C'est quoi une caméra UVC? Un guide pour les débutants

Dans le domaine de la vision embarquée, les caméras UVC (classe vidéo USB) sont devenues la caméra de choix pour de nombreux appareils de vision embarqués, s'appuyant sur leur bande passante élevée, leur fiabilité et leur facilité d'intégration.
Les caméras UVC sont Caméras USB qui sont conformes à la norme UVC, qui signifie « USB video class », un protocole standard qui permet une compatibilité parfaite entre différents appareils sans avoir à installer de programmes supplémentaires. Par conséquent, ces caméras sont utilisées dans un large éventail d'applications telles que les systèmes de contrôle d'accès, la réalité augmentée et l'imagerie médicale.
Dans cet article, nous explorerons plus en détail les bases et les avantages des caméras UVC et UVC, ainsi que comparerons les différences entre UVC et MIPI.

Qu'est-ce que le protocole UVC ?

Le protocole USB Video Class (UVC) est une norme de transmission de données vidéo via l'interface USB. Il s'agit d'un protocole développé par l'USB Implementers Forum (USB-IF), et son objectif principal est de normaliser et de simplifier la connexion et la communication entre les appareils photo numériques vidéo et les ordinateurs.
L'une des principales caractéristiques du protocole UVC est le plug-and-play et la large compatibilité. Les appareils tels que les ordinateurs portables et les smartphones prennent en charge le protocole UVC. Les appareils vidéo compatibles avec le protocole UVC peuvent être utilisés directement sur une variété de systèmes d'exploitation et de plates-formes matérielles et ne nécessitent pas l'installation de pilotes spécialisés. Couramment utilisé dans la visioconférence, la diffusion en ligne et d'autres applications.

L'histoire du protocole UVC et son fonctionnement

Le développement du protocole USB Video Class (UVC) reflète l'évolution de la technologie vidéo et des normes USB. De l'UVC 1.0 d'origine à la dernière version, le protocole UVC s'est continuellement adapté aux nouvelles technologies et aux demandes du marché, offrant aux utilisateurs des solutions de transmission vidéo standardisées, efficaces et compatibles.

La première norme USB Video Class (UVC) 1.0 a été publiée par l'USB Implementers Forum (USB-IF) en 2003. Depuis sa sortie, cette version a été continuellement mise à jour pour prendre en charge une large gamme de formats vidéo, notamment YUV et MJPEG, tout en fournissant une multitude d'interfaces de contrôle pour régler divers paramètres tels que la luminosité et le contraste des appareils. Plus tard, l'USB-IF a été optimisé sur la base de la version 1.0, a ajouté la prise en charge de la résolution vidéo haute définition (HD) et du traitement intégré pour les appareils et d'autres détails techniques, et a introduit UVC1.1, une itération d'UVC1.0, en 2005, qui était une mise à jour majeure du protocole UVC.

Après cela, l'USB-IF a encore étendu les fonctionnalités et le champ d'application du protocole, en introduisant la version UVC 1.5 en 2012. Elle a ajouté la prise en charge du format de compression vidéo H.264, rendant la transmission vidéo plus efficace, et a introduit la prise en charge de la synchronisation multimédia, permettant la transmission simultanée de données audio et vidéo.

Avec la sortie de l'USB 3.x et de l'USB 4.0, le protocole UVC a été amélioré pour prendre en charge une bande passante plus élevée et une latence plus faible. Ces améliorations incluent la prise en charge de vidéos à plus haute résolution (par exemple 4K et 8K), des fréquences d'images plus élevées et des fonctions de traitement d'image plus sophistiquées. Par conséquent, il est également largement utilisé dans les caméras industrielles, les appareils d'imagerie médicale et les appareils de réalité virtuelle.

Et le travail du protocole UVC contient les processus suivants :
1. Connexion de l'appareil : l'appareil est connecté à l'hôte et l'hôte reconnaît l'appareil par énumération USB.
2. Demande de descripteur : l'hôte demande et analyse le descripteur de périphérique, le descripteur de configuration, le descripteur d'interface et le descripteur de point de terminaison.
3. Contrôle de la transmission : l'hôte définit les paramètres vidéo et obtient l'état du périphérique via le point de terminaison de contrôle.
4. Transmission des données : L'hôte reçoit les données de trame vidéo via le point de terminaison de diffusion vidéo et les traite par le programme d'application.

Qu'est-ce qu'une caméra UVC ?

La caméra UVC (c'est-à-dire USB Video Class Camera), pour le dire simplement, est une caméra USB qui prend en charge la norme UVC, qui intègre des fonctionnalités de streaming vidéo standard et peut être connectée de manière transparente à l'ordinateur hôte. la dernière version de la spécification USB Video Class est UVC 1.5.

Vous trouverez ci-dessous un schéma d'une application de classe vidéo USB :

Il offre la fonctionnalité plug-and-play et la compatibilité robuste de la norme UVC. Dans l'ensemble, il s'agit d'une solution pratique et abordable pour la transmission vidéo en temps réel, qui est largement utilisée dans la visioconférence, la diffusion en direct et d'autres applications.

Quelques avantages clés des caméras UVC

Dans les applications de vision embarquée, les caméras UVC sont sans aucun doute l'un des types de caméras les plus populaires par rapport aux autres caméras. Voici quelques avantages des caméras UVC :

• Prêt à l'emploi : Les appareils UVC peuvent être automatiquement reconnus et utilisés lorsqu'ils sont connectés à des systèmes d'exploitation prenant en charge le protocole UVC (par exemple Windows, macOS, Linux, etc.) sans qu'il soit nécessaire d'installer des pilotes supplémentaires.
• Compatibilité étendue : Le protocole UVC est une norme ouverte et tout appareil conforme à la norme peut fonctionner sur les systèmes qui le prennent en charge, garantissant ainsi une compatibilité et une opérabilité étendues.
• Prise en charge des formats vidéo standard : Prend en charge une large gamme de formats vidéo tels que YUV, MJPEG, H.264, etc.
• Flexibilité : Sa flexibilité robuste prend en charge une large gamme de résolutions vidéo, de formats et de fréquences d'images, ce qui affecte la négociation de la bande passante entre les appareils et les hôtes.
• Coût faible : Par rapport aux autres types de caméras, les caméras UVC sont sans aucun doute plus abordables.

Systèmes d'exploitation pouvant utiliser des caméras UVC

En raison de la grande compatibilité du protocole UVC, il est devenu le premier choix pour de nombreux appareils de capture vidéo. Les caméras UVC peuvent fonctionner sur presque tous les principaux systèmes d'exploitation.

• Fenêtres : Windows 7 et versions ultérieures disposent de pilotes UVC intégrés qui reconnaissent et configurent automatiquement les caméras compatibles UVC.
• macOS : macOS 10.4 Tiger et supérieur, y compris les dernières versions de macOS telles que Big Sur, Monterey et Ventura, peuvent utiliser directement les caméras UVC.
• Linux: Le noyau Linux prend en charge nativement les périphériques UVC à partir de la version 2.6.26. La plupart des distributions Linux modernes incluent cette prise en charge.
• Système d'exploitation Chrome : Les Chromebooks et autres appareils exécutant Chrome OS prennent en charge nativement les caméras UVC. Le système reconnaît et configure automatiquement la caméra une fois que l'utilisateur la connecte à l'appareil.
• Androïde: De nombreux appareils Android prennent en charge la connexion des caméras UVC via USB OTG (On-The-Go). Des applications individuelles nécessitant la prise en charge UVC (telles que certaines applications d'appareil photo tierces) sont nécessaires pour utiliser les caméras UVC.

FreeBSD et d'autres systèmes embarqués (par exemple Raspberry Pi) prennent également en charge les périphériques UVC, mais peuvent nécessiter que l'utilisateur configure et charge manuellement les pilotes appropriés, ou peuvent nécessiter une configuration appropriée du système d'exploitation et des pilotes.

Quelques applications populaires pour les caméras UVC

Dispositifs médicaux
Dans le domaine médical, la haute sensibilité, la reproduction précise des couleurs et l’imagerie de haute qualité des caméras UVC sont essentielles pour les dispositifs médicaux spécialisés qui nécessitent une résolution et une vitesse élevées.
Par exemple, en chirurgie mini-invasive, les caméras UVC peuvent être connectées à des endoscopes et à d’autres équipements pour surveiller la zone chirurgicale en temps réel, permettant au chirurgien d’opérer avec précision et de réduire les traumatismes.

Contrôle d'accès intelligent et biométrie
Les caméras UVC fournissent des données de comparaison visuelle fiables pour la vérification d'identité en capturant des images de haute qualité. Elles sont souvent utilisées en biométrie pour la reconnaissance faciale, la reconnaissance de l'iris et la numérisation des empreintes digitales afin de garantir une vérification d'identité précise.
Par exemple, à des fins de sécurité, nous intégrons la technologie de reconnaissance d’empreintes digitales dans les systèmes de contrôle d’accès, où les caméras UVC capturent des images d’empreintes digitales pour garantir que seul le personnel autorisé a accès à des zones spécifiques, garantissant ainsi la sécurité et la confidentialité.

Surveillance vidéo
Les caméras UVC peuvent également être utilisées pour la vidéosurveillance et le contrôle. Que vous souhaitiez surveiller votre bureau ou tout autre espace, les caméras UVC fournissent des images en direct fiables.
Leurs performances supérieures en basse lumière vous offrent une surveillance en direct 24h/24 et 7j/7, afin que vous puissiez continuer à surveiller votre environnement et vous reposer en toute tranquillité.

Conseils pour optimiser les performances de la caméra UVC

Les performances d'une caméra UVC peuvent être maximisées par quelques paramètres spécifiques ou facteurs environnementaux, tels que :
Lentille: Un objectif de haute qualité peut améliorer considérablement la clarté de l’image et la reproduction des couleurs.
Ports USB : Privilégiez l’utilisation des ports USB 3.0, tout en veillant à ce qu’ils ne soient pas partagés avec d’autres périphériques à large bande passante pour éviter les limitations de bande passante.
Éclairage : Assurez-vous que l’environnement dans lequel il est utilisé dispose d’un éclairage suffisant et uniforme pour réduire le bruit et améliorer la qualité de l’image, et éviter la surexposition et l’éblouissement.
Format vidéo : Choisissez le format vidéo approprié. MJPEG et H.264 offrent généralement une meilleure efficacité de compression à haute résolution.

Comparer les caméras UVC et MIPI

Les caméras UVC et MIPI sont aujourd'hui largement utilisées dans les applications de vision embarquée. Ce sont toutes deux des types d'interfaces de caméras numériques, mais il existe des différences fondamentales.
Tout d'abord, en termes d'interface, les caméras UVC utilisent l'interface USB pour transmettre les données, tandis que les caméras MIPI utilisent l'interface MIPI (Mobile Industry Processor Interface) pour transmettre les données. En comparaison, l'interface MIPI se concentre davantage sur la haute vitesse et la faible consommation d'énergie, et est couramment utilisée dans les appareils mobiles tels que les téléphones portables et les drones, où la consommation d'énergie est limitée.
Deuxièmement, les caméras UVC et les caméras MIPI ne transmettent pas principalement le même type de données ; les caméras UVC sont davantage axées sur la transmission de données vidéo, tandis que les caméras MIPI peuvent être utilisées pour transmettre à la fois des données d'image et de vidéo ; les caméras MIPI sont axées sur la capture d'images fixes de haute qualité.
En fin de compte, le choix entre les caméras UVC et les caméras MIPI dépend des besoins réels de l'application ; les caméras UVC sont idéales pour la transmission de données vidéo en raison de leur facilité d'utilisation et de configuration, et de leur large compatibilité, tandis que les caméras MIPI sont le premier choix pour la transmission d'images et de données vidéo sur de nombreux appareils mobiles tels que les téléphones portables en raison de leurs excellentes performances à faible consommation d'énergie.

Conclusion

À l'ère des réseaux sociaux, les caméras sont devenues un composant indispensable de tous les types d'appareils intelligents, et les caméras UVC offrent une fonctionnalité plug-and-play, une qualité vidéo haute définition et une large compatibilité avec une large gamme d'appareils. Qu'elles soient destinées à une utilisation professionnelle en visioconférence et en télémédecine, ou à une utilisation personnelle dans le cadre de la diffusion en direct et de l'enseignement en ligne, les caméras UVC offrent une solution polyvalente et économique. En comprenant les fonctionnalités, les avantages et les applications, vous pouvez prendre des décisions éclairées pour utiliser efficacement la technologie UVC.

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