دوربین UVC چیست؟ راهنمای مبتدی

در زمینه بینایی جاسازی شده، دوربین های UVC (کلاس ویدئویی USB) با تکیه بر پهنای باند بالا، قابلیت اطمینان و سهولت ادغام، به دوربین انتخابی برای بسیاری از دستگاه های بینایی جاسازی شده تبدیل شده اند.
دوربین های UVCدوربین های USBکه مطابق با استاندارد UVC است که مخفف "کلاس ویدئویی USB" است، یک پروتکل استاندارد که اجازه می دهد تا سازگاری یکپارچه بین دستگاه های مختلف بدون نیاز به نصب برنامه های اضافی. در نتیجه، این دوربین ها در طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی مانند سیستم های کنترل دسترسی، واقعیت افزوده و تصویربرداری پزشکی استفاده می شود.
در این مقاله، ما اصول اولیه و مزایای دوربین های UVC و UVC را بررسی خواهیم کرد و همچنین تفاوت های بین UVC و MIPI را مقایسه خواهیم کرد.

پروتکل UVC چیست؟

پروتکل USB Video Class (UVC) یک استاندارد برای انتقال داده های ویدئویی از طریق رابط USB است. این یک پروتکل توسعه یافته توسط انجمن مجریان USB (USB-IF) است و هدف اصلی ان استاندارد سازی و ساده سازی ارتباط بین دستگاه های دوربین دیجیتال ویدئویی و رایانه ها است.
یکی از ویژگی های اصلی پروتکل UVC پلاگین و بازی و سازگاری گسترده است. دستگاه هایی مانند لپ تاپ ها و گوشی های هوشمند از پروتکل UVC پشتیبانی می کنند. دستگاه های ویدئویی سازگار با پروتکل UVC می توانند به طور مستقیم در انواع سیستم عامل ها و سیستم عامل های سخت افزاری استفاده شوند و نیازی به نصب درایورهای تخصصی ندارند. معمولا در ویدئو کنفرانس، پخش انلاین و سایر برنامه های کاربردی استفاده می شود.

تاریخچه پروتکل UVC و نحوه کار ان

توسعه پروتکل USB Video Class (UVC) نشان دهنده تکامل تکنولوژی ویدئو و استانداردهای USB است. از UVC 1.0 اصلی تا اخرین نسخه، پروتکل UVC به طور مداوم با فن اوری های جدید و خواسته های بازار سازگار شده است و راه حل های انتقال ویدئویی استاندارد، کارامد و سازگار را برای مردم فراهم می کند.

اولین استاندارد USB Video Class (UVC) 1.0 توسط انجمن USB Implementers Forum (USB-IF) در سال 2003 منتشر شد. از زمان انتشار ان، این نسخه به طور مداوم برای پشتیبانی از طیف گسترده ای از فرمت های ویدئویی، از جمله YUV و MJPEG، در حالی که ارائه تعداد زیادی از رابط های کنترل برای تنظیم پارامترهای مختلف مانند روشنایی و کنتراست دستگاه ها به روز شده است. بعدها، USB-IF بر اساس 1.0 بهینه سازی شد، پشتیبانی از وضوح ویدئویی با کیفیت بالا (HD) و پردازش جاسازی شده برای دستگاه ها و سایر جزئیات فنی را اضافه کرد و UVC1.1، تکرار UVC1.0 را در سال 2005 معرفی کرد که به روز رسانی عمده پروتکل UVC بود.

پس از این، USB-IF عملکرد پروتکل و دامنه کاربرد را گسترش داد و UVC نسخه 1.5 را در سال 2012 معرفی کرد. این پشتیبانی از فرمت فشرده سازی ویدئو H.264 را اضافه کرد، انتقال ویدئو را کارامدتر کرد و پشتیبانی از هماهنگ سازی چند رسانه ای را معرفی کرد که امکان انتقال همزمان داده های صوتی و تصویری را امکان می دهد.

با انتشار USB 3.x و USB 4.0، پروتکل UVC برای پشتیبانی از پهنای باند بالاتر و تاخیر کمتر بهبود یافته است. این پیشرفت ها شامل پشتیبانی از ویدیوی با وضوح بالاتر (به عنوان مثال 4K و 8K)، نرخ فریم بالاتر و عملکردهای پردازش تصویر پیچیده تر است. بنابراین، به طور گسترده ای در دوربین های صنعتی، دستگاه های تصویربرداری پزشکی و دستگاه های واقعیت مجازی استفاده می شود.

و کار پروتکل UVC شامل فرایندهای زیر است:
1. اتصال دستگاه:دستگاه به میزبان متصل است و میزبان دستگاه را با شمارش USB تشخیص می دهد.
2. درخواست توصیف:میزبان درخواست و تجزیه توصیف دستگاه، توصیف پیکربندی، توصیف رابط و توصیف نقطه پایانی.
3. انتقال کنترل:میزبان پارامترهای ویدئویی را تنظیم می کند و وضعیت دستگاه را از طریق نقطه پایانی کنترل می کند.
4. انتقال داده ها:میزبان داده های قاب ویدئو را از طریق نقطه پایانی جریان ویدئو دریافت می کند و ان را توسط برنامه برنامه پردازش می کند.

دوربین UVC چیست؟

دوربین UVC (به عنوان مثال دوربین کلاس ویدئو USB)، به عبارت ساده، یک دوربین USB است که از استاندارد UVC پشتیبانی می کند که ویژگی های استاندارد پخش ویدئو را ادغام می کند و می تواند به طور یکپارچه به کامپیوتر میزبان متصل شود. اخرین نسخه از مشخصات USB Video Class UVC 1.5 است.

در زیر یک نمودار از یک برنامه USB Video Class است:

این قابلیت پلاگین و بازی و سازگاری قوی استاندارد UVC را ارائه می دهد. به طور کلی، این یک راه حل مناسب و مقرون به صرفه برای انتقال ویدئو در زمان واقعی است که به طور گسترده ای در ویدئو کنفرانس، پخش زنده و سایر برنامه های کاربردی استفاده می شود.

برخی از مزایای کلیدی دوربین های UVC

در برنامه های بینایی جاسازی شده، دوربین های UVC بدون شک یکی از محبوب ترین انواع دوربین در مقایسه با دوربین های دیگر هستند، در اینجا برخی از مزایای دوربین های UVC وجود دارد:

• پلاگین و بازی:دستگاه های UVC را می توان به طور خودکار در هنگام اتصال به سیستم عامل هایی که از پروتکل UVC پشتیبانی می کنند (به عنوان مثال ویندوز، macOS، لینوکس و غیره) بدون نیاز به نصب درایورهای اضافی استفاده کرد.
• سازگاری گسترده:پروتکل UVC یک استاندارد باز است و هر دستگاهی که با استاندارد مطابقت داشته باشد می تواند بر روی سیستم هایی که از ان پشتیبانی می کنند کار کند و سازگاری و کارایی گسترده ای را تضمین کند.
• پشتیبانی از فرمت استاندارد ویدئو:پشتیبانی از طیف گسترده ای از فرمت های ویدئویی مانند YUV، MJPEG، H.264 و غیره
• انعطاف:انعطاف پذیری قوی ان از طیف گسترده ای از قطعنامه های ویدئویی، فرمت ها و نرخ فریم پشتیبانی می کند که بر مذاکره پهنای باند بین دستگاه ها و میزبان ها تاثیر می گذارد.
• کم هزینه:در مقایسه با انواع دیگر دوربین ها، دوربین های UVC بدون شک مقرون به صرفه تر هستند.

سیستم عامل هایی که می توانند از دوربین های UVC استفاده کنند

به دلیل سازگاری گسترده پروتکل UVC، این اولین انتخاب برای بسیاری از دستگاه های ضبط ویدئو است. دوربین های UVC می توانند تقریبا بر روی تمام سیستم عامل های اصلی اجرا شوند.

• ویندوز:ویندوز 7 و بالاتر دارای درایورهای UVC داخلی هستند که به طور خودکار دوربین های سازگار با UVC را شناسایی و پیکربندی می کنند.
• Macos:macOS 10.4 Tiger و بالاتر، از جمله اخرین نسخه های macOS مانند Big Sur، Monterey و Ventura، قادر به استفاده مستقیم از دوربین های UVC هستند.
• لینوکس:هسته لینوکس به طور بومی از دستگاه های UVC پشتیبانی می کند که با نسخه 2.6.26 شروع می شود. اکثر توزیع های مدرن لینوکس شامل این پشتیبانی می شوند.
• سیستم عامل کروم:Chromebook ها و سایر دستگاه هایی که سیستم عامل Chrome را اجرا می کنند، از دوربین های UVC پشتیبانی می کنند. سیستم به طور خودکار دوربین را تشخیص می دهد و پیکربندی می کند، زمانی که کاربر ان را به دستگاه متصل می کند.
• اندیشه:بسیاری از دستگاه های اندرویدی از اتصال دوربین های UVC از طریق USB OTG (On-The-Go) پشتیبانی می کنند. برنامه های کاربردی فردی که نیاز به پشتیبانی UVC دارند (مانند برخی از برنامه های دوربین شخص ثالث) برای استفاده از دوربین های UVC مورد نیاز است.

همچنین FreeBSD و سایر سیستم های جاسازی شده (به عنوان مثال Raspberry Pi) از دستگاه های UVC پشتیبانی می کنند، اما ممکن است کاربر نیاز به پیکربندی دستی و بارگذاری درایورهای مناسب داشته باشد یا ممکن است نیاز به سیستم عامل مناسب و پیکربندی راننده داشته باشد.

برخی از برنامه های کاربردی محبوب برای دوربین های UVC

تجهیزات پزشکی
در زمینه پزشکی، حساسیت بالا، تولید رنگ دقیق و تصویربرداری با کیفیت بالا از دوربین های UVC برای دستگاه های پزشکی تخصصی که نیاز به وضوح و سرعت بالا دارند، حیاتی است.
به عنوان مثال، در جراحی حداقل تهاجمی، دوربین های UVC می توانند به اندوسکوپ ها و سایر تجهیزات متصل شوند تا منطقه جراحی را در زمان واقعی نظارت کنند و جراح را قادر می سازد تا با دقت عمل کند و تروما را کاهش دهد.

کنترل دسترسی هوشمند و بیومتریک
دوربین های UVC داده های مقایسه بصری قابل اعتماد را برای تایید هویت با گرفتن تصاویر با کیفیت بالا ارائه می دهند. اغلب در بیومتریک برای تشخیص چهره، تشخیص عنبیه و اسکن اثر انگشت برای اطمینان از تایید دقیق هویت استفاده می شود.
به عنوان مثال، برای اهداف امنیتی، ما تکنولوژی تشخیص اثر انگشت را در سیستم های کنترل دسترسی ادغام می کنیم، جایی که دوربین های UVC تصاویر اثر انگشت را ضبط می کنند تا اطمینان حاصل شود که فقط پرسنل مجاز به مناطق خاص دسترسی دارند و امنیت و حریم خصوصی را تضمین می کنند.

نظارت تصویری
دوربین های UVC همچنین می توانند برای نظارت و نظارت تصویری استفاده شوند. این که ایا شما می خواهید دفتر خود یا هر منطقه دیگری را نظارت کنید، دوربین های UVC تصاویر زنده قابل اعتماد را ارائه می دهند.
عملکرد برتر انها در نور کم شما را با نظارت زنده 24/7 فراهم می کند، بنابراین شما می توانید تماشای محیط اطراف خود را حفظ کنید و راحت استراحت کنید.

نکاتی برای بهینه سازی عملکرد دوربین UVC

عملکرد یک دوربین UVC را می توان با چند تنظیمات خاص یا عوامل محیطی مانند:
لنز:یک لنز با کیفیت بالا می تواند به طور قابل توجهی وضوح تصویر و تولید رنگ را بهبود بخشد.
پورت USB:استفاده از پورت های USB 3.0 را اولویت بندی کنید، در حالی که اطمینان حاصل کنید که انها با سایر دستگاه های با پهنای باند بالا به اشتراک گذاشته نمی شوند تا از محدودیت پهنای باند جلوگیری شود.
روشنایی:اطمینان حاصل کنید که محیطی که در ان استفاده می شود دارای نور کافی و حتی برای کاهش سر و صدا و بهبود کیفیت تصویر و جلوگیری از قرار گرفتن در معرض بیش از حد و تابش خیره کننده است.
فرمت ویدئو:فرمت ویدئوی مناسب را انتخاب کنید. MJPEG و H.264 معمولا کارایی فشرده سازی بهتری را در رزولوشن های بالا ارائه می دهند.

مقایسه دوربین های UVC و MIPI

دوربین های UVC و MIPI امروزه به طور گسترده ای در کاربردهای بینایی جاسازی شده استفاده می شوند. هر دو نوع رابط دوربین دیجیتال هستند، اما برخی از تفاوت های اساسی وجود دارد.
اول از همه، از نظر رابط، دوربین های UVC از رابط USB برای انتقال داده ها استفاده می کنند، در حالی که دوربین های MIPI از رابط MIPI (رابط پردازنده صنعت تلفن همراه) برای انتقال داده ها استفاده می کنند. در مقایسه، رابط MIPI بیشتر بر سرعت بالا و مصرف برق کم تمرکز دارد و معمولا در دستگاه های تلفن همراه مانند تلفن های همراه و هواپیماهای بدون سرنشین استفاده می شود، جایی که مصرف برق محدود است.
ثانیا، دوربین های UVC و دوربین های MIPI عمدتا همان نوع داده ها را انتقال نمی دهند. دوربین های UVC بیشتر بر انتقال داده های ویدئویی متمرکز هستند، در حالی که دوربین های MIPI می توانند برای انتقال داده های تصویر و ویدئو استفاده شوند. دوربین های MIPI بر روی گرفتن تصاویر ثابت با کیفیت بالا متمرکز شده اند.
در نهایت، انتخاب بین دوربین های UVC و دوربین های MIPI بستگی به نیازهای واقعی برنامه دارد. دوربین های UVC برای انتقال داده های ویدئویی به دلیل سهولت استفاده و تنظیم و سازگاری گسترده انها ایده ال هستند، در حالی که دوربین های MIPI اولین انتخاب برای انتقال تصاویر و داده های ویدئویی در بسیاری از دستگاه های تلفن همراه مانند تلفن های همراه به دلیل عملکرد عالی کم قدرت انها هستند.

نتیجه

در عصر امروز رسانه های اجتماعی، دوربین ها به یک جزء ضروری از انواع دستگاه های هوشمند تبدیل شده اند و دوربین های UVC قابلیت پلاگین و بازی، کیفیت ویدئو با کیفیت بالا و سازگاری گسترده ای را در طیف گسترده ای از دستگاه ها ارائه می دهند. این که ایا برای استفاده حرفه ای در ویدئو کنفرانس و پزشکی از راه دور، و یا برای استفاده شخصی در جریان زنده و اموزش انلاین، دوربین های UVC ارائه یک راه حل همه کاره و مقرون به صرفه. با درک ویژگی ها، مزایا و برنامه های کاربردی، می توانید تصمیمات اگاهانه ای برای استفاده موثر از تکنولوژی UVC بگیرید.

توصیه هایی برای دوربین های UVC و دوربین های MIPI

با سالها تجربه در طراحی، توسعه و ساخت راه حل های دوربین OEM، Sinoseen تولید کننده ماژول دوربین برتر در چین است. در طول سال ها، ما راه حل های ماژول دوربین درجه یک را برای بسیاری از تولید کنندگان و شرکت های داخلی و بین المللی ارائه داده ایم.
دوربین های ما را می توان سفارشی برای دیدار با تمام نیازهای تصویربرداری خود را بدون به خطر انداختن در عملکرد و کیفیت. اگر شما نیاز به یک متخصص برای ارائه راه حل دوربین UVC مناسب برای پروژه خود دارید،لطفا با ما تماس بگیرید.