ما هي كاميرا UVC؟ دليل للمبتدئين

في مجال الرؤية المدمجة، أصبحت كاميرات UVC (فئة الفيديو USB) الخيار المفضل للكثير من أجهزة الرؤية المدمجة، معتمدة على نطاقها الترددي العالي، وموثوقيتها وسهولة دمجها.
كاميرات UVC هي كاميرات USB التي تتوافق مع معيار UVC، الذي يقف لـ "فئة الفيديو USB"، وهو بروتوكول قياسي يسمح بالتوافق السلس بين الأجهزة المختلفة دون الحاجة إلى تثبيت برامج إضافية. ولذلك، يتم استخدام هذه الكاميرات في مجموعة واسعة من التطبيقات مثل أنظمة السيطرة على الوصول، والواقع المعزز والتصوير الطبي.
في هذا المقال، سنستكشف بشكل أكبر الأساسيات والفوائد الخاصة ببروتوكول UVC وكاميرات UVC، كما سنقارن الفروق بين UVC و MIPI.

ما هو بروتوكول UVC؟

بروتوكول USB Video Class (UVC) هو معيار لنقل بيانات الفيديو عبر واجهة USB. إنه بروتوكول تم تطويره بواسطة USB Implementers Forum (USB-IF)، والغرض الرئيسي منه هو تقنين وتوفير سهولة في الاتصال والتواصل بين أجهزة الكاميرات الرقمية وأجهزة الكمبيوتر.
إحدى الميزات الرئيسية لبروتوكول UVC هي الإعداد التلقائي والتوافق الواسع. الأجهزة مثل الحواسيب المحمولة والهواتف الذكية تدعم بروتوكول UVC. يمكن استخدام الأجهزة المرئية المتوافقة مع بروتوكول UVC مباشرةً على أنظمة تشغيل مختلفة ومنصات الأجهزة دون الحاجة إلى تثبيت برامج تشغيل متخصصة. يستخدم بشكل شائع في المؤتمرات المرئية، البث المباشر وغيرها من التطبيقات.

تاريخ بروتوكول UVC وكيفية عمله

يعكس تطوير بروتوكول USB Video Class (UVC) تطور تقنية الفيديو ومعايير USB. من الإصدار الأصلي UVC 1.0 إلى أحدث إصدار، استمر بروتوكول UVC في التكيف مع التقنيات الجديدة ومتطلبات السوق، مما يوفر للناس حلولًا معيارية وكفؤة وموحدة لنقل الفيديو.

تم إصدار أول معيار USB Video Class (UVC) 1.0 بواسطة USB Implementers Forum (USB-IF) في عام 2003. منذ صدوره، تم تحديث هذا الإصدار باستمرار لدعم مجموعة واسعة من تنسيقات الفيديو، بما في ذلك YUV وMJPEG، بينما قدم مجموعة كبيرة من واجهات التحكم لضبط مختلف المعلمات مثل السطوع والتباين للأجهزة. لاحقًا، قامت USB-IF بتحسين الإصدار 1.0 بإضافة دعم لدقة الفيديو عالية الوضوح (HD) والمعالجة المدمجة للأجهزة وغيرها من التفاصيل التقنية، وأطلقت UVC1.1، وهي نسخة محدثة من UVC1.0، في عام 2005، والتي كانت تحديثًا كبيرًا لبروتوكول UVC.

بعد ذلك، قام USB-IF بتوسيع وظائف البروتوكول ونطاق تطبيقه، حيث تم إصدار نسخة UVC 1.5 في عام 2012. وقد أضاف دعمًا لتنسيق ضغط الفيديو H.264، مما جعل نقل الفيديو أكثر كفاءة، وأدخل دعمًا لتزامن الوسائط المتعددة، مما يسمح بنقل البيانات الصوتية والمرئية بشكل متزامن.

مع إصدار USB 3.x وUSB 4.0، تم تحسين بروتوكول UVC لدعم نطاق ترددي أعلى وتأخير أقل. تشمل هذه التحسينات دعم الفيديو بدقة أعلى (مثل 4K و8K)، معدلات إطارات أعلى، ووظائف معالجة صور أكثر تطورًا. لذلك، يتم استخدامه أيضًا على نطاق واسع في الكاميرات الصناعية وأجهزة تصوير الأشعة الطبية والأجهزة الافتراضية.

ويتضمن عمل بروتوكول UVC العمليات التالية:
1. اتصال الجهاز: يتم توصيل الجهاز بالمضيف، ويقوم المضيف بتحديد الجهاز من خلال تعداد USB.
2. طلب الوصف: يطلب العميل ويحلل وصف الجهاز، ووصف التكوين، ووصف الواجهة، ووصف النقطة النهائية.
3. نقل التحكم: يقوم العميل بضبط معلمات الفيديو والحصول على حالة الجهاز من خلال نقطة النهاية للتحكم.
4. نقل البيانات: يتلقى العميل بيانات إطار الفيديو من خلال نقطة النهاية الخاصة بالبث الفيديوي ويعالجها بواسطة برنامج التطبيق.

ماذا يعني كاميرا UVC؟

كاميرا UVC (أي كاميرا فئة الفيديو USB)، بشكل بسيط، هي كاميرا USB تدعم معيار UVC، والتي تدمج ميزات البث الفيديوي القياسية ويمكنها الاتصال السلس مع جهاز الكمبيوتر المضيف. أحدث إصدار من مواصفات فئة الفيديو USB هو UVC 1.5.

فيما يلي رسم توضيحي لتطبيق فئة الفيديو USB:

يقدم وظيفة الإعداد والتشغيل مباشرة والتوافق القوي لمعيار UVC. بشكل عام، إنه حل مريح وميسور التكلفة لنقل الفيديو في الوقت الفعلي، والذي يستخدم على نطاق واسع في المؤتمرات المرئية، والبث المباشر وغيرها من التطبيقات.

بعض المزايا الرئيسية للكاميرات UVC

في التطبيقات الرؤية المدمجة، تعتبر كاميرات UVC بلا شك واحدة من أنواع الكاميرات الأكثر شعبية مقارنة بالكاميرات الأخرى، وفيما يلي بعض مزايا كاميرات UVC:

• التشغيل الفوري (Plug-and-play): يمكن التعرف على أجهزة UVC واستخدامها تلقائيًا عند الاتصال بأنظمة التشغيل التي تدعم بروتوكول UVC (مثل Windows، macOS، Linux، إلخ) دون الحاجة إلى تثبيت برامج تشغيل إضافية.
• توافق واسع: يعد بروتوكول UVC معيارًا مفتوحًا، ويمكن لأي جهاز متوافق مع هذا المعيار العمل على الأنظمة التي تدعمه، مما يضمن توافقًا واسعًا وقابلية للتشغيل.
• دعم تنسيق الفيديو القياسي: يدعم مجموعة واسعة من تنسيقات الفيديو مثل YUV، MJPEG، H.264، وما إلى ذلك.
• المرونة: يتيح مرونته القوية دعم مجموعة واسعة من دقة الفيديو، التنسيقات ومعدلات الإطارات، مما يؤثر على التفاوض على نطاق النطاق الترددي بين الأجهزة والمضيفين.
• تكلفة منخفضة: مقارنةً بأنواع أخرى من الكاميرات، فإن كاميرات UVC لا شك أنها أكثر اقتصادية.

أنظمة التشغيل التي يمكنها استخدام كاميرات UVC

بسبب التوافق الواسع لبروتوكول UVC، أصبح الخيار الأول للكثير من أجهزة التقاط الفيديو. يمكن تشغيل كاميرات UVC على几乎所有 أنظمة التشغيل الرئيسية.

• نظام ويندوز: يحتوي ويندوز 7 وما بعده على برامج تشغيل UVC مدمجة تعرف تلقائيًا وتقوم بتكوين الكاميرات المتوافقة مع UVC.
• نظام macOS: تستطيع إصدارات macOS 10.4 Tiger وما فوقها، بما في ذلك أحدث إصدارات macOS مثل Big Sur، Monterey وVentura، استخدام كاميرات UVC مباشرةً.
• نظام Linux: يدعم نواة نظام Linux الأجهزة UVC بدءًا من الإصدار 2.6.26. تشمل معظم التوزيعات الحديثة لـ Linux هذا الدعم.
• نظام Chrome OS: يدعم جهاز Chromebook والأجهزة الأخرى التي تعمل بنظام Chrome OS كاميرات UVC بشكل أصلي. يقوم النظام بتحديد الكاميرا وتكوينها تلقائيًا بمجرد توصيل المستخدم لها بالجهاز.
• أندرويد: يدعم العديد من أجهزة Android الاتصال بكاميرات UVC عبر USB OTG (On-The-Go). تتطلب التطبيقات الفردية التي تحتاج إلى دعم UVC (مثل بعض تطبيقات الكاميرا الخارجية) استخدام كاميرات UVC.

كما أن أنظمة مثل FreeBSD والأنظمة المدمجة الأخرى (على سبيل المثال Raspberry Pi) تدعم أجهزة UVC، لكنها قد تتطلب من المستخدم تكوين وتحميل السائقين المناسبين يدويًا، أو قد تتطلب تهيئة النظام التشغيلية والسائق المناسبة.

بعض التطبيقات الشائعة للكاميرات UVC

الأجهزة الطبية
في المجال الطبي، تعتبر الحساسية العالية، وإعادة إنتاج الألوان بدقة، والتصوير عالي الجودة للكاميرات UVC أمرًا حاسمًا للأجهزة الطبية المتخصصة التي تتطلب دقة عالية وسرعة.
على سبيل المثال، في الجراحة التدخلية الصغرى، يمكن ربط كاميرات UVC بالمنظار وغيرها من المعدات لمراقبة منطقة الجراحة في الوقت الفعلي، مما يمكّن الجراح من العمل بدقة وتقليل الإصابة.

التحكم الذكي بالوصول والبصريات الحيوية
توفر كاميرات UVC بيانات مقارنة بصرية موثوقة للتحقق من الهوية من خلال التقاط صور عالية الجودة. تُستخدم غالبًا في البيومترิกس للاعتراف بالوجه، وتمييز القزحية ومسح بصمات الأصابع لضمان التحقق الدقيق من الهوية.
على سبيل المثال، لأغراض الأمن، نقوم بدمج تقنية الاعتراف ببصمات الأصابع في أنظمة التحكم في الوصول، حيث تلتقط كاميرات UVC صور بصمات الأصابع لضمان أن يكون الوصول إلى المناطق المحددة متاحًا فقط للموظفين المصرح لهم، مما يضمن الأمن والخصوصية.

مراقبة الفيديو
يمكن أيضًا استخدام كاميرات UVC لمراقبة الفيديو والمراقبة. سواء أردت مراقبة مكتبك أو أي منطقة أخرى، توفر لك كاميرات UVC صورًا مباشرة موثوقة.
يوفر لك أداؤها المتميز في الإضاءة المنخفضة مراقبة مباشرة على مدار 24/7، بحيث يمكنك متابعة مراقبة محيطك والاسترخاء بسهولة.

نصائح لتحسين أداء كاميرا UVC

يمكن تعظيم أداء كاميرا UVC من خلال بعض الإعدادات أو العوامل البيئية المحددة، مثل:
العدسة: يمكن أن تحسن العدسة ذات الجودة العالية بشكل كبير من وضوح الصورة وإعادة إنتاج الألوان.
منافذ USB: أولوية استخدام منافذ USB 3.0، مع التأكد من أنها لا تشترك مع أجهزة أخرى تستهلك نطاق ترددي عالٍ لتجنب حدود النطاق الترددي.
الإضاءة: تأكد من أن البيئة التي يتم استخدامها فيها تحتوي على إضاءة كافية ومتساوية لتقليل الضوضاء وتحسين جودة الصورة، ومنع الإفراط في التعرض والتوهج.
تنسيق الفيديو: اختر تنسيق الفيديو المناسب. عادةً ما يوفر MJPEG و H.264 كفاءة ضغط أفضل عند الدقة العالية.

قارن بين كاميرات UVC و MIPI

تُستخدم كاميرات UVC و MIPI على نطاق واسع اليوم في تطبيقات الرؤية المدمجة. كلاهما نوعان من واجهات الكاميرا الرقمية، لكن هناك بعض الاختلافات الأساسية.
أولاً، من حيث الواجهة، تستخدم كاميرات UVC واجهة USB لنقل البيانات، بينما تستخدم كاميرات MIPI واجهة MIPI (واجهة معالج الهاتف المحمول) لنقل البيانات. بالمقارنة، تركز واجهة MIPI أكثر على السرعة العالية وخفض استهلاك الطاقة، وتُستخدم عادةً في الأجهزة المحمولة مثل الهواتف المحمولة والطائرات بدون طيار، حيث يكون استهلاك الطاقة محدودًا.
ثانيًا، لا تنقل كاميرات UVC وكاميرات MIPI نفس نوع البيانات بشكل أساسي؛ فكاميرات UVC تركز أكثر على نقل بيانات الفيديو، بينما يمكن استخدام كاميرات MIPI لنقل كل من بيانات الصور ومقاطع الفيديو؛ تركز كاميرات MIPI على التقاط صور ثابتة ذات جودة عالية.
في النهاية، الاختيار بين كاميرات UVC وكاميرات MIPI يعتمد على احتياجات التطبيق الفعلية؛ فكاميرات UVC مثالية لنقل بيانات الفيديو بسبب سهولة الاستخدام والإعداد وتوافقها الواسع، بينما تُعتبر كاميرات MIPI الخيار الأول لنقل الصور وبيانات الفيديو في العديد من الأجهزة المحمولة مثل الهواتف الذكية بسبب أدائها المتميز في استهلاك الطاقة المنخفض.

خاتمة

في عصر وسائل التواصل الاجتماعي اليوم، أصبحت الكاميرات مكونًا لا غنى عنه في جميع أنواع الأجهزة الذكية، وتوفر كاميرات UVC وظيفة plug-and-play وجودة فيديو عالية والتوافق مع مجموعة واسعة من الأجهزة. سواءً للاستخدام المهني في المؤتمرات المرئية والطب عن بعد، أو للاستخدام الشخصي في البث المباشر والتعليم عبر الإنترنت، توفر كاميرات UVC حلًا متعدد الاستخدامات ومكلفًا بشكل معقول. من خلال فهم الخصائص والفوائد والتطبيقات، يمكنك اتخاذ قرارات مستنيرة لاستخدام تقنية UVC بكفاءة.

التوصيات لكاميرات UVC وكاميرات MIPI

مع سنوات من الخبرة في تصميم، تطوير وتصنيع حلول كاميرات OEM، تعتبر Sinoseen الشركة الرائدة في تصنيع وحدات الكاميرا في الصين. على مر السنين، قدمنا حلول وحدات كاميرا من الدرجة الأولى لعدد كبير من الشركات والمصانع المحلية والدولية.
يمكن تخصيص كاميراتنا لتلبية جميع احتياجاتك التصويرية دون المساس بالأداء والجودة. إذا كنت بحاجة إلى خبير لتقديم الحل المناسب للكاميرا UVC لمشروعك، الرجاء الاتصال بنا .