Характеристика веб-камер

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Первая в истории веб-камера была запущена в 1991 году и показывала кофеварку в Троянской комнате Кембриджского университета. Сейчас она не работает, поскольку была отключена 22 августа 2001 года. Последний фотоснимок, сделанный этой камерой, ещё можно видеть на её домашней странице в Интернете. 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 /3/. 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.

Подобно многим сетевым технологиям, веб-камеры и видеочаты приобрели массовую популярность. Необходимость в «живых» видеоизображениях породила веб-камеры, способные вещать через интернет в формате видеопотока, не требующего от зрителя необходимости вручную обновлять изображение; а вскоре, ненужными в современных браузерах стали специальные плагины.

1. ВИДЫ ВЕБ-КАМЕР

Веб-камера -- малоразмерная цифровая видео- или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшей передачи по сети Интернет (в программах типа Skype, Instant Messenger или в любом другом видеоприложении). Она имеет встроенный web-сервер, сетевой интерфейс и подключающаяся непосредственно к LAN/ WAN/ Internet. Многие сетевые камеры имеют такие дополнительные средства как: детекторы движения, отправка сообщений по e-mail, работа с модемом, подключение внешних датчиков и пр /1/. Пользователи могут обращаться к камере посредством стандартного web браузера. В зависимости от настроек, доступ к видеоизображению, полученному web-камерой, может быть открыт всем пользователям сети или только авторизованным пользователям.

Веб-камеры, доставляющие изображения через интернет, закачивают изображения на веб-сервер либо по запросу, либо непрерывно, либо через регулярные промежутки времени. Это достигается путём подключения камеры к компьютеру или благодаря возможностям самой камеры. Некоторые современные модели обладают аппаратным и программным обеспечением, которое позволяет камере самостоятельно работать в качестве веб-сервера, FTP-сервера, FTP-клиента и (или) отсылать изображения электронной почтой.

Веб-камеры, предназначенные для видеоконференций, -- это, как правило, простые модели камер, подключаемые к компьютеру, на котором запущена программа типа Instant Messenger. Модели камер, используемые в охранных целях, могут снабжаться дополнительными устройствами и функциями (такими, как детекторы движения, подключение внешних датчиков и т. п.) видеочат интерфейс детектор камера

Существуют три вида групп веб-камер это настольные, портативные и универсальные. Настольные веб-камеры чаще всего используют для настольного персонального компьютера, портативные для ноутбуков, а универсальные, соответственно, для ноутбуков и компьютеров. Также веб-камеры подразделяются на беспроводные и проводные.

Беспроводная видеокамера - это устройство записи, которое передаёт аудио- и видеосигналы на приёмник без кабельной связи. Такие камеры используют на объектах, где по различным причинам неудобно прокладывать кабельную сеть. Основными преимуществами беспроводных камер являются отсутствие необходимости долгой и трудозатратой работы по прокладке кабеля, высокая помехоустойчивость, надёжность.

Беспроводные камеры удобно использовать как камеры, ведущие скрытое наблюдение, т.к. отсутствуют громоздкие кабельные сети. Такая скрытая мини камера позволяет создать видимость отсутствия наблюдения на объекте /2/. Так же в наличии портативной видеокамеры имеется микрокамера, с её помощью можно записывать видео в различных сложных условиях. В свою очередь, беспроводные камеры разделяют на два вида - аналоговые и цифровые, из-за различной технологии (способа) передачи сигнала.

Аналоговые беспроводные видеокамеры имеют склонность к помехам и, чаще всего, искажают передаваемое изображение, но стоят намного дешевле. Правда, в большинстве случаев, аналоговые видеокамеры запрещены законодательством.

Цифровые беспроводные видеокамеры (IP камеры) передают сигнал в цифровом формате, а цифровой сигнал не поддается влиянию волн и помех, в том числе и от других камер. Такой сигнал абсолютно не искажается при передаче. Эти устройства не нуждаются в обязательном подключении к компьютеру, они сами по себе являются сетевыми узлами с собственным IP-адресом (отсюда и название «IP-камера»). Фактически это своеобразные серверы, передающие сигнал в сеть самостоятельно по протоколу TCP или даже UDP.

Существует два вида беспроводных цифровых камер - с передачей видеосигнала по радиоканалу (WiFi беспрводные камеры, USB, Wi-Max) и камеры, передающие сигнал через сотовую связь (GSM беспроводные камеры, 3G-камеры, CDMA беспроводные камеры).

Наибольшей популярностью пользуются WiFi камеры, как самый доступный и простой вид цифровых беспроводных видеокамер.

Беспроводные GSM видеокамеры (протоколы связи GPRS, EDGE, 3G) используют в том случае, когда отсутствует доступ в интернет по WiFi. Тогда пользуются услугами операторов сотовой связи.

USB камеры передают сигнал по каналу Bluetooth, но работает такое оборудование лишь на близком расстоянии, используя радиоволны.

Беспроводные камеры IP относятся к типу веб-камер, т.к. передают видео- и аудиосигнал в интернет. Беспроводная веб-камера осуществляет съемку и передачу цифрового видеосигнала, используя локальную сеть.

Проводные веб-камеры подразделяются на внешние и встроенные. Внешние веб-камеры обычно подключаются к USB-порту или с помощью интерфейса FireWire. В качестве проводной веб-камеры можно использовать самую что ни есть обычную видеокамеру, если она поддерживает такой функционал.

Встроенные веб-камеры располагаются непосредственно в самом устройстве. Трудно представить себе современный ноутбук без веб-камеры. Пусть посредственного качества, но таковая всё же должна присутствовать.

2. СТРУКТУРА И НАЗНАЧЕНИЕ ВЕБ-КАМЕР

2.1 Структура веб-камер

Современная веб-камера представляет собой цифровое устройство, производящее видеосъемку, оцифровку, сжатие и передачу по компьютерной сети видеоизображения. 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;

- ОЗУ;

- 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. Типичная веб -камера содержит объектив, оптический фильтр, ПЗС-матрицу, схему цифровой обработки изображения, схему компрессии изображения, и веб сервер для подключения к сети /2/. Каждая сетевая видеокамера имеет свой собственный IP-адрес, вычислительные функции, и встроенное программное обеспечение, что позволяет ей функционировать как веб-сервер, FTP сервер, FTP клиент и клиент e-mail. Наиболее современные сетевые видеокамеры включают и много других привлекательных функций, таких как детектор движения, вход/выход тревоги и поддержка e-mail.

Веб -камера состоит, прежде всего, из сенсора. Очень часто вместо стандартных CCD-матриц для видеонаблюдения используются более дешевые CMOS-сенсоры. Хотя они имеют более низкую чувствительность и не слишком хорошую цветопередачу, их использование позволяет сильно удешевить устройство, поскольку эти сенсоры представляют собой «все в одной микросхеме» с цифровым выходом данных.

Светочувствительный сенсор -- это своего рода сердце любой цифровой камеры. Именно он позволяет преобразовывать свет в электрические сигналы, доступные для дальнейшей электронной обработки. Основной принцип действия и ПЗС- и КМОП-сенсоров одинаков: под воздействием света в полупроводниковых материалах рождаются носители заряда, которые впоследствии преобразуются в напряжение. Различие между ПЗС- и КМОП-сенсорами заключается прежде всего в способе накопления и передачи заряда, а также в технологии преобразования его в аналоговое напряжение. Не вдаваясь в подробности конструкции различных типов сенсоров, отметим лишь, что КМОП-сенсоры являются значительно более дешевыми в производстве, но и более «шумными».

Принцип работы веб-камеры схож с принципом работы любой цифровой камеры или фотоаппарата. Кроме оптического объектива и светочувствительного ПЗС- или КМОП-сенсора обязательным является наличие аналого-цифрового преобразователя (АЦП), основное назначение которого -- преобразовывать аналоговые сигналы светочувствительного сенсора, то есть напряжение в цифровой код. Кроме того, необходима система цветоформирования /6/. Другим важным элементом камеры является схема, отвечающая за компрессию данных и подготовку к передаче в нужном формате. В веб-камерах видеоданные передаются в компьютер по USB-интерфейсу, то есть заключительной схемой камеры должен быть контроллер USB-интерфейса.

Далее: в состав сетевой камеры входит микропроцессор для компрессии видео и детектирования движения (или просто микросхема компрессора). Наиболее популярен JPEG, как самый простой и дешевый; достаточно часто используется также MPEG4, наиболее редким и дорогим является MPEG2. С завершением действия патента на арифметическое кодирование приобретает популярность WaveLet. И наконец, в состав сетевой камеры входит сетевой контроллер 10/100 Мбит/с.

2.2 Назначение веб-камер

Веб-камеры 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 удаленных точек, где существует необходимость применения необслуживаемого оборудования.

Веб-камеру можно использовать как камеру-сторож, например, для охраны своего автомобиля под окном, или в качестве веб-няни, для наблюдения всего происходящего с вашим ребенком, пока вас нет дома.

Веб-камера может пригодиться и в бизнесе, можно организовывать виртуальные выставки, проводить видео-конференции или дистанционное обучение, снимать собрания и совещания.

По мере того, как возможности работы с веб-камерами появлялись в приложениях, изначально предназначенных для текстового чата (в программах типа Instant Messenger) -- в том числе в Skype, Yahoo Messenger, AOL Instant Messenger, Windows Live Messenger -- миллионы обычных пользователей по всему миру получили возможность общения друг с другом по видеофону. Улучшение качества видеоданных позволило веб-камерам конкурировать с существовавшими до этого системами видеоконференцсвязи /4/. Некоторые веб-камеры снабжаются новыми функциями, направленными специально на увеличение популярности и удобства видеосвязи (в том числе функциями, обеспечивающими автоматическое ретуширование снимка, сглаживание морщин, и т. п.).

Беспроводные камеры позволяют осуществлять наблюдение там, где затруднено кабельное подключение или необходима полная мобильность. Беспроводные видеокамеры могут взаимодействовать с другим проводным оборудованием. В настоящее время необходимо принимать во внимание беспроводные решения при проектировании любых сетей от малого офиса до предприятия. Это, возможно, сэкономит и средства, и трудозатраты, и время.

Все беспроводные сети поддерживают как режим инфраструктуры (подключение через точку доступа), так и режим ad-hoc (настройка работы без применения точки доступа). Вы можете добавлять новых пользователей в любое время и устанавливать новые узлы сети в любом месте и без использования сетевых шнуров. Беспроводные сети также могут быть установлены для временного использования в помещениях, где нет инсталлированной кабельной сети или если прокладка сетевых кабелей затруднена.

Для обеспечения беспроводным пользователям доступа к корпоративным базам данных или разделяемым ресурсам серверам и принтерам, вы можете установить точку доступа /5/. Это устройство позволяет взаимодействовать беспроводным рабочим станциям с уже существующей сетью Ethernet. Точки доступа компании D-Link совместимы с протоколом Wi-Fi и прозрачно интегрируются с сетью Ethernet. Беспроводные рабочие станции могут добавляться без ухудшения производительности сети. Перегрузки сети трафиком можно легко избежать добавлением точки доступа для сокращения времени отклика сети.

Иногда веб-камеры применяются в системах охраны. Предприятия используют веб-камеры для наблюдения и видеозаписи происходящего в конторах, в прихожих и на складах, на выборах. В России впервые камеры для просмотра и записи выборов были установлены 4-го марта 2012 года. Веб-камеры передавали комиссии и урны. Домовладельцы при помощи веб-камер наблюдают что угодно -- от детской и до заднего двора.

Сама по себе веб-камера, как правило, не способна хранить видеозапись, а просто делает снимки; для сохранения видеозаписи используется специальное программное обеспечение на компьютере, к которому веб-камера подключена. Веб-камеры также могут использоваться в играх, использующих простые алгоритмы распознавания движений.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Информатика: Учебник для вузов / Под ред. проф. Н.В. Макаровой. - 3-е изд. перераб. - М.: Ф и С, 2004.

2. Колесниченко С., Шишигин И. Аппаратные средства PC. BHV 1999.

3. Кристиансен Т., Торкингтон Н. Perl : Библиотека программиста: Пер. с англ. - СПб. : «Питер», 2000.

4. Острейковский В.А. Информатика: Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 1999. MS Excel 97 (2000). Шаг за шагом. Ecom 1999 (2000).

5. Светозарова Г.И., Мельников А.А. Практикум по программированию на языке BASIC. - М. - Наука, 1986.

6. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Краткий курс. М.: Финансы и статистика. 1997.

Размещено на Allbest.ru