كاميرا ويب

طُوّرت كاميرا ويب لأول مرة عام ١٩٩١، ووُجّهت نحو إبريق قهوة غرفة تروجان في قسم علوم الحاسوب بجامعة كامبريدج (كانت تعمل في البداية عبر شبكة محلية بدلاً من الإنترنت). أُطفئت الكاميرا نهائياً في ٢٢ أغسطس ٢٠٠١. ولا يزال بالإمكان مشاهدة آخر صورة التقطتها الكاميرا على صفحتها الرئيسية. ^{[ ١ ] [ ٢ ]} أما أقدم كاميرا ويب تعمل باستمرار، وهي كاميرا FogCam التابعة لجامعة ولاية سان فرانسيسكو ، فقد بدأت العمل عام ١٩٩٤، ولا تزال تعمل حتى يوليو ٢٠٢٦. .يتم تحديثه كل 20 ثانية. ^{[ 3 ]}

يُعد جهاز SGI Indy ، الذي صدر عام 1993، أول جهاز كمبيوتر تجاري مزود بكاميرا فيديو قياسية، ^{[ 4 ]} وأول جهاز كمبيوتر من SGI مزود بمداخل فيديو قياسية. ^{[ 5 ]}

أقصى دقة إدخال مدعومة هي 640×480 لنظام NTSC أو 768×576 لنظام PAL . مع ذلك، يتطلب التسجيل بأي من هاتين الدقتين جهازًا سريعًا؛ فعلى سبيل المثال، قد يحتاج جهاز Indy بمعالج R4600 أبطأ إلى تقليل دقة الإدخال قبل التخزين أو المعالجة. لكن جهاز Vino قادر على نقل حقول الفيديو مباشرةً إلى مخزن الإطارات باستخدام DMA مع الحد الأدنى من استهلاك موارد المعالج.

دخلت أول كاميرا ويب تجارية واسعة الانتشار، وهي كاميرا QuickCam بالأبيض والأسود ، السوق عام 1994، من إنتاج شركة Connectix الأمريكية للحواسيب . توفرت QuickCam في أغسطس 1994 لأجهزة Apple Macintosh ، وتتصل عبر منفذ تسلسلي ، بسعر 100 دولار. كان جون غاربر، مصمم الجهاز، يرغب في تسميته "كاميرا ماك"، لكن قسم التسويق في Connectix رفض اقتراحه؛ وفي أكتوبر 1995، أُطلقت نسخة مزودة بمنفذ متوازي متوافق مع أجهزة الكمبيوتر الشخصية وبرنامج لنظام التشغيل Microsoft Windows. كانت كاميرا QuickCam الأصلية توفر دقة 320×240 بكسل مع عمق تدرج رمادي يبلغ 16 درجة بمعدل 60 إطارًا في الثانية، أو 256 درجة بمعدل 15 إطارًا في الثانية. ^{[ 6 ]} تم اختبار هذه الكاميرات على عدة رحلات إطلاق لصواريخ Delta II باستخدام مجموعة متنوعة من بروتوكولات الاتصال، بما في ذلك CDMA وTDMA وGSM وHF.

كانت تقنية مؤتمرات الفيديو عبر أجهزة الكمبيوتر موجودة بالفعل، وفي ذلك الوقت بدأت برامج مؤتمرات الفيديو القائمة على نظام العميل والخادم مثل CU-SeeMe في اكتساب شعبية.

كان أول جهاز كمبيوتر محمول معروف على نطاق واسع مزود بخيار كاميرا ويب مدمجة، بسعر يبدأ من 12000 دولار أمريكي، هو جهاز الكمبيوتر المحمول IBM RS/6000 860 ^{[ 7 ] [ 8 ]} وجهاز ThinkPad 850 المرتبط به ^{[ 9 ]} الذي تم إصداره في عام 1996.

كان موقع JenniCam ، الذي أُنشئ عام 1996، من أكثر مواقع كاميرات الويب شهرةً ، حيث أتاح لمستخدمي الإنترنت متابعة حياة صاحبة الاسم باستمرار، على غرار برنامج تلفزيون الواقع " الأخ الأكبر" الذي انطلق بعد أربع سنوات. ^{[ 10 ]} كما تُثبّت كاميرات أخرى على الجسور والساحات العامة وغيرها من الأماكن العامة، وتُتاح محتوياتها على صفحة ويب عامة، وفقًا للمفهوم الأصلي لكاميرا الويب. وقد أُنشئت أيضًا مواقع تجميعية تُوفّر آلاف البث المباشر للفيديوهات أو الصور الثابتة الحديثة، مما يسمح للمستخدمين بالعثور على البث المباشر للفيديوهات بناءً على الموقع أو معايير أخرى.

في أواخر التسعينيات، كان برنامج مايكروسوفت نت ميتينغ البرنامج الوحيد لعقد مؤتمرات الفيديو على أجهزة الكمبيوتر الشخصية واسع الانتشار، والذي كان يعتمد على كاميرات الويب. ^{[ 11 ]} وفي السنوات اللاحقة، بدأت برامج المراسلة الفورية بإضافة دعم كاميرات الويب: فقد أضاف برنامج ياهو ماسنجر هذه الميزة في الإصدار 5.5 عام 2002، مما أتاح إجراء مكالمات الفيديو بمعدل 20 إطارًا في الثانية باستخدام كاميرا الويب. ^{[ 12 ]} وحصل برنامج إم إس إن ماسنجر على هذه الميزة في الإصدار 5.0 عام 2003. ^{[ 13 ]}

مع مطلع القرن الحادي والعشرين، بدأت شركات تصنيع أجهزة الكمبيوتر بدمج كاميرات الويب مباشرةً في شاشات أجهزة الكمبيوتر المحمولة والمكتبية، مما ألغى الحاجة إلى استخدام كاميرا خارجية عبر منفذ USB أو FireWire . وتدريجيًا، أصبح استخدام كاميرات الويب أكثر شيوعًا في الاتصالات، أو ما يُعرف بالاتصالات المرئية ، بين شخصين أو عدة أشخاص، بدلًا من عرض محتوى صفحة ويب لجمهور غير معروف.

في عام 2012، أصبح بالإمكان الحصول على كاميرا ويب فضائية ثلاثية الأبعاد بأقل من 100 دولار أمريكي ، تُنتج مقاطع فيديو وصورًا بتقنية الصور المجسمة ثلاثية الأبعاد بدقة تصل إلى 1280 × 480 بكسل. ويجب على المشاهدين استخدام نظارات ثلاثية الأبعاد لرؤية تأثير الصور ثلاثية الأبعاد. ^{[ 14 ]}

مع انتشار العمل عن بُعد ، اعتُبرت الكاميرات المدمجة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة العادية غير كافية في بعض الأحيان. ونتيجةً لذلك، وخلال جائحة كوفيد-19 ، حدث نقص في كاميرات الويب الخارجية في متاجر التجزئة. ^{[ 15 ]} كانت معظم أجهزة الكمبيوتر المحمولة قبل وأثناء الجائحة مزودة بكاميرات لا تتجاوز جودة تسجيلها 720 بكسل في أفضل الأحوال، مقارنةً بمعيار الصناعة 1080 بكسل أو 4K الموجود في الهواتف الذكية وأجهزة التلفزيون في الفترة نفسها. ^{[ 16 ]} يعود تأخر تطوير كاميرات الويب المدمجة إلى خلل في التصميم، حيث كانت أجهزة الكمبيوتر المحمولة رقيقة جدًا بحيث لا تتسع لوحدات الكاميرا بسمك 7 مم، ما اضطرها إلى استخدام كاميرات بسمك 2.5 مم تقريبًا. ^{[ 17 ] [ 18 ]} كما أن مكونات الكاميرا أغلى ثمنًا، ولم يكن هناك طلب كبير على هذه الميزة. ^{[ 19 ] [ 20 ]} بدأ استخدام الهواتف الذكية كخيار احتياطي أو بديل لكاميرا الويب، مع توفر مجموعات تتضمن إضاءة وحوامل ثلاثية أو تطبيقات قابلة للتنزيل. ^{[ 21 ]}

تتنوع مستشعرات الصور بين CMOS و CCD ، حيث يهيمن النوع الأول على الكاميرات منخفضة التكلفة، إلا أن كاميرات CCD لا تتفوق بالضرورة على كاميرات CMOS في هذه الفئة السعرية. تستطيع معظم كاميرات الويب الاستهلاكية توفير فيديو بدقة VGA بمعدل 30 إطارًا في الثانية. بينما تستطيع العديد من الأجهزة الحديثة إنتاج فيديو بدقة متعددة الميغابكسل ، وبعضها الآخر قادر على العمل بمعدلات إطارات عالية، مثل كاميرا PlayStation Eye التي تُنتج فيديو بدقة 320×240 بمعدل 120 إطارًا في الثانية. ^{[ 22 ]} وتُصنّع معظم مستشعرات الصور من قبل شركتي Omnivision أو Sony .

مع تطور كاميرات الويب بالتزامن مع تقنيات العرض وسرعات منافذ USB وسرعات الإنترنت عريض النطاق، ارتفعت الدقة تدريجيًا من 320×240 إلى 640×480، بل إن بعضها يوفر الآن دقة 1280×720 (المعروفة أيضًا باسم 720p ) أو 1920×1080 (المعروفة أيضًا باسم 1080p ). ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} على الرغم من انخفاض التكلفة، إلا أن الدقة المتوفرة حتى عام 2019 مثيرة للإعجاب، حيث توفر كاميرات الويب منخفضة التكلفة دقة 720p ، وكاميرات الويب متوسطة المدى دقة 1080p ، وكاميرات الويب عالية الجودة دقة 4K بمعدل 60 إطارًا في الثانية.

تتوفر عدسات متنوعة، وأكثرها شيوعًا في كاميرات الويب الاستهلاكية عدسة بلاستيكية يمكن تحريكها يدويًا لضبط التركيز. كما تتوفر عدسات ثابتة التركيز ، لا يمكن ضبطها. ولأن عمق مجال نظام الكاميرا يكون أكبر مع أحجام الصور الصغيرة، وأكبر مع العدسات ذات الرقم البؤري الكبير (فتحة العدسة الصغيرة)، فإن الأنظمة المستخدمة في كاميرات الويب تتمتع بعمق مجال كبير بما يكفي بحيث لا يؤثر استخدام عدسة ثابتة التركيز بشكل كبير على وضوح الصورة.

تستخدم معظم الطرازات بصريات بسيطة بدون بؤرة (بؤرة ثابتة، مضبوطة مسبقًا في المصنع على المسافة المعتادة من الشاشة التي يتم تثبيتها عليها للمستخدم) أو التركيز اليدوي.

تأتي كاميرات الويب بإعدادات مسبقة ومجالات رؤية متنوعة . يمكن للمستخدمين الاستفادة من مجال رؤية أفقي أقل من 90 درجة للمكاتب المنزلية والبث المباشر. أما كاميرات الويب ذات مجال الرؤية الأفقي الذي يصل إلى 360 درجة، فيمكن استخدامها في الغرف الصغيرة والمتوسطة الحجم (وأحيانًا حتى الكبيرة). وبحسب احتياجات المستخدمين، يمكن لكاميرات الويب المتوفرة في السوق عرض الغرفة بأكملها أو المنطقة المحيطة بها فقط.

بما أن مرشح باير تقنية خاصة، فإن أي كاميرا ويب تحتوي على معالجة صور مدمجة ، منفصلة عن الضغط. تُمثل تدفقات الفيديو الرقمية بكميات هائلة من البيانات، مما يُثقل كاهل عملية نقلها (من مستشعر الصورة، حيث تُنشأ البيانات باستمرار) وتخزينها على حد سواء. تأتي معظم كاميرات الويب الرخيصة، إن لم تكن جميعها، مزودة بدائرة متكاملة خاصة بالتطبيقات (ASIC) مدمجة لضغط الفيديو في الوقت الفعلي.

تقوم الدوائر الإلكترونية المساعدة بقراءة الصورة من المستشعر ونقلها إلى الحاسوب المضيف. تأتي معظم كاميرات الويب مزودة بوحدة تحكم تُحوّل الفيديو عبر منفذ USB من شركات مثل Sonix وSuyin و Ricoh و Realtek وغيرها. عادةً، تُنقل كل إطار غير مضغوط بصيغة RGB أو YUV أو مضغوطًا بصيغة JPEG . تستخدم بعض الكاميرات، مثل كاميرات الهواتف المحمولة ، مستشعر CMOS مع دوائر إلكترونية مساعدة مدمجة، أي أن المستشعر والدوائر الإلكترونية المساعدة مُدمجان على شريحة سيليكون واحدة لتوفير المساحة وخفض تكاليف التصنيع. تتميز معظم كاميرات الويب بميكروفونات مدمجة لتسهيل إجراء مكالمات الفيديو ومؤتمرات الفيديو .

تتضمن المنافذ الشائعة المستخدمة في المنتجات التي تُسوّق على أنها "كاميرات ويب" منافذ USB و Ethernet و IEEE 802.11 (المعروفة باسم كاميرات IP ). كما توفرت منافذ أخرى مثل الفيديو المركب و S-Video و FireWire . وتتيح مواصفات فئة أجهزة الفيديو USB (UVC) توصيل كاميرات الويب بأجهزة الكمبيوتر دون الحاجة إلى برامج تشغيل خاصة.

تتوفر برامج متنوعة، بعضها احتكاري وبعضها مجاني ومفتوح المصدر، لمعالجة بث UVC. يمكن استخدام Guvcview أو GStreamer، أو برامج أخرى تعتمد على GStreamer، لمعالجة هذا البث. كما يمكن استخدام عدة كاميرات USB متصلة بجهاز الكمبيوتر المضيف الذي يُثبّت عليه البرنامج، وبث عدة تدفقات في وقت واحد عبر شبكة إيثرنت (لاسلكية)، مثل MotionEye. يمكن تثبيت MotionEye على Raspberry Pi كنظام تشغيل MotionEyeOS، أو لاحقًا على Raspbian. كما يمكن تثبيته على Debian، وهو إصدار من Debian. يعمل MotionEye V4.1.1 (أغسطس 2021) فقط على Debian 10 Buster (الإصدار القديم المستقر) وPython 2.7. لا تدعم الإصدارات الأحدث، مثل 3.X، حاليًا، وفقًا لـ Ccrisan، مؤسس ومطور MotionEye.

تتوفر العديد من البرامج الشائعة الاستخدام لالتقاط الفيديو والصور، مثل PicMaster وتطبيق الكاميرا من مايكروسوفت (للاستخدام مع أنظمة تشغيل ويندوز )، و Photo Booth ( لنظام ماك )، أو Cheese ( لأنظمة يونكس ). للاطلاع على قائمة أكثر شمولاً، راجع مقارنة برامج كاميرات الويب .

يمكن إضافة كاميرات الويب إلى تطبيقات المراسلة الفورية ، وخدمات الدردشة النصية مثل AOL Instant Messenger ، وخدمات VoIP مثل Skype (الذي توقف استخدامه الآن )، وقد وصل التواصل المرئي المباشر بين شخصين عبر الإنترنت إلى ملايين مستخدمي أجهزة الكمبيوتر الشخصية حول العالم. ساهم تحسين جودة الفيديو في تفوق كاميرات الويب على أنظمة مؤتمرات الفيديو التقليدية. كما تُسهّل الميزات الجديدة، مثل التحكم التلقائي في الإضاءة، والتحسينات الفورية (التنقيح، وتنعيم التجاعيد، والتمديد الرأسي)، وتتبع الوجه التلقائي، والتركيز التلقائي، استخدام كاميرات الويب بشكل كبير، مما يزيد من شعبيتها.

تُساهم كاميرات الويب أيضًا في تشجيع العمل عن بُعد ، مما يُتيح للأفراد العمل عن بُعد عبر الإنترنت. وكان لهذا الاستخدام دورٌ حاسمٌ في استمرار العديد من الشركات خلال جائحة كوفيد-19 ، حين تمّ تثبيط العمل المكتبي المباشر. واعتمدت الشركات والمدارس والأفراد على مؤتمرات الفيديو بدلًا من إنفاق المال على السفر لحضور الاجتماعات. علاوةً على ذلك، تضاعف عدد كاميرات وبرامج مؤتمرات الفيديو منذ ذلك الحين نظرًا لشعبيتها المتزايدة.

تختلف ميزات وأداء كاميرا الويب باختلاف البرنامج ونظام تشغيل الكمبيوتر ، وكذلك باختلاف قدرات معالج الكمبيوتر . كما أُضيفت ميزة دعم مكالمات الفيديو إلى العديد من برامج المراسلة الفورية الشائعة .

تتيح كاميرات الويب إجراء محادثات فيديو وبث مباشر بتكلفة منخفضة، سواءً للهواة أو المحترفين. وهي شائعة الاستخدام في مواقع التعارف الإلكترونية ، وفي الخدمات الشخصية التي تقدمها النساء بشكل رئيسي عبر الإنترنت . مع ذلك، فإن سهولة استخدام كاميرات الويب عبر الإنترنت لإجراء محادثات الفيديو قد تسببت في بعض المشاكل. فعلى سبيل المثال، تعرض نظام الرقابة في مواقع محادثات الفيديو المختلفة، مثل أوميجل ، لانتقادات لعدم فعاليته، حيث لا يزال المحتوى الجنسي منتشراً على نطاق واسع. ^{[ 30 ]} وفي قضية عام 2013، أدى إرسال صور ومقاطع فيديو عارية عبر أوميجل من فتاة مراهقة إلى معلم إلى توجيه تهمة حيازة مواد إباحية للأطفال . ^{[ 31 ]}

أثار انتشار كاميرات الويب بين المراهقين الذين لديهم اتصال بالإنترنت مخاوف بشأن استخدامها في التنمر الإلكتروني . ^{[ 32 ]} وتُنشر تسجيلات كاميرات الويب للمراهقين، بمن فيهم القاصرون، بشكل متكرر على منتديات الإنترنت الشهيرة ومواقع مشاركة الصور مثل 4chan . ^{[ 33 ] [ 34 ]}

يمكن استخدام كاميرات الويب ككاميرات مراقبة . تتوفر برامج تُمكّن الكاميرات المتصلة بالحاسوب من رصد الحركة والصوت، وتسجيلهما عند رصدهما. ويمكن حفظ هذه التسجيلات على الحاسوب، أو إرسالها عبر البريد الإلكتروني، أو تحميلها على الإنترنت. في إحدى الحالات التي حظيت بتغطية إعلامية واسعة، ^{[ 35 ]} أرسل حاسوب صورًا للّص أثناء سرقة الحاسوب عبر البريد الإلكتروني، مما مكّن المالك من تزويد الشرطة بصورة واضحة لوجه اللص حتى بعد سرقة الحاسوب.

في ديسمبر 2011، أعلنت روسيا عن تركيب 290 ألف كاميرا ويب في 90 ألف مركز اقتراع لمراقبة الانتخابات الرئاسية الروسية لعام 2012. [ ^{36 ] ويمكن} تركيب كاميرات الويب في أماكن مثل مراكز رعاية الأطفال والمكاتب والمتاجر والمناطق الخاصة لمراقبة الأمن والأنشطة العامة.

بفضل قدرتها على العمل في ظروف الإضاءة المنخفضة للغاية، تحظى بعض طرازات كاميرات الويب بشعبية واسعة بين علماء الفلك ومصوري الفلك لتصوير السماء ليلاً. في الغالب، تكون هذه الكاميرات يدوية التركيز وتحتوي على مصفوفة CCD قديمة بدلاً من مصفوفة CMOS الأحدث نسبياً. تُزال عدسات هذه الكاميرات ثم تُركّب على التلسكوبات لتسجيل الصور أو الفيديو أو الصور الثابتة أو كليهما. في التقنيات الحديثة، تُصوّر مقاطع فيديو للأجرام الخافتة جداً لبضع ثوانٍ، ثم تُدمج جميع إطارات الفيديو معاً للحصول على صورة ثابتة ذات تباين جيد. ^{[ 37 ]}

تستجيب كاميرا الويب لحساس CCD بشكل خطي مع الضوء الساقط. ^{[ 38 ]} لذلك، تُعد كاميرات الويب مناسبة لتسجيل بيانات شعاع الليزر بعد إزالة العدسة. وتعتمد دقة جهاز قياس شعاع الليزر على حجم البكسل. عادةً ما تُصمم كاميرات الويب التجارية لتسجيل الصور الملونة. ويختلف حجم بكسل اللون في كاميرا الويب باختلاف الطراز، وقد يتراوح بين 5 و10  ميكرومتر. مع ذلك، يتكون بكسل اللون من أربعة بكسلات سوداء وبيضاء، كل منها مزود بمرشح لوني (للمزيد من التفاصيل، انظر مرشح باير ). على الرغم من أن هذه المرشحات اللونية تعمل بكفاءة في نطاق الضوء المرئي، إلا أنها قد تكون شفافة نسبيًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة. من خلال تحويل كاميرا الويب إلى وضع باير، يُمكن الوصول إلى معلومات البكسلات الفردية،  وقد أمكن تحقيق دقة أقل من 3 ميكرومتر. ^{[ 39 ]}