Какая характеристика компьютера веб камеры. Вебкамера (Webcam). Описание, виды, принцип работы и выбор вебкамеры. Что такое веб-камера, как она работает и где применяется
Веб-камеры. Назначение, принцип работы и основные характеристики.
по дисциплине (специализации) «Аппаратные средства вычислительной техники»
Проверила,
Никольская К.Ю.
студент группы ПС-170
Бадалова А.А.
Реферат защищен
с оценкой
Челябинск 2014
Бадалова А.А. Веб-камеры. Назначение, принцип работы и основные характеристики. – Челябинск: ЮУрГУ, ПС- 170, 20 с., 4 ил., библиогр. список – 5 наим.
Цель реферата – узнать о назначении, принципах работы и основных характеристиках веб-камер.
Задачи реферата – изучить устройство и принцип работы веб-камер, научиться устанавливать веб-камеры и подключать их к сети, узнать о значении веб-камер в современном мире.
Рассмотрены основные характеристики веб-камер, способы подключения к сети. Рассказано о программах для веб-камер и о том, как подключить веб-камеру к сети.
1. Введение (стр. 4)
2. Определение (стр. 5)
3. История создания веб-камеры (стр. 6)
4. Устройство и принцип работы веб-камеры (стр. 7-11)
5. Дополнительные возможности и функции веб-камер (стр.12)
6. Подключение веб-камеры к сети (стр. 13-15)
7. Способы применения веб-камер (стр. 16-17)
8. Программы для веб-камер (стр. 18)
9. Заключение (стр. 19)
10. Библиографический список (стр. 20).
Введение.
Веб-камеры всё прочнее входят в нашу жизнь. Их используют для построения видеосистем как на территориально больших, так и для малых объектов. Особенно они становятся незаменимы при контроле и мониторинге удалённых точек, где существует необходимость применения необслуживаемого оборудования. Когда срочно требуется установить «временные» камеры, веб-камеры незаменимы, ведь для их установки не требуется тянуть отдельные провода, и поэтому монтаж будет быстрым и лёгким.
Целью моей работы является задача узнать о назначении, принципах работы и основных характеристиках веб-камер.
Для этого я изучу историю возникновения, устройство и основные характеристики, а также сферы применения веб-камер, узнаю, как их устанавливать и подключать к сети.
Понятие веб-камера.
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.
История создания веб-камеры.
Все началось в одной из компьютерных лабораторий Кембриджа еще в начале 90-х годов прошлого века, когда Глобальная паутина только-только начинала свое победоносное шествие по планете. Группа ученых, человек 15-20, работала над проектом в области сетевых технологий. Условия работы были спартанскими - на всю команду приходилась всего одна кофеварка, которая не могла удовлетворить потребности всего коллектива. Основная работа велась в лаборатории, персонал жил в этом же здании, но в другой его части. Чтобы подхлестнуть мыслительный процесс чашечкой бодрящего напитка, участники научного проекта были вынуждены часто посещать коридор, находившийся этажом выше, где и располагалась кофеварка. Зачастую такие походы терпели крах, так как некоторые коллеги уже успевали опорожнить вожделенную емкость. Ситуация требовала нестандартного решения, и оно было найдено.
Один из компьютеров в лаборатории имел устройство видеонаблюдения (frame grabber). К нему подключили камеру, которая была направлена на объект наблюдения. Этот же компьютер играл роль web-сервера за счет специально написанного программного обеспечения. Желающие знать, есть ли кофе, должны были запустить на своем компьютере клиентское ПО, соединяющееся с сервером. В результате на удаленном компьютере в маленьком окошке выводилось черно-белое изображение, обновляющееся три раза в минуту. Заметка об этом интересном комплексе была опубликована в журнале Comm-Week 27 января 1992 года. С момента появления первых прототипов IP камер прошло не так уж много времени, но они уже превратились во вполне сформировавшийся, отдельный класс устройств, делающих повседневную жизнь проще, удобнее и веселее.
Рисунок 1. Снимок с первой веб-камеры
Устройство и принцип работы веб-камеры.
Современная веб-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, преобразование 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,
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).
· 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.
Рисунок 2. Устройство веб-камеры.
5. 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.
· Защита паролем служит для ограничения доступа к веб-камере лицами, не имеющими права доступа.
По умолчанию видеоизображение с веб-камеры можно просматривать с любого сетевого компьютера, на котором установлен стандартный веб-браузер, например, Internet Explorer или Netscape Navigator. Однако можно ограничить число лиц с правами доступа к веб-камере, введя пароль на уровне пользователя. Многие веб-камеры поддерживают многоуровневую защиту паролем для разграничения прав доступа и администрирования.
В этой статье мы рассмотрим наиболее распространенные модели веб-камер и их предназначение.
Веб-камера с точки зрения техники. Принцип работы миниатюрного устройства напоминает дверной глазок, разве что подключается оно к сети Интернет для передачи изображения. Веб-камера может передавать видео, фотографии, а также проводить онлайн-трансляции. Последнее достигается посредством баланса качества картинки и скорости трансляции. В самом начале веб-камеры (вебки) могли снимать и транслировать видео разрешения СIF (352×288 пикселей). Однако на сегодняшний день – от 1,3 мегапикселя.
На сегодняшний день выделяется два типа веб-камер: любительские и профессиональные.
Последние используют для скрытого мониторинга за территорией предприятия. Они не нуждаются в ПК и передают информацию через Интернет. Используются только в целях мониторинга, другие функции данная модель не поддерживает.
Любительские или USB-камеры могут применяться для того же мониторинга, видеотелефонии, фотосъемки или видеозаписи. Некоторые из моделей веб-камер оснащены стеклянными линзами, обеспечивающими более высокий уровень качества съемки. Они предоставляют другие возможности. Некоторые из моделей позволяют добавлять всевозможные видеоэффекты. Также одной из полезных возможностей является инфракрасная подсветка. Очень удобна данная функция камер, работающих в слабоосвещенных помещениях или в ночное время. По умолчанию оснащаются инфракрасной подсветки веб-камеры для скрытого мониторинга. Стоит заметить, что возможность вращения на подставе или изменения угла наклона позволяет получить оптимальную картинку в кадре.
После определения возможностей веб-камеры перед покупкой устройства следует определиться в дальнейшей области его использования. Классифицируются вебки по целее применения на 4 класса. Ниже осветим каждый из них подробно.
1. Общение в интернет-сети. Для данных целей следует сразу покапать веб-камеру, наушники и микрофон. Передаваемой видео картинки с разрешением 800×600 пикселей для общения с друзьями вполне хватит. Помимо требований к устройству передачи видео есть ряд требований к конфигурации ПК, необходимых для высокого качества передачи и приема: 2-ядерный процессор с частотой 2,0 ГГц, ОП 1 Гбайт, Интернет скорость передачи данных от 384 Кбит/с. Деловое общение через Интернет требует максимально высокого качества видео-картинки. Поэтому нужно покупать веб-камеру с разрешением матрицы 1,3 мегапикселя. В конструкции объектива устройства должны использоваться качественные линзы из настоящего стекла. Подобная система оптики позволяет достичь максимальной четкости изображения.
2. Удаленный мониторинг. Приобретайте камеры второй категории. Для любительского использования подойдет простая USB-камера, однако для коммерческих целей стоит потратиться на профессиональные модели. При настройке устройства следует указать электронную почту, куда будет посылаться фото и видео изображения скрытого мониторинга.
3. Ноутбук. Отличительная особенность ноутбучных вебок от настольных моделей – крепление. Они устанавливаются на верхнюю часть экрана. Имеет более компактные размеры, питание организовано через USB-интерфейс, подключенный к USB-порту ноутбука. Все возможности и требования к спецификации идентичны с вебками для общения в интернете.
4. Имиджевые веб-камеры. Они не только выполняют видеосъемку с возможностью трансляции в Интернет, но и служат украшением рабочего стола. Различные формы и размеры. Такие камеры могут записывать и транслировать видео с разрешением 640×480 пикселей, а фото - 1280×960 пикселей. Некоторые модели могут совершать видеозапись с разрешением 2 мегапикселя, а фотосъемку - 8 мегапикселей.
Настройка каждого класса веб-камеры осуществляется по разному. Вебки для общения в интернете настраиваются посредством программ, передающих видео, таких как скайп, мэйл-агент или аська. Веб-камеры для мониторинга поставляются вместе со специальным программным обеспечением. Ноутбучные и имиджевые камеры настраиваются также через программы, передающие видео. Во всех случаях в первую очередь нужно установить драйвера. Имеется ряд программ для записи видео на жесткий диск ПК.
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.
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.
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.
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.
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.
Профессиональная вебкамера представляет собой цифровую видео или фотокамеру, которая позволяет в режиме реального времени сканировать изображение вокруг веб – камеры и передавать это изображение по сети интернет. Для передачи изображений по сети Интернет применяется программа «Instant Messenger» или другая программа, которая позволяет воспроизводить изображение, передаваемое на видеокамеру.
Из чего состоит веб – камера?
Любая веб – камера состоит из видеокамеры (ПЗС матрицы), специального процессора компрессии, а также встроенного веб - сервера. На сегодняшний день различаются два типа матриц: ПЗС матрицы и КМОП матрицы. Такие матрицы различаются степенью детализации и четкости изображения. При работе, веб – камера осуществляет видеосъемку и преобразует аналоговый сигнал в цифровой сигнал. Преобразованный цифровой сигнал обрабатывается специальной платой видеозахвата. После этого, видеоизображение может быть передано по сети Интернет.
Структурно, в состав видеокамеры входят: ПЗС – матрица, оптический фильтр и объектив, специальная компьютерная плата видеозахвата, блок компрессии видеоизображения, ОЗУ и центральный процессор, флэш-память и сетевой интерфейс, порты для соединения с различными устройствами.
ПЗС – матрица представляет собой светочувствительный проводник. Проводник является пластинкой, которая преобразует свет в электроимпульс. В состав ПЗС матрицы входит значительное число светочувствительных ячеек. Именно поэтому, от количества эффективных пикселей, напрямую зависит чувствительность ПЗС – матрицы.
внутренности веб-камеры с линзой и без
Объектив веб – камеры используется для проецирования изображения объекта на ПЗС – матрицу компьютера. От качества объектива, во многом зависит качество формируемого изображения. Одними из ключевых характеристик объектива являются: фокусное расстояние, глубина резкости объектива, формат и другие технические характеристики веб – камеры.
Оптические фильтры веб – камеры имеют вид плоских параллельных пластинок. Такие пластинки расположены сверху матрицы и предназначены для качественной цветопередачи веб – камеры.
Плата видеозахвата веб – камеры преобразует аналоговый электрический сигнал в цифровой формат.
Блок компрессии веб – камеры сжимает видеосигналы. Уменьшая его в объеме, он преобразует видеосигналы в такие форматы сжатия, как JPEG, MJPEG, MPEG – 1/2/4 или Wavelet. Сжатие видеосигнала позволяет многократно сократить объем видеоинформации для удобства хранения и транспортировки видеоизображения по сети Интернет. Существуют аппаратное и программное сжатие видеоизображение. Большинство веб – камер выпускают с аппаратным сжатием, так как это наиболее быстродействующий способ сжатия.
При помощи центрального процессора осуществляются задачи по воспроизведению сжатого и оцифрованного видеоизображения. Интерфейс – Ethernet отвечает за подключение веб - камеры к локальной сети. При наличии порта USB (более распространенный вид) камера может быть подключена напрямую к входу компьютера.
Опционально веб-камера может содержать программное обеспечение веб-сервера. Тогда она становится полностью автономным сервисом, подключение к которому может быть осуществлено непосредственно пользователями через Интернет. В обычном же случае камера используется как генератор видеопотока, который обрабатывается компьютером и посредством ПО на нем установленного транслируется в сеть.
Преимущества и недостатки веб – камеры
Основное преимущество веб – камеры – это ее мобильность и возможность передачи видеоинформации в режиме он – лайн. Недостатком веб – камеры является достаточно низкое качество изображения и обязательное наличие широкополосного подключения к интернет для передачи изображения в режиме он – лайн. Для обычной записи изображения, широкополосной доступ в интернет не требуется.
Как работает веб – камера?
После подключения веб – камеры к сети Интернет, ей присваивается веб – адрес. Существуют и специальные программы, которые автоматически присваивают адрес веб – камере. При определении веб – камеры компьютером, она начинает работать как сетевое устройство, преобразуя поступающее в объектив изображение в цифровой сигнал для записи или передачи в Интернет. Таким образом, и осуществляется работа веб – камеры.