ウェブカメラ

ウェブカメラは、コンピューターまたはコンピューター ネットワークに録画またはストリーミングするように設計されたビデオ カメラです。主に、ビデオ電話、ライブ ストリーミング、ソーシャル メディア、セキュリティで使用されます。ウェブカメラはコンピューター ハードウェアまたは周辺機器に内蔵されており、通常はUSBまたはワイヤレス プロトコルを使用してデバイスに接続されます。

ウェブカメラは1993年からインターネットで使用されており、最初の広く普及した商用ウェブカメラは1994年に発売されました。インターネットでの初期のウェブカメラの使用は、主にウェブサイトにストリーミングされる静止ショットに限られていました。1990年代後半から2000年代初頭にかけて、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、ビデオ会議での人気が高まりました。その後、コンピューターメーカーはラップトップのハードウェアにウェブカメラを統合し始めました。2020年には、COVID-19パンデミックにより、在宅勤務者の増加によりウェブカメラが不足しました。

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の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経由で動作していました）。カメラは最終的に2001年8月22日に電源が切られました。カメラが撮影した最後の画像は、今でもホームページで見ることができます。^{[1] [2]}最も古くから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、2024年9月現在も稼働しています。20秒ごとに更新されます。^{[3][アップデート]}

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コンピュータでした。^[5]

サポートされている最大入力解像度は、NTSCの場合は 640×480、 PALの場合は 768×576です。ただし、これらの解像度のいずれかでキャプチャするには高速マシンが必要です。たとえば、より低速のR4600PC 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。ただし、Vino ハードウェアは、CPU オーバーヘッドを最小限に抑えながら、ビデオ フィールドをフレーム バッファーに直接 DMA することができます。

最初の広く普及した商用ウェブカメラは、米国のコンピュータ会社Connectixによって開発された白黒のQuickCam で、1994 年に市場に登場しました。QuickCam は 1994 年 8 月にApple Macintosh向けにシリアル ポート経由で接続する形で 100 ドルで発売されました。デバイスの設計者である Jon Garber はこれを「Mac カメラ」と呼びたかったのですが、Connectix のマーケティング部門によって却下され、PC 互換のパラレル ポートとMicrosoft Windows用ソフトウェアを備えたバージョンが1995 年 10 月に発売されました。オリジナルの Quick Cam は、320 x 240 ピクセルの解像度と、60 フレーム/秒で 16 階調、15 フレーム/秒で 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。

コンピューターを介したビデオ会議はすでに存在しており、当時はCU-SeeMeなどのクライアントサーバーベースのビデオ会議ソフトウェアが普及し始めていました。

ウェブカメラオプションを内蔵した最初の広く知られたラップトップは、1996年に発売されたIBM RS/6000 860ラップトップ^{[7] [8]}と、その関連機種であるThinkPad 850 ^[9]で、価格は12,000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一つは、1996年に作成されたJenniCamで、インターネットユーザーは、その4年後に開始されたリアリティ番組ビッグブラザー^{と同じように、その名前の由来となった人物の生活を常に観察することができた。 [10]}他のカメラは橋や公共の広場、その他の公共の場所を見下ろすように設置されており、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。アグリゲーターウェブサイトも作成され、何千ものライブビデオストリームや最新の静止画像を提供し、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、ウェブカメラを利用したPC上で広く普及したビデオ会議ソフトウェアはMicrosoft NetMeetingのみでした。 ^[11]その後数年間で、インスタントメッセージングクライアントはウェブカメラのサポートを開始しました。Yahoo Messengerは2002年にバージョン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年にバージョン5.0でこれを実現しました。 ^[13]

21 世紀に入ると、コンピュータ ハードウェア メーカーは、ラップトップやデスクトップ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 またはFireWireカメラを使用する必要がなくなりました。ウェブカメラは、Web ページを知らない人に見せるためではなく、2 人または複数人の間での通信やビデオ電話に徐々に使用されるようになりました。

2012年には100ドル未満で3次元空間ウェブカメラが発売され、最大1280×480ピクセルの解像度で3Dアナグリフ画像のビデオや写真が撮影できるようになりました。画像の送信者と受信者はどちらも3Dメガネを使用して3次元画像の効果を確認する必要があります。^[14]

ウェブカメラは、リモートワークに欠かせないアクセサリと考えられており、主に平均的なラップトップの内蔵カメラによる低品質のビデオ処理を補うためです。COVID -19パンデミックの間、ウェブカメラが不足しました。^[15]パンデミック前とパンデミック中、ほとんどのラップトップは、最高で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の遅れは、ラップトップが薄すぎて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に頼るという設計上の欠陥の結果です。^{[17] [18]}また、カメラのコンポーネントはより高価であり、この機能に対する需要は高くありません。^{[19] [20]}スマートフォンは、照明や三脚を含むキットやダウンロード可能なアプリとともに、バックアップオプションまたはウェブカメラの代替品として使用され始めました。^[21]

画像センサーはCMOSまたはCCDで、低価格の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わけではありません。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などのいくつかのデバイスは毎秒120フレームで320×240のビデオを生成できます。 ^{[22]ほとんどの画像センサーは}、オムニビジョンまたはソニー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さえある。^{[23] [24] [25]}低価格にもかかわらず、2019年現在提供される解像度は印象的で、ローエンドのウェブカメラは720pの解像度、ミッドレンジのウェブカメラは1080pの解像度、ハイエンドのウェブカメラは60 fpsで4K解像度を提供している。

さまざまなレンズが利用可能で、消費者向けウェブカメラで最も一般的なのは、手動で動かしてカメラの焦点を合わせることができるプラスチックレンズです。調整ができない固定焦点レンズも利用できます。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深くなり、 f 値が大きい (絞りが小さい) 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いため、固定焦点レンズを使用しても画像の鮮明さに大きな影響はありません。

ほとんどのモデルでは、シンプルな焦点のない光学系 (固定焦点、ユーザーが固定するモニターからの通常の距離に工場で設定) または手動フォーカスが使用されています。

ウェブカメラには、さまざまなプリセットと視野角が付属しています。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に 90° 未満の水平 FOV を利用できます。最大 360° の水平 FOV を備えたウェブカメラは、小～中規模の部屋 (場合によっては大きな部屋) 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または大まかな周囲だけを表示できます。

ベイヤー フィルターは独自のものであるため、どの Web カメラにも圧縮とは別に、何らかの組み込み画像処理機能が含まれています。デジタル ビデオ ストリームは膨大な量のデータで表現されるため、その送信 (データが継続的に作成されるイメージ センサーから) とストレージの両方に負担がかかります。安価な Web カメラのほとんど (すべてではないにしても) には、リアルタイムで ビデオ圧縮を行う組み込みASICが搭載されています。

サポート電子機器はセンサーから画像を読み取り、それをホスト コンピューターに送信します。ほとんどの Web カメラには、Sonix、Suyin、Ricoh、RealtekなどのビデオをUSB経由で変換するコントローラーが付属しています。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として圧縮されます。携帯電話のカメラなどの一部のカメラでは、CMOS センサーとサポート電子機器が「オンダイ」で使用されています。つまり、センサーとサポート電子機器は、スペースと製造コストを節約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 Web 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備わっています。

「ウェブカメラ」として販売されている製品で使用される一般的なインターフェースは、 USB、イーサネット、IEEE 802.11（IP カメラと呼ばれる）です。さらに、コンポジット ビデオ、S-Video、FireWireなどのインターフェースも利用できます。USBビデオ デバイス クラス(UVC) 仕様により、専用のデバイス ドライバーを必要とせずに、ウェブカメラをコンピューターに接続できます。

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、無料ソフトウェア、オープンソース ソフトウェアが利用可能です。UVCストリームを処理するには、 GuvcviewまたはGStreamerと GStreamer ベースのソフトウェアを使用できます。また、MotionEye のように、ソフトウェアが常駐するホスト コンピューターに接続された複数の USB カメラを使用し、(ワイヤレス) Ethernet 経由で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、MotionEyeOs として Raspberry Pi にインストールすることも、後で Raspbian にインストールすることもできます。MotionEye は Debian 上にセットアップすることもできます。Raspbian は Debian のバリアントです。MotionEye V4.1.1 ( 2021 年 8 月 ) は、Debian 10 Buster ( oldstable ) および Python 2.7 でのみ実行できます。MotionEye の創設者で作者の Ccrisan 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。

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 )、Cheese ( Unixシステム用)など、広く使用されているさまざまなソフトウェア ツールを使用して、ビデオや写真を撮影できます。より完全なリストについては、「Web カメラ ソフトウェアの比較」を参照してください。

ウェブカメラの最も一般的な用途は、ビデオリンクを確立し、コンピュータをテレビ電話やビデオ会議ステーションとして機能させることです。たとえば、AppleのiSightカメラは、Apple のラップトップ、iMac、およびほとんどのiPhoneに組み込まれており、インスタント メッセージング プログラムMessages を使用してビデオ チャット セッションに使用できます。その他の一般的な用途としては、セキュリティ監視、コンピュータ ビジョン、ビデオ放送、ソーシャル ビデオの録画などがあります。

ウェブカメラは、インスタント メッセージング、 AOL Instant Messengerなどのテキスト チャット サービス、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、現在では世界中の何百万人ものPCユーザーに利用されています。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っています。自動照明制御、リアルタイム拡張機能 (レタッチ、しわの除去、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により、ユーザーにとって大幅な使いやすさが実現し、ウェブカメラの人気がさらに高まっています。

ウェブカメラはリモートワークを促進することもできるため、人々はインターネット経由でリモートワークを行うことができます。この使用法は、対面でのオフィスワークが推奨されなかったCOVID-19パンデミックの間、多くの企業が生き残るために不可欠でした。企業、学校、個人は、会議のために出張に費やす代わりに、ビデオ会議に依存しています。さらに、ビデオ会議カメラとソフトウェアの数は、その人気によりそれ以来何倍にも増加しています。

ウェブカメラの機能とパフォーマンスは、プログラム、コンピュータのオペレーティング システム、およびコンピュータのプロセッサ機能によって異なる場合があります。ビデオ通話のサポートは、いくつかの一般的なインスタント メッセージング プログラムにも追加されています。

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とウェブキャストを可能にします。それらは、オンラインデートや、カムガールとして主に女性が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ます。しかし、ビデオチャットのためにインターネットを介してウェブカメラを使用する手軽さは、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、性的なコンテンツが依然として蔓延しており、効果がないとして批判されています。^{[26] 2013年の事件では、10代の少女がOmegleを介してヌード写真とビデオを教師に送信したことで、}児童ポルノの罪に問われました。^[27]

インターネットにアクセスできるティーンエイジャーの間でウェブカメラが普及したことで、ネットいじめにウェブカメラが使用されるのではないかという懸念が高まっている。 [ ^28]未成年者を含むティーンエイジャーのウェブカメラ録画は、4chanなどの人気の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。^{[29] [30]}

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で動きや音を監視し、検知すると両方を録画できるソフトウェアが利用可能です。録画した映像はコンピューターに保存したり、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。よく知られているある事件では^[31] 、コンピューターが盗難中に犯人の画像を電子メールで送信し、コンピューターが盗まれた後でも所有者が警察に犯人の顔を鮮明に見せることができました。

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に9万の投票所に29万台のウェブカメラを設置すると発表した。^[32]ウェブカメラは、安全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ことがある。

非常に暗い場所でも撮影できるウェブカメラの特定のモデルは、天文学者や天体写真家が夜空の写真を撮影するのに非常に人気があります。これらは主に手動フォーカスのカメラで、比較的新しい CMOS アレイではなく古い CCD アレイが搭載されています。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、非常に暗い物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「積み重ねて」、十分なコントラストの静止画を作成します。^[33]

ウェブカメラの CCD 応答は入射光に比例します。^[34]そのため、ウェブカメラはレンズを取り外した後、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 プロファイラーの解像度はピクセル サイズによって異なります。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 の範囲になります。ただし、カラー ピクセルは 4 つの白黒ピクセルで構成され、各ピクセルにはカラー フィルターが装備されています (詳細については、ベイヤー フィルターを参照してください)。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、近赤外線ではむしろ透明になることがあります。ウェブカメラをベイヤー モードに切り替えると、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。^[35]

多くのユーザーは、ウェブカメラが本来意図していた継続的な露出を望まず、むしろプライバシーを優先します。^[36]マルウェアによって悪意のあるハッカーがユーザーの知らないうちにウェブカメラを起動し、ライブビデオとオーディオフィードをハッカーに提供できるようになると、このようなプライバシーは失われます。 ^{[37]これは多くのラップトップコンピューターで特に懸念される問題です。なぜなら、このようなカメラは}、トロイの木馬プログラムやその他の同様のスパイウェアプログラムにハイジャックされても、通常は物理的に無効にできないためです。

Appleの古い外付けiSightカメラなどのカメラには、これを阻止するためのレンズカバーが付属しています。一部のウェブカメラには、カメラがアクティブのときはいつでも点灯する、時にはビデオモードのときだけ点灯する、ハードワイヤードLEDインジケーターが組み込まれています。 ^[38]ただし、ウェブカメラの回路設計によっては、マルウェアがインジケーターを回避して密かにカメラを起動する可能性があり、研究者は2013年にMacBookの内蔵カメラのケースでそれを実証しました。^[38]

様々な企業が、必要に応じてコンピュータやスマートフォンにカメラレンズを取り付けてアクセスできないようにするスライド式レンズカバーやステッカーを販売している。^[38]ある企業は、2013年から2016年までに25万個以上の商品を販売したと報告している。^[38]ただし、不透明な素材であれば何でも同様に機能します。^[38]

他人のウェブカメラをハッキングし、ウェブカメラの所有者の許可なく起動しようとする行為は、cam （カム）とinfecting（感染）を組み合わせた造語で、 camfecting（カムフェクティング）と呼ばれています。遠隔操作で起動したウェブカメラは、ウェブカメラの視野内にあるあらゆるものを監視できます。camfectingは、被害者のコンピュータをコンピュータウイルスに感染させることによって最もよく実行されます。

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• Mühlbach, Lothar; Böcker, A; Prussog, A (1995 年 6 月)。「ビデオ通信におけるテレプレゼンス: 立体視と個々のアイコンタクトに関する研究」。ヒューマンファクター。37 ( 2): 290–305。doi : 10.1518 /001872095779064582。ISSN  0018-7208。PMID 7642183。S2CID 31369406。Gale 文書番号 : GALE|A18253819。2011 年 12 月 23 日に General Science eCollection (サブスクリプション) 経由でアクセスしました。

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