چیست کامера UVC؟ راهنمای آغازین

در حوزه دید مغناطیسی، دوربین‌های UVC (طبقه ویدئویی USB) به عنوان گزینه اول برای بسیاری از دستگاه‌های دید مغناطیسی انتخاب شده‌اند، به دلیل پهنای باند بالا، قابلیت اعتماد و سادگی در ادغام.
دوربین‌های UVC هستند دوربین‌های USB که با استاندارد UVC مطابقت دارند، که به معنای "طبقه ویدئویی USB" است، یک پروتکل استاندارد که امکان سازگاری بین ابزارهای مختلف بدون نیاز به نصب برنامه‌های اضافی را فراهم می‌کند. بنابراین، این دوربین‌ها در دامنه وسیعی از کاربردها مانند سیستم‌های کنترل دسترسی، واقعیت افزوده و تصویربرداری پزشکی استفاده می‌شوند.
در این مقاله، ما به بررسی عمیق‌تر مبانی و مزایای UVC و دوربین‌های UVC خواهیم پرداخت و همچنین تفاوت‌های بین UVC و MIPI را مقایسه خواهیم کرد.

پروتکل UVC چیست؟

پروتکل طبقه ویدئویی USB (UVC) یک استاندارد برای انتقال داده‌های ویدئویی از طریق رابط USB است. این پروتکل توسط گروه پیاده‌سازی USB (USB-IF) توسعه یافته است و هدف اصلی آن استانداردسازی و ساده‌سازی اتصال و ارتباط بین دستگاه‌های دوربین دیجیتال ویدئویی و کامپیوترها است.
یکی از ویژگی‌های اصلی پروتکل UVC، قابلیت اتصال ساده (plug-and-play) و سازگاری گسترده است. دستگاه‌هایی مانند لپتاپ‌ها و تلفن‌های هوشمند پروتکل UVC را پشتیبانی می‌کنند. دستگاه‌های ویدئویی مطابق با پروتکل UVC می‌توانند به صورت مستقیم در انواع سیستم‌عامل‌ها و پلتفرم‌های سخت‌افزاری استفاده شوند و نیازی به نصب درایورهای اختصاصی ندارند. این دستگاه‌ها معمولاً در کنفرانس ویدئویی، پخش آنلاین و کاربردهای دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تاریخچه پروتکل UVC و نحوه کار آن

توسعه پروتکل USB Video Class (UVC) نشان‌دهنده تحول فناوری ویدئو و استانداردهای USB است. از نسخه اولیه UVC 1.0 تا آخرین نسخه، پروتکل UVC همواره برای سازگاری با فناوری‌های جدید و نیازهای بازار تطبیق یافته و به مردم راه‌حل‌های استاندارد، کارآمد و سازگار برای انتقال ویدئو ارائه داده است.

استاندارد اولیه کلاس ویدئو USB (UVC) 1.0 در سال 2003 توسط گروه پیاده‌سازی USB (USB-IF) منتشر شد. از زمان انتشار آن، این نسخه به طور مداوم به روز رسانی شده است تا بتواند دامنه وسیعی از فرمت‌های ویدئویی، از جمله YUV و MJPEG را پشتیبانی کند و همچنین مجموعه‌ای از رابط‌های کنترل برای تنظیم پارامترهای مختلف مانند روشنایی و تضاد دستگاه‌ها ارائه دهد. بعداً، USB-IF بر اساس نسخه 1.0 بهینه‌سازی کرد، پشتیبانی از وضوح ویدئویی با کیفیت بالا (HD) و پردازش داخلی برای دستگاه‌ها و جزئیات فنی دیگر را اضافه کرد و در سال 2005 نسخه UVC1.1، که به‌عنوان یک بروزرسانی عمده پروتکل UVC محسوب می‌شد، معرفی کرد.

بعد از این، USB-IF عملکرد و حوزه کاربرد پروتکل را گسترش داد و در سال 2012 نسخه 1.5 UVC را معرفی کرد. این نسخه پشتیبانی از فرمت فشرده‌سازی ویدئویی H.264 را اضافه کرد که باعث کارآمدتر شدن انتقال ویدئو شد و همچنین پشتیبانی از هماهنگی چند مدیا را معرفی کرد که امکان انتقال همزمان داده‌های صوتی و تصویری را فراهم آورد.

با انتشار USB 3.x و USB 4.0، پروتکل UVC بهبود یافته است تا حمایت بیشتری از پهنای باند بالا و لاتنسی کم فراهم کند. این بهبودها شامل حمایت از ویدئو با قطعه‌بندی بالا (مانند 4K و 8K)، نرخ چارچوب بالاتر و توابع پردازش تصویر پیشرفته‌تر می‌شوند. بنابراین، این پروتکل همچنین در دوربین‌های صنعتی، دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی و دستگاه‌های واقعیت مجازی به طور گسترده استفاده می‌شود.

و کار پروتکل UVC شامل فرآیندهای زیر است:
۱. اتصال دستگاه: دستگاه به میزبان متصل می‌شود و میزبان دستگاه را از طریق شمارش USB تشخیص می‌دهد.
۲. درخواست توصیف‌کننده: میزبان درخواست توصیف‌کننده دستگاه، توصیف‌کننده پیکربندی، توصیف‌کننده رابط و توصیف‌کننده نقطه پایانی را انجام می‌دهد و آن‌ها را تحلیل می‌کند.
۳. انتقال کنترل: میزبان پارامترهای ویدئو را تنظیم می‌کند و وضعیت دستگاه را از طریق نقطه پایانی کنترل دریافت می‌کند.
۴. انتقال داده: میزبان داده‌های چارچوب ویدئو را از طریق نقطه پایانی جریان ویدئو دریافت می‌کند و آن‌ها را توسط برنامه کاربردی پردازش می‌کند.

کامера UVC چیست؟

کامера UVC (یعنی کامера کلاس ویدئو USB)، به طور خلاصه، یک کامера USB است که استاندارد UVC را پشتیبانی می‌کند و ویژگی‌های استریم ویدئوی استاندارد را ادغام کرده و می‌تواند به صورت seemless به کامپیوتر میزبان متصل شود. آخرین نسخهٔ مشخصات کلاس ویدئویی USB، UVC 1.5 است.

در زیر دیاگرامی از کاربرد کلاس ویدئویی USB آورده شده است:

این، عملکرد پلاگ-آن-پلی وpatible سازگاری قوی استاندارد UVC را ارائه می‌دهد. کلی‌گیری، این یک راه‌حل ساده و ارزان‌قیمت برای انتقال ویدئوی زنده است که در کنفرانس‌های ویدئویی، پخش زنده و کاربردهای دیگر به طور گسترده استفاده می‌شود.

برخی از مزایای کامرهای UVC

در کاربردهای بینایی فراگیر، کامرهای UVC بدون شک یکی از محبوب‌ترین انواع کامeras هستند نسبت به سایر کامeras، اینجا برخی از مزایای کامرهای UVC است:

• پلاگ-آن-پلی: دستگاه‌های UVC زمانی که به سیستم‌عامل‌هایی متصل می‌شوند که پروتکل UVC را پشتیبانی می‌کنند (مثل ویندوز، ماکاواس، لینوکس، و غیره) بدون نیاز به نصب درایور اضافی شناسایی خودکار و استفاده می‌شوند.
• سازگاری گسترده: پروتکل UVC یک استاندارد باز است و هر دستگاهی که با این استاندارد مطابقت داشته باشد می‌تواند روی سیستم‌هایی که آن را پشتیبانی می‌کنند کار کند، که سبب سازگاری و عملکرد گسترده می‌شود.
• پشتیبانی از فرمت ویدئو استاندارد: پشتیبانی از طیف گسترده‌ای از فرمت‌های ویدئویی مانند YUV، MJPEG، H.264 و غیره را دارد.
• چابکی: چابکی انعطاف‌پذیر آن، پشتیبانی از طیف گسترده‌ای از قابلیت‌های ویدئویی شامل تحلیلهای مختلف، فرمت‌ها و نرخ‌های چارچوبی را تضمین می‌کند که بر مناقشه‌های باند‌وید در بین دستگاه‌ها و میزبان‌ها تأثیر می‌گذارد.
• هزینه کم: در مقایسه با نوع‌های دیگر دوربین‌ها، دوربین‌های UVC بدون شک قیمت مناسب‌تری دارند.

سیستم‌عامل‌هایی که می‌توانند از دوربین‌های UVC استفاده کنند

به علت سازگاری گسترده پروتکل UVC، این پروتکل به عنوان اولین انتخاب برای بسیاری از دستگاه‌های ضبط ویدئویی شناخته شده است. دوربین‌های UVC می‌توانند روی تقریباً تمام سیستم‌عامل‌های اصلی اجرا شوند.

• ویندوز: ویندوز 7 و نسخه‌های بالاتر دрайورهای UVC داخلی دارند که به طور خودکار دوربین‌های مطابق با استاندارد UVC را تشخیص و پیکربندی می‌دهند.
• macOS: macOS 10.4 Tiger و نسخه‌های بالاتر، از جمله آخرین نسخه‌های macOS مانند Big Sur، Monterey و Ventura، قادرند دوربین‌های UVC را مستقیماً استفاده کنند.
• لینوکس: هسته لینوکس از نسخه 2.6.26 شروع به پشتیبانی از دستگاه‌های UVC کرده است. بیشتر توزیع‌های مدرن لینوکس این پشتیبانی را شامل می‌شوند.
• Chrome OS: دستگاه‌های Chromebook و سایر دستگاه‌های اجرای Chrome OS به طور خودکار از دوربین‌های UVC پشتیبانی می‌کنند. سیستم بعد از متصل شدن دوربین به دستگاه، آن را به طور خودکار تشخیص و پیکربندی می‌کند.
• اندروید: بسیاری از دستگاه‌های اندروید از قابلیت اتصال دوربین‌های UVC از طریق USB OTG (On-The-Go) پشتیبانی می‌کنند. برنامه‌هایی که نیاز به پشتیبانی UVC دارند (مانند برخی اپلیکیشن‌های دوربین سومی) باید برای استفاده از دوربین‌های UVC استفاده شوند.

همچنین سیستم‌های عامل دیگری مانند FreeBSD و سیستم‌های فراگیر (مانند Raspberry Pi) از دستگاه‌های UVC پشتیبانی می‌کنند، اما ممکن است کاربر باید رایانه‌ران‌ها یا درایورهای مناسب را به صورت دستی تنظیم و بارگذاری کند، یا نیاز به تنظیمات مناسب سیستم عامل و درایور داشته باشد.

برخی از برنامه‌های محبوب دوربین‌های UVC

تجهیزات پزشکی
در حوزه پزشکی، حساسیت بالا، تولید رنگ دقیق و تصویربرداری با کیفیت بالا دوربین‌های UVC برای دستگاه‌های پزشکی تخصصی که نیازمند قطعات با تفکیک‌پذیری و سرعت بالا هستند، اهمیت زیادی دارد.
به عنوان مثال، در جراحی کم تجاویز، دوربین‌های UVC می‌توانند به اندوسکوپ‌ها و تجهیزات دیگر متصل شوند تا از محل عمل به صورت زنده نظارت کنند و به جراح اجازه می‌دهد تا با دقت عمل کند و از آسیب به ساز و کار جلوگیری کند.

کنترل دسترسی هوشمند و بیومتریک
دوربین‌های UVC با جمع‌آوری تصاویر با کیفیت بالا، داده‌های مقایسه بصری قابل اعتمادی برای تأیید هویت ارائه می‌دهند. این دوربین‌ها اغلب در بیومتریک برای تشخیص چهره، تشخیص قزحی چشم و اسکن اثر انگشت استفاده می‌شوند تا تأیید هویت دقیق را تضمین کنند.
برای مثال، به اهداف امنیتی، ما فناوری شناسایی اثر انگشت را در سیستم‌های کنترل دسترسی ادغام می‌کنیم، جایی که دوربین‌های UVC تصاویر اثر انگشت را جمع‌آوری می‌کنند تا اطمینان حاصل شود تنها کارکنان مجاز به مناطق خاص دسترسی داشته باشند و امنیت و حریم خصوصی تأمین شود.

نظارت ویدئویی
دوربین‌های UVC همچنین برای نظارت ویدئویی و پایش استفاده می‌شوند. آیا می‌خواهید دفتر خود یا هر منطقه دیگری را پایش کنید؟ دوربین‌های UVC تصاویر زنده قابل اعتمادی ارائه می‌دهند.
عملکرد برجسته آنها در شرایط نور کم، به شما امکان می‌دهد 24/7 نظارت زنده داشته باشید، بنابراین می‌توانید اطراف خود را تحت پوشش داشته و آرامش یابید.

نکات برای بهینه‌سازی عملکرد دوربین UVC

عملکرد یک دوربین UVC می‌تواند با تنظیمات خاصی یا عوامل محیطی، مانند:
عدسی: یک عدسی با کیفیت بالا می‌تواند به طور قابل توجهی از روشنایی تصویر و بازتاب رنگ بهبود بخشید.
پورت‌های USB: استفاده از پورت‌های USB 3.0 را اولویت بدهید، در حالی که مطمئن شوید آنها با دستگاه‌های دیگر مصرف‌کننده باند‌واید مشترک نشده باشند تا محدودیت‌های باند‌واید را جلوگیری کنید.
نورپردازی: اطمینان حاصل کنید که محیطی که در آن استفاده می‌شود دارای نورپردازی کافی و هموار است تا نویز را کاهش داده و کیفیت تصویر را بهبود ببخشد و از بیش‌آسیب‌پذیری و بازتاب شدید جلوگیری کنید.
فرمت ویدئو: فرمت ویدئو مناسب را انتخاب کنید. MJPEG و H.264 معمولاً در قابلیت فشرده‌سازی کارآمدتر در解قاب‌های بالا عمل می‌کنند.

مقایسه دوربین‌های UVC و MIPI

دوربین‌های UVC و MIPI هر دو امروزه در برنامه‌های بینایی مدرن گسترده استفاده می‌شوند. هر دو نوع ارتباط دیجیتال دوربین هستند، اما تفاوت‌های اساسی وجود دارد.
ابتدا، از لحاظ رابط، دوربین‌های UVC از رابط USB برای انتقال داده استفاده می‌کنند، در حالی که دوربین‌های MIPI از رابط MIPI (Mobile Industry Processor Interface) برای انتقال داده استفاده می‌کنند. در مقایسه، رابط MIPI بیشتر بر سرعت بالا و مصرف انرژی کم تمرکز دارد و معمولاً در دستگاه‌های موبایل مانند گوشی‌ها و درون‌پایه‌ها که مصرف انرژی محدود است، استفاده می‌شود.
دوماً، دوربین‌های UVC و دوربین‌های MIPI نوع داده‌ای که اصلی‌ترین بار انتقال آنهاست را به یک شکل منتقل نمی‌کنند؛ دوربین‌های UVC بیشتر بر انتقال داده‌های ویدئویی تمرکز دارند، در حالی که دوربین‌های MIPI می‌توانند برای انتقال هم داده‌های تصویری و هم ویدئویی استفاده شوند؛ دوربین‌های MIPI بر روی جمع‌آوری عکس‌های با کیفیت بالا تمرکز دارند.
در نهایت، انتخاب بین دوربین‌های UVC و MIPI بستگی به نیازهای واقعی برنامه دارد؛ دوربین‌های UVC به دلیل سادگی استفاده و تنظیم و همچنین سازگاری گسترده، برای انتقال داده‌های ویدئویی ایده‌آل هستند، در حالی که دوربین‌های MIPI به دلیل عملکرد قدرتمند پایین‌انرژی خود، اولین انتخاب برای انتقال داده‌های تصویری و ویدئویی در دستگاه‌های موبایلی مانند تلفن‌های همراه هستند.

نتیجه گیری

در عصر رسانه‌های اجتماعی امروز، دوربین‌ها به عنوان مولفه‌ای ناپذیر در تمام نوع دستگاه‌های هوشمند تبدیل شده‌اند و دوربین‌های UVC عملکرد پلاگ-آن-پلی، کیفیت ویدئویی با وضوح بالا و سازگاری گسترده با طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها را ارائه می‌دهند. آیا برای استفاده حرفه‌ای در کنفرانس ویدئویی و تلerea، یا برای استفاده شخصی در جریان‌های زنده و آموزش آنلاین، دوربین‌های UVC یک راه‌حل منعطف و اقتصادی ارائه می‌دهند. با درک ویژگی‌ها، مزایا و کاربردها، می‌توانید تصمیمات مطلعانه‌ای بگیرید تا فناوری UVC را به صورت مؤثری استفاده کنید.

توصیه‌هایی برای دوربین‌های UVC و MIPI

با سال‌ها تجربه در طراحی، توسعه و تولید راه‌حل‌های دوربین OEM، سینوسین به عنوان تولیدکننده برتر ماژول دوربین در چین شناخته می‌شود. طی سالیان، ما راه‌حل‌های اولیه ماژول دوربین به بسیاری از تولیدکنندگان و شرکت‌های داخلی و بین‌المللی ارائه داده‌ایم.
دوربین‌های ما قابل سفارش‌دهی هستند تا به تمام نیازهای تصویربرداری شما پاسخ دهند بدون اینکه از عملکرد و کیفیت کاسته شود. اگر نیاز به یک متخصص دارید که راه‌حل مناسب دوربین UVC برای پروژه شما را ارائه دهد, لطفاً با ما تماس بگیرید .