ウェブカメラ

1991年に初めて開発されたウェブカメラは、ケンブリッジ大学コンピュータサイエンス学部のトロイの木馬室にあるコーヒーポットに向けられていました（当初はウェブではなくローカルネットワーク上で動作していました）。カメラは2001年8月22日に最終的に停止されました。カメラが最後に撮影した画像は、現在もホームページで見ることができます。^{[ 1 ] [ 2 ]}最も長く継続的に稼働しているウェブカメラは、サンフランシスコ州立大学のFogCamで、1994年から稼働しており、 2026年7月現在も稼働中です。 。20秒ごとに更新されます。^{[ 3 ]}

1993年に発売されたSGI Indyは、標準ビデオカメラを搭載した最初の商用コンピュータであり^{[ 4 ]}、標準ビデオ入力を備えた最初のSGIコンピュータでもある^{[ 5 ] 。}

サポートされている最大入力解像度は、NTSC方式の場合は640×480、 PAL方式の場合は768×576です。ただし、これらの解像度でキャプチャするには高速なマシンが必要です。例えば、低速なR4600 PC CPUを搭載したIndyでは、保存または処理の前に入力解像度を下げる必要がある場合があります。しかし、Vinoハードウェアは、最小限のCPUオーバーヘッドでビデオフィールドをフレームバッファに直接DMA転送することができます。

最初に広く普及した商用ウェブカメラである白黒のQuickCam は、米国のコンピュータ会社Connectixによって開発され、1994 年に市場に登場しました。QuickCam は、シリアル ポート経由で接続するApple Macintosh用として 1994 年 8 月に100 ドルで発売されました。このデバイスの設計者である Jon Garber は、これを「Mac カメラ」と名付けたかったのですが、Connectix のマーケティング部門に却下されました。PC 互換のパラレル ポートとMicrosoft Windows用のソフトウェアを備えたバージョンは、1995 年 10 月に発売されました。オリジナルの Quick Cam は、320x240 ピクセルの解像度で、1 秒あたり 60 フレームで 16 階調のグレースケール深度、または 15 フレームあたり 256 階調のグレースケール深度を提供しました。^{[ 6 ]}これらのカメラは、CDMA、TDMA、GSM、HF などのさまざまな通信プロトコルを使用して、いくつかのDelta II 打ち上げでテストされました。

コンピュータを介したビデオ会議は既に存在しており、当時CU-SeeMeのようなクライアントサーバー型のビデオ会議ソフトウェアが普及し始めていた。

ウェブカメラを内蔵した最初の広く知られたノートパソコンは、1996年に発売されたIBM RS/6000 860ノートパソコン^{[ 7 ] [ 8 ]}と、その関連機種であるThinkPad 850 ^{[ 9 ]}で、価格は12,000米ドルからでした。

最も広く報道されたウェブカメラサイトの1つは、 1996年に作成されたJenniCamで、4年後に始まったリアリティTVシリーズ「ビッグ・ブラザー」と同様に、インターネットユーザーがその名の由来となった人物の生活を常に観察できるようにした。 ^{[ 10 ]}他のカメラは橋や広場などの公共の場所を見下ろすように設置され、その出力は「ウェブカメラ」の本来のコンセプトに従って公開ウェブページで利用可能になっている。また、何千ものライブビデオストリームや最新の静止画を提供するアグリゲーターWebサイトも作成され、ユーザーは場所やその他の基準に基づいてライブビデオストリームを見つけることができる。

1990年代後半、Microsoft NetMeetingは、ウェブカメラを利用したPC上で広く使われている唯一のビデオ会議ソフトウェアでした。^{[ 11 ]}その後、インスタントメッセージングクライアントがウェブカメラのサポートを追加し始めました。Yahoo Messengerは2002年のバージョン5.5でこれを導入し、ウェブカメラを使用して毎秒20フレームのビデオ通話を可能にしました。^{[ 12 ]} MSN Messengerは2003年のバージョン5.0でこれを獲得しました。^{[ 13 ]}

21世紀初頭頃、コンピュータハードウェアメーカーはノートパソコンやデスクトップパソコンの画面にウェブカメラを直接組み込むようになり、外付けのUSBカメラやFireWireカメラを使う必要がなくなった。次第にウェブカメラは、見知らぬ人にウェブページを見せるためよりも、2人または複数人での通信、つまりビデオ通話に使われることが多くなった。

2012年には100米ドル未満で、最大1280×480ピクセルの解像度で3Dアナグリフ画像の動画や写真を生成できる3次元空間ウェブカメラが入手可能になった。視聴者は3D画像の効果を見るために3Dメガネを使用する必要がある。^{[ 14 ]}

リモートワークが主流になるにつれ、平均的なノートパソコンの内蔵カメラでは不十分だと考えられることがありました。そのため、COVID-19 パンデミックの間、小売店で外付けウェブカメラが不足しました。^{[ 15 ]}パンデミック以前およびパンデミック中のほとんどのノートパソコンは、最高でも 720p の録画品質のカメラを搭載していましたが、同時期のスマートフォンやテレビでは業界標準の 1080p または 4K でした。^{[ 16 ]}内蔵ウェブカメラの新開発が遅れているのは、ノートパソコンが薄すぎて 7mm のカメラモジュールを内部に収めることができず、代わりに約 2.5mm のものに頼らざるを得ないという設計上の欠陥が原因です。^{[ 17 ] [ 18 ]}また、カメラ部品は高価であり、この機能に対する需要は高くありませんでした。^{[ 19 ] [ 20 ]}スマートフォンはバックアップオプションまたはウェブカメラの代替として使用され始め、照明や三脚、ダウンロード可能なアプリを含むキットが販売されました。^{[ 21 ]}

イメージセンサーはCMOSまたはCCDであり、低価格カメラでは前者が主流ですが、低価格帯ではCCDカメラが必ずしもCMOSベースのカメラより優れているとは限りません。ほとんどの消費者向けウェブカメラは、毎秒30フレームのフレームレートでVGA解像度のビデオを提供できます。多くの新しいデバイスは、数メガピクセルの解像度でビデオを生成でき、 PlayStation Eyeのように毎秒120フレームで320×240のビデオを生成できる高フレームレートで動作するものもあります。 ^{[ 22 ]}ほとんどのイメージセンサーはOmnivisionまたはSonyから供給されています。

ウェブカメラはディスプレイ技術、USB インターフェース速度、ブロードバンドインターネット速度と同時に進化し、解像度は 320×240 から 640×480 へと徐々に向上し、現在では 1280×720 (別名720p ) や 1920×1080 (別名1080p ) の解像度を提供するものもあります。^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}低価格にもかかわらず、2019 年現在では解像度は印象的で、低価格帯のウェブカメラは720p、中価格帯のウェブカメラは1080p、高価格帯のウェブカメラは 60 fps で 4K 解像度を提供しています。

様々なレンズが利用可能で、一般消費者向けウェブカメラで最も一般的なのは、手動で前後させて焦点を合わせることができるプラスチックレンズです。調整機能のない固定焦点レンズも利用可能です。カメラシステムの被写界深度は、画像フォーマットが小さいほど、またF値（絞り値）が大きいレンズほど深くなるため、ウェブカメラで使用されるシステムは被写界深度が十分に深く、固定焦点レンズを使用しても画像の鮮明度に大きな影響を与えません。

ほとんどのモデルは、シンプルな焦点調整不要の光学系（固定焦点で、モニターをユーザーに取り付ける際の通常の距離に合わせて工場出荷時に設定されている）または手動フォーカスを採用している。

ウェブカメラには、さまざまなプリセットと視野角が用意されています。個人ユーザーは、ホームオフィスやライブストリーミング用に、水平視野角が90°未満のカメラを使用できます。水平視野角が360°にも及ぶウェブカメラは、小規模から中規模の部屋（場合によっては大規模な部屋）で使用できます。ユーザーの目的に応じて、市販のウェブカメラは部屋全体を表示するものもあれば、周辺のみを表示するものもあります。

ベイヤーフィルターは独自規格であるため、どのウェブカメラにも圧縮とは別に何らかの画像処理機能が内蔵されています。デジタルビデオストリームは膨大なデータ量で構成されているため、伝送（データが継続的に生成されるイメージセンサーから）とストレージの両方に大きな負荷がかかります。安価なウェブカメラのほとんど、あるいはすべてに、リアルタイムでビデオ圧縮を行うためのASICが内蔵されています。

サポート電子回路はセンサーから画像を読み取り、ホストコンピュータに送信します。ほとんどのウェブカメラには、Sonix、Suyin、Ricoh、Realtekなどのコントローラーが付属しており、 USB経由でビデオを変換します。通常、各フレームはRGBまたはYUVで非圧縮で送信されるか、 JPEGで圧縮されて送信されます。携帯電話のカメラなど一部のカメラは、CMOSセンサーとサポート電子回路を「オンダイ」で使用しています。つまり、センサーとサポート電子回路は、スペースと製造コストを削減するために、単一のシリコンチップ上に構築されています。ほとんどのウェブカメラには、ビデオ通話やビデオ会議をより便利にするための内蔵マイクが搭載されています。

「ウェブカメラ」として販売されている製品で一般的に使用されているインターフェースは、 USB、イーサネット、およびIEEE 802.11（IPカメラと呼ばれる）です。コンポジットビデオ、Sビデオ、FireWireなどのその他のインターフェースも利用可能でした。USBビデオデバイスクラス（UVC）仕様により、独自のデバイスドライバを必要とせずにウェブカメラをコンピュータに接続できます。

UVC ストリームを処理するために、さまざまなプロプライエタリソフトウェアとフリーおよびオープンソースソフトウェアが利用可能です。GuvcviewやGStreamer 、 GStreamerベースのソフトウェアを使用して UVC ストリームを処理することもできます。また、ソフトウェアがインストールされているホスト コンピュータに複数の USB カメラを接続し、MotionEye のように (ワイヤレス) Ethernet を介して複数のストリームを同時にブロードキャストすることもできます。MotionEye は、Raspberry Pi に MotionEyeOs としてインストールすることも、その後 Raspbian にインストールすることもできます。MotionEye は Debian にもセットアップできます。Raspbian は Debian の派生版です。MotionEye V4.1.1 (2021 年 8 月) は、Debian 10 Buster (oldstable) と Python 2.7 でのみ動作します。MotionEye の創設者および作者である Ccrisan 氏によると、3.X などの新しいバージョンは現時点ではサポートされていません。

動画や写真を撮影するには、PicMasterやMicrosoftのカメラアプリ（ Windowsオペレーティングシステム用）、Photo Booth（Mac用）、Cheese （ Unixシステム用）など、広く使われているさまざまなソフトウェアツールを利用できます。より詳しいリストについては、「ウェブカメラソフトウェアの比較」を参照してください。

ウェブカメラは、AOL Instant Messengerなどのインスタントメッセージングやテキストチャットサービス、そして現在はサービス終了しているSkypeなどのVoIPサービスに追加することができ、インターネットを介した1対1のライブビデオ通信は、世界中の何百万人もの一般PCユーザーに普及しています。ビデオ品質の向上により、ウェブカメラは従来のビデオ会議システムに取って代わりつつあります。自動照明制御、リアルタイム補正（レタッチ、しわの平滑化、垂直方向の伸縮）、自動顔追跡、オートフォーカスなどの新機能は、使いやすさを大幅に向上させることでユーザーをサポートし、ウェブカメラの人気をさらに高めています。

ウェブカメラはリモートワークを促進し、インターネット経由での遠隔勤務を可能にする。この活用は、対面でのオフィス勤務が推奨されなかった新型コロナウイルス感染症のパンデミック期間中、多くの企業の存続にとって極めて重要だった。企業、学校、そして個人は、会議のための出張費用を節約するためにビデオ会議に頼るようになった。さらに、ビデオ会議用カメラとソフトウェアの普及に伴い、その数はその後急増した。

ウェブカメラの機能と性能は、プログラム、コンピュータのオペレーティングシステム、そしてコンピュータのプロセッサ性能によって異なります。また、いくつかの人気インスタントメッセージングプログラムにもビデオ通話機能が追加されています。

ウェブカメラは、アマチュアとプロの両方の活動において、安価でリアルタイムのビデオチャットやウェブキャスティングを可能にします。ウェブカメラは、オンラインデートや、主に女性がカムガールとして提供するオンラインパーソナルサービスで頻繁に使用されています。しかし、インターネットを介したビデオチャットでのウェブカメラの容易さは、問題も引き起こしています。たとえば、OmegleなどのさまざまなビデオチャットWebサイトのモデレーションシステムは、性的コンテンツが依然として蔓延しているため、効果がないと批判されています。^{[ 30 ]} 2013年の事例では、10代の少女から学校の教師にOmegleを介してヌード写真とビデオが送信され、児童ポルノの容疑で起訴されました。^{[ 31 ]}

インターネットにアクセスできる10代の若者の間でウェブカメラの人気が高まっていることから、ウェブカメラがサイバーいじめに利用されることへの懸念が高まっている。^{[ 32 ]}未成年者を含む10代の若者のウェブカメラ録画は、4chanなどの人気のあるウェブフォーラムや画像掲示板に頻繁に投稿されている。^{[ 33 ] [ 34 ]}

ウェブカメラは防犯カメラとして使用できます。PCに接続されたカメラが動きや音を監視し、検出されたときに両方を録画できるソフトウェアが利用可能です。これらの録画は、コンピュータに保存したり、電子メールで送信したり、インターネットにアップロードしたりできます。よく知られている事例の1つ^{[ 35 ]}では、コンピュータが盗まれたときに、コンピュータが泥棒の画像を電子メールで送信し、コンピュータが盗まれた後でも所有者が警察に泥棒の顔をはっきりと示すことができました。

2011年12月、ロシアは2012年のロシア大統領選挙を監視するため、9万か所の投票所に29万台のウェブカメラを設置すると発表した。^{[ 36 ]}ウェブカメラは、セキュリティや一般的な活動を監視するために、保育所、オフィス、店舗、私有地などの場所に設置される可能性がある。

非常に低照度での撮影能力を備えた特定のウェブカメラモデルは、天文学者や天体写真家によって夜空の撮影に非常に人気があります。これらのカメラは主にマニュアルフォーカスで、比較的新しいCMOSアレイではなく、古いCCDアレイを搭載しています。カメラのレンズを取り外し、望遠鏡に取り付けて画像、ビデオ、静止画、またはその両方を記録します。新しい技術では、非常に暗い天体のビデオを数秒間撮影し、ビデオのすべてのフレームを「スタック」して、十分なコントラストの静止画像を取得します。^{[ 37 ]}

ウェブカメラの CCD 応答は入射光に比例します。^{[ 38 ]}したがって、レンズを取り外した後、ウェブカメラはレーザービームプロファイルを記録するのに適しています。レーザービームプロファイラの解像度はピクセルサイズに依存します。市販のウェブカメラは通常、カラー画像を記録するように設計されています。ウェブカメラのカラーピクセルのサイズはモデルによって異なり、5～10  μm の範囲にある場合があります。ただし、カラーピクセルは、それぞれカラーフィルターを備えた 4 つの白黒ピクセルで構成されています (詳細はベイヤーフィルターを参照)。これらのカラーフィルターは可視光ではうまく機能しますが、近赤外線ではかなり透明になる可能性があります。ウェブカメラをベイヤーモードに切り替えることで、個々のピクセルの情報にアクセスでき、3  μm 未満の解像度が可能になりました。^{[ 39 ]}