данных с одного устройства к другому, веб-камеры сегодня используют передачу данных через порт USB. Использование устройствами USB порта делает передачу видеосигнала со звуковым сопровождением и электропитание камеры оптимальным способом.

Комплектный шнур камеры, а в комплект могут входить как разъемные USB-кабели (у которого один из концов сделан USB формата, а второй, что подсоединяется к камере мини-USB), так и неразъемные когда кабель выполнен в виде неразъемного соединения с корпусом камеры.

Использование USB разъема для камеры дает возможность проводить передачу данных как через стандартный порт компьютера USB 1.1, так и через высокоскоростное соединение USB 2.0.

Универсальное использование портов USB для соединения с компьютером создает устойчивое высокоскоростное соединение, получая при этом качественное улучшение, как видеосигнала так, и аудио сопровождения.

Вместе с тем и стандартное, используемое USB соединение дает возможность передавать данные со скоростью, обеспечивающей надежный видеосигнал в отличном качестве. При этом универсальное программное обеспечение компьютерной системы выделяет для этого дополнительные ресурсы, и работать с веб-камерой становится проще и легче.

Еще одним дополнительным плюсом USB соединения является его универсальность, ведь современные мультимедийные устройства используют переходники с USB-разъемом что позволяет использовать веб-камеры с планшетным компьютером, мобильным телефоном и прочими устройствами.

Сегодня популярными становятся устройства, использующие беспроводную технологию передачи данных. Такие модели состоят из двух составляющих – приемника и передатчика. В корпусе камеры смонтирован передатчик, а приемник подключается непосредственно в разъем USB.

При этом технология передачи сигнала через USB-разъем позволяет избежать помех, возникающих при работе оборудования.

Веб-камеры для Windows

Сегодня среди распространенных в мире операционных компьютерных систем персональных и портативных компьютеров, Windows – наиболее популярная, универсальная, неприхотливая, операционная система.

Достоинство которой еще и в том, что среди входящих в нее программ-приложений имеет массу функций для работы с разными форматами видеоданных и дополнительного оборудования. Удобство данной операционной системы для пользователей, проявляется даже в такой мелочи, как использование встроенных программных модулей, для работы с различными электронными устройствами.

Из всех форматов и классов камер, для работы с программным оборудованием Windows, наиболее совместимыми являются модели веб-камер Full HD формата, они изначально в своем программном обеспечении комплектуются встроенными, совместимыми со всеми версиями Windows приложениями, не требующими дополнительного согласования.

Для Windows нет разницы, какого класса и производителя устанавливается в состав оборудования компьютера камера. При первом подключении оборудование будет протестировано на совместимость, и Windows предложит либо принять предлагаемую программу, либо пользователю самому выбрать подходящую программу для работы с видеофайлами.

Windows работает с камерой, получая и передавая видео данные, но по желанию пользователя может записывать видеоролики в отдельные файлы для последующей обработки. Так как и с видео, с помощью Windows, веб-камера используется для получения четких фотоснимков.

Универсальность данной операционной системы, заключается и в том, что изображения с веб-камеры в дальнейшем можно дополнительно обработать с помощью дополнительно установленного видеоредактора, если входящий в составе Windows редактор не удовлетворяет пользователя.

Работа операционной системы персонального компьютера с камерами, кроме, перечисленных выше функций дает возможность организовывать онлайн-трансляцию и просмотр, в режиме “реального времени” выводя изображение с камеры в отдельное окно на рабочем столе.

При этом в зависимости от пожелания пользователя возможно делать просмотр трансляции с параллельным процессом записи файла на жесткий диск, так и без сохранения этих данных. Кроме того, отдельные виды оборудования разрабатываются и выпускаются исключительно для работы в среде Windows и не подходят для работы с другими операционными системами.

Такая избирательность оборудования дает возможность пользователям получить при работе кроме совместимости составных частей оборудования и качества работы веб-камеры, еще и простую настройку устройства при подключении и использовании.

Этот отличительный технический аспект обязательно учитывается при выборе и приобретении веб-камеры.

Следящие веб-камеры

Идея использования веб-камеры как камеры видеонаблюдения сегодня не нова, и уже успела получить дальнейшее развитие. Отдельный вид веб-камер оборудован встроенным сенсорным датчиком, реагирующим на движение. Роль такого датчика заключается в том, что он включает камеру в момент, когда в зоне действия датчика происходит движение.

После включения камеры автоматически происходит видеозапись того что происходит. Камеры слежения устанавливаются в нескольких точках наблюдения – для охвата интересующих объектов с нужных ракурсов и с максимальным охватом наблюдаемого пространства.

Камеры, оснащенные такими датчиками способны вести трансляцию и передавать изображение помещения или наружного пространства, с одной стационарной точки наблюдения. Камеры, оснащенные электронными датчиками слежения, сопровождают движущийся выбранный объект.

Сопровождение интересующего объекта в движении, достигается фокусировкой объектива и поворотом непосредственно самого корпуса камеры. Эта функция сегодня находит применение у имиджевых моделей, и у моделей среднего ценового диапазона, ведь для пользователей живое общение в привычной обстановке, предпочтительнее во время занятия повседневными делами.

Кроме того, что следящие модели оснащаются матрицами с высоким разрешением, в них установлены дополнительные датчики движения, и они обязательно оснащаются элементами подсветки.

Для работы в условиях темноты, на них устанавливаются дополнительно инфракрасные светодиоды, подсвечивающие предметы в невидимом для человеческого глаза спектре.

Автоматическое включение функции подсветки позволяет определить размещение объектов, идентифицировать внешние признаки, и распознать детали объектов на удалении.

Для моделей, оснащенных функцией слежения при установке на значительных расстояниях от компьютера, кроме длинного кабеля, понадобится и другое дополнительное оборудование, например, для усиления видеосигнала, ведь для нормальной работы в условиях темноты для большинства камер предельной длиной являются кабели в 5 метров.

В бюджетных моделях функция слежения реализуется в способности оборудования распознавать и удерживать лицо человека в фокусе объектива. Поворот корпуса объектива производится автоматически при движении человека.

Веб-камера - устройство, которое чаще всего покупают одновременно с компьютером и не придают ему особенного значения. Впрочем, обратить внимание на характеристики стоит, иначе уже при первой съемке или сеансе связи может появиться разочарование и раздражение.

Следуя нашим советам, вы сможете узнать все о возможностях, функциях и сферах применения веб-камер. Надеемся, что эта информация поможет читателям сделать правильный выбор при покупке устройства.

1. Что такое веб-камера, как она работает и где применяется

Веб-камера - это достаточно небольшое устройство, представляющее собой фото- или видеокамеру, подключаемую к компьютеру или ноутбуку. Веб-камеры фиксируют изображение в реальном времени и затем передают его адресату с помощью сети Интернет. Отличие от цифрового фотоаппарата в первую очередь заключается в питании по проводам и невозможности функционирования без компьютера, во всяком случае, полноценно.

Веб-камеры применяются для видеочатов и видеозвонков, видеоконференций, охранных целей, для мониторинга и наблюдения и др.

1. Основные характеристики веб-камер

Характеристики веб-камер влияют как на качество устройства, так и на его цену, которая может сильно разниться от модели к модели. Какие же параметры являются основными и что нельзя упустить при выборе веб-камеры?

• Тип матрицы веб-камеры. Матрица веб-камеры может быть создана по одной из технологий:

а) CCD - технология, использующаяся в цифровых фотоаппаратах и также применяющаяся для веб-камер. Среди ее преимуществ: высокая чувствительность, высокий коэффициент заполнения, эффективность - около 95%, более низкий уровень помех при работе. Стоит помнить, что слишком слабый блок питания с большой вероятностью выйдет из строя в момент максимальной загрузки системы или даже отдельных ее элементов. Блок питания со слишком высокой мощностью может снижать КПД всего компьютера;

б) CMOS - более дешевая в производстве технология, используемая в большинстве веб-камер. Такие матрицы обладают низкой себестоимостью, снимают до 500 кадров в секунду, потребляют достаточно мало энергии при работе. Среди их недостатков эксперты выделяют большое количество шумов на изображении, низкий коэффициент заполнения пикселей и, как следствие, низкую чувствительность;

с) BSI CMOS - при использовании такой матрицы упрощается попадание света на фотодиоды. Такие сенсоры еще называют «сенсорами с задней подсветкой» - они являются значительно более светочувствительными. За счет этого количество шумов на изображении сокращается по сравнению с обычными CMOS.

• Разрешение камеры - еще одна из важнейших характеристик. Именно от нее зависит качество передаваемого изображения. Обратите внимание, что разрешение может быть прямым и интерполированным. При программной интерполяции количество пикселей исходного изображения обрабатывается с помощью математических методов, умножается на определенное число и затем формируется уже увеличенное изображение. При этом первоначальное разрешение изображения не изменяется, а качество может ухудшаться. При выборе камеры стоит обращать внимание на реальное разрешение от 1,3 Мп - этого достаточно для HD-качества.
• Частота кадров - характеристика, отвечающая за плавность съемки. Приемлемым является показатель скорости съемки от 15 кадров в секунду - этого будет достаточно для общения в Сети. Для качественных видеотрансляций необходимо не менее 30 кадров в секунду.
• Фокусировка веб-камеры позволяет влиять на четкость изображения. Она может быть как ручной, так и автоматической. Ручная осуществляется вращением колесика, расположенного у объектива. Автоматическая же фокусировка предполагает, что веб-камера сама устанавливает расстояние до объекта и рассчитывает фокусное расстояние. В разных моделях скорость и качество автофокусировки могут существенно различаться.
• Чувствительность - параметр минимальной допустимой освещенности, при которой представляется возможным использовать камеру. Впрочем, при покупке камеры с инфракрасной подсветкой эта характеристика сразу будет представлена на достойном уровне.
• Тип подключения . Обычно веб-камеры подключаются через USB-порт версии 1.1, 2.0 или 3.0. Последний тип работает быстрее, однако встречается только на современных компьютерах.

1. Дополнительные функции веб-камер:

• Наличие встроенного микрофона. Освобождает от необходимости покупки еще одного прибора, позволяет проводить видеозвонки большими компаниями. Сейчас почти все камеры оборудованы встроенным микрофоном.
• Возможность использовать веб-камеру в качестве фотоаппарата. Современные модели веб-камер позволяют использовать эти устройства в качестве цифровых фотоаппаратов. Если вы выбираете камеру и для этих целей, обращайте внимание на устройства с разрешением побольше, иначе качество фотографий вас вряд ли устроит. Некоторые камеры также оснащены кнопкой фотосъемки на корпусе - ее нажатие может активировать фоторежим и запускать графический редактор.
• Наличие специального ПО. Каждый производитель веб-камер предлагает пользователям собственное программное обеспечение для установления или использования. Помимо стандартных функций, оно может дополнять работу камеры персонифицированными чертами. К примеру, Logitech предлагает встроенный графический редактор.

1. На что еще следует обратить внимание?

При выборе и покупке веб-камеры обратите внимание на ее крепление, возможности наклона и поворота, а также на угол обзора.

Изучайте характеристики, сравнивайте модели веб-камер, учитывайте советы из нашего обзора и наслаждайтесь комфортным и приятным видео-общением.

Цифровая веб-камера представляет собой сетевое устройство, которое состоит из видео камеры (ПЗС-матрицы), процессора компрессии и встроенного веб-сервера. Как правило, веб-камера используется как устройство для организации видеосъемки, видеоконференций или видеонаблюдения и передачи видеоизображения по сети LAN/WAN/Internet. Для работы веб-камеры в сети не требуется специальных устройств и персонального компьютера. В зависимости от настроек, доступ к видеоизображению, полученному веб-камерой, может быть открыт всем пользователям сети или только авторизованным пользователям.

Устройство и принцип работы веб-камеры

Современная веб-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, перобразование аналогового видеосигнала в цифровой, сжатие цифрового видеосигнала и передачу видеоизображения по компьютерной сети. Поэтому в состав веб-камеры входят следующие компоненты:

ПЗС-матрица,

объектив,

оптический фильтр,

плата видеозахвата,

блок компрессии (сжатия) видеоизображения,

центральный процессор и встроенный веб-сервер,

флэш-память,

сетевой интерфейс,

последовательные порты,

тревожные входы/выходы.

В качестве фотоприемника в большинстве веб-камер применяется 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 веб-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 веб-камеры. Объектив является неотъемлемой частью веб-камеры, поэтому от правильности его выбора и установки зависит качество видеоизображения, получаемого веб-камерой. Достаточно часто веб-камера комплектуется объективом. 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 веб-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 веб-камере правильную цветопередачу. Однако, на многие черно-белые веб-камеры такие фильтры не устанавливают, благодаря чему монохромные веб-камеры имеют более высокую чувствительность.

Плата видеозахвата веб-камеры (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 веб-камеры 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 веб-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, которые используют веб камеры, 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).

Сжатие видеоизображения в веб-камере может быть представлено как аппаратно, так и программно. Программная реализация компрессии дешевле, однако из-за высокой вычислительной емкости алгоритмов сжатия она малоэффективна, особенно когда требуется просматривать видеоизображение с веб-камеры в online режиме. Поэтому большинство ведущих производителей выпускают веб-камеры с аппаратной реализацией сжатия. Например, каждая сетевая камера компании AXIS Communications оснащена процессором компрессии ARTPEC, осуществляющим высокоскоростное сжатие видеоизображения в формат JPEG/MJPEG.

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

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

Для работы в сети веб-камера может иметь последовательный порт для подключения модема и работы в режиме dial-up при отсутствии локальной сети. Через последовательный порт можно также подключать к веб-камере периферийное оборудование.

Карта флэш-памяти позволяет обновлять управляющие программы веб-камеры 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 веб-камерой видеокадров. Информация в видеобуфере обновляется циклически, т.е. новый кадр записывается вместо самого старого. Эта функция необходима, если веб-камера выполняет охранное видеонаблюдение, поскольку позволяет восстанавливать события, предшествующие и следующие за сигналом тревоги с подключенных к веб-камере охранных датчиков.

Тревожные входы/выходы служат для подключения к веб-камере датчиков тревоги. При срабатывании одного из датчиков генерируется сигнал тревоги, в результате чего процессор веб-камеры 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 веб-камеры

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

Для установки веб-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 веб-камеры имеют встроенные поворотные устройства, предназначенные для монтажа на горизонтальной или вертикальной поверхности.

Дополнительные возможности и функции веб-камеры

Детектор движения - это программный модуль, основной задачей которого является обнаружение перемещающихся в поле зрения веб-камеры на объекте видеонаблюдения. Детектор движения не только обнаруживает перемещение в поле изображения, но и определяет габариты объекта и скорость его движения. В зависимости от задач видеонаблюдения, детектор движения веб-камеры настраивают на обнаружение перемещения объектов с предельной минимизацией ложных срабатываний (фильтрацией помех), задают гибкую логику обработки тревог (тревожная запись, интеграция с другим охранным оборудованием).

Передача аудиосигнала по сети в большинстве случаев осуществляется за счет подключения к веб-камере дополнительного аудио модуля. Например, компания AXIS Communications для расширения функциональных возможностей веб-камер выпускает специальный аудио модуль AXIS 2191, совместимый с большинством веб-камер AXIS.