UVCカメラとは?初心者向けガイド

エンベデッドビジョンの分野では、UVCカメラ(USBビデオクラス)は、その高帯域幅、信頼性、統合の容易さから、多くのエンベデッドビジョンデバイスに最適なカメラとなっています。
UVCカメラはUSBカメラこれは、追加のプログラムをインストールすることなく、さまざまなデバイス間でシームレスな互換性を可能にする標準プロトコルである「USBビデオクラス」の略であるUVC規格に準拠しています。その結果、これらのカメラは、アクセス制御システム、拡張現実、医用画像処理など、幅広いアプリケーションで使用されています。
この記事では、uvcカメラとuvcカメラの基本と利点をさらに探り、UVCとMIPIの違いを比較します。

UVCプロトコルとは何ですか?

USB Video Class(UVC)プロトコルは、USBインターフェースを介してビデオデータを送信するための規格です。これは、USB Implementers Forum(USB-IF)によって開発されたプロトコルであり、その主な目的は、ビデオデジタルカメラデバイスとコンピューター間の接続と通信を標準化および簡素化することです。
UVCプロトコルの主な特徴の1つは、プラグアンドプレイと幅広い互換性です。ラップトップやスマートフォンなどのデバイスは、UVCプロトコルをサポートしています。UVC プロトコル準拠のビデオ デバイスは、さまざまなオペレーティング システムやハードウェア プラットフォームで直接使用でき、専用のドライバーをインストールする必要はありません。ビデオ会議、オンライン放送、その他のアプリケーションで一般的に使用されます。

UVCプロトコルの歴史とその仕組み

USB Video Class(UVC)プロトコルの開発は、ビデオ技術とUSB規格の進化を反映しています。オリジナルのUVC 1.0から最新バージョンまで、UVCプロトコルは新しいテクノロジーと市場の要求に継続的に適応し、標準化された効率的で互換性のあるビデオ伝送ソリューションを人々に提供してきました。

最も初期の USB Video Class (UVC) 1.0 規格は、2003 年に USB Implementers Forum (USB-IF) によってリリースされました。このバージョンは、リリース以来、YUVやMJPEGなどの幅広いビデオ形式をサポートするように継続的に更新され、デバイスの明るさやコントラストなどのさまざまなパラメータを調整するための豊富な制御インターフェイスを提供しています。その後、USB-IFは1.0に基づいて最適化され、高解像度(HD)ビデオ解像度とデバイスの組み込み処理、およびその他の技術的な詳細のサポートを追加し、2005年にUVC1.0の反復であるUVC1.1を発表しました。

その後、USB-IFはプロトコルの機能と適用範囲をさらに拡大し、2012年にUVCバージョン1.5を導入しました。H.264ビデオ圧縮形式のサポートが追加され、ビデオ伝送がより効率的になり、マルチメディア同期のサポートが導入され、オーディオデータとビデオデータの同時伝送が可能になりました。

USB 3.x と USB 4.0 のリリースにより、UVC プロトコルが改善され、高帯域幅と低遅延がサポートされるようになりました。これらの改善には、高解像度のビデオ(4Kや8Kなど)、より高いフレームレート、より洗練された画像処理機能のサポートが含まれます。そのため、産業用カメラ、医用画像デバイス、バーチャルリアリティデバイスでも広く使用されています。

また、UVCプロトコルの作業には、次のプロセスが含まれています。
1.デバイス接続:デバイスはホストに接続されており、ホストは USB 列挙によってデバイスを認識します。
2. ディスクリプタリクエスト:ホストは、デバイス記述子、構成記述子、インターフェース記述子、およびエンドポイント記述子を要求し、解析します。
3.制御伝送:ホストは、制御エンドポイントを通じてビデオ パラメーターを設定し、デバイスの状態を取得します。
4.データ伝送:ホストは、ビデオ ストリーミング エンドポイントを介してビデオ フレーム データを受信し、アプリケーション プログラムによって処理します。

UVCカメラとは?

UVCカメラ(つまり、USBビデオクラスカメラ)は、簡単に言えば、標準のビデオストリーミング機能を統合し、ホストコンピューターにシームレスに接続できるUVC規格をサポートするUSBカメラです。USBビデオクラス仕様の最新バージョンはUVC 1.5です。

以下は、USBビデオクラスアプリケーションの図です。

プラグアンドプレイ機能とUVC規格の堅牢な互換性を提供します。全体として、これはリアルタイムビデオ伝送のための便利で手頃な価格のソリューションであり、ビデオ会議、ライブストリーミング、その他のアプリケーションで広く使用されています。

UVCカメラの主な利点

エンベデッドビジョンアプリケーションでは、UVCカメラは間違いなく他のカメラと比較して最も人気のあるカメラタイプの1つですが、UVCカメラの利点は次のとおりです。

• プラグアンドプレイ:UVCデバイスは、UVCプロトコルをサポートするオペレーティングシステム(Windows、macOS、Linuxなど)に接続すると、追加のドライバーをインストールしなくても自動的に認識して使用できます。
• 幅広い互換性:UVCプロトコルはオープンスタンダードであり、この規格に準拠したデバイスは、それをサポートするシステムで動作することができるため、幅広い互換性と操作性が保証されます。
• 標準ビデオ形式のサポート:YUV、MJPEG、H.264などの幅広いビデオ形式をサポートします。
• 柔軟性：その堅牢な柔軟性は、デバイスとホスト間の帯域幅ネゴシエーションに影響を与える幅広いビデオ解像度、フォーマット、およびフレームレートをサポートします。
• 低コスト:他のタイプのカメラと比較して、UVCカメラは間違いなく手頃な価格です。

UVCカメラを使用できるオペレーティングシステム

UVCプロトコルの幅広い互換性により、多くのビデオキャプチャデバイスの最初の選択肢となっています。UVCカメラは、ほぼすべての主要なオペレーティングシステムで実行できます。

• ウィンドウズ：Windows 7 以降には、UVC 準拠のカメラを自動的に認識して構成する UVC ドライバーが組み込まれています。
• macOSの場合:macOS 10.4 Tiger以降(Big Sur、Monterey、Venturaなどの最新のmacOSバージョンを含む)では、UVCカメラを直接使用できます。
• Linuxの場合:Linux カーネルは、バージョン 2.6.26 以降の UVC デバイスをネイティブにサポートしています。最新のほとんどのLinuxディストリビューションには、このサポートが含まれています。
• Chrome OS:Chromebook や Chrome OS を搭載したその他のデバイスは、UVC カメラをネイティブにサポートしています。カメラは、ユーザーがカメラをデバイスに接続すると、自動的に認識され、設定されます。
• アンドロイド：多くのAndroidデバイスは、USB OTG(On-The-Go)を介したUVCカメラの接続をサポートしています。UVC カメラを使用するには、UVC サポートを必要とする個々のアプリケーション (一部のサード パーティ製カメラ アプリなど) が必要です。

また、FreeBSD やその他の組み込みシステム (Raspberry Pi など) は UVC デバイスをサポートしていますが、 ユーザーが手動で適切なドライバを設定してロードする必要があるかもしれませんし、 適切なオペレーティングシステムとドライバの設定が必要な場合もあります。

UVCカメラの一般的なアプリケーション

医療機器
医療分野では、UVCカメラの高感度化、正確な色再現、高品質なイメージングが、高解像度と高速性が求められる特殊な医療機器にとって重要です。
例えば、低侵襲手術では、UVCカメラを内視鏡などに接続して手術部位をリアルタイムに監視することで、外科医は精密な手術を行い、外傷を軽減することができます。

インテリジェントアクセス制御と生体認証
UVCカメラは、高品質の画像をキャプチャすることにより、ID検証のための信頼性の高い視覚的比較データを提供します。これは、正確な身元確認を確実にするために、顔認識、虹彩認識、指紋スキャンの生体認証でよく使用されます。
例えば、セキュリティ上の理由から、指紋認識技術をアクセス制御システムに統合し、UVCカメラが指紋画像をキャプチャして、許可された担当者のみが特定のエリアにアクセスできるようにし、セキュリティとプライバシーを確保しています。

ビデオ監視
UVCカメラは、ビデオ監視や監視にも使用できます。オフィスを監視する場合でも、他のエリアを監視する場合でも、UVCカメラは信頼性の高いライブ画像を提供します。
彼らの優れた低照度性能は、24 / 7のライブ監視を提供しますので、周囲を監視し続け、安心して休むことができます。

UVCカメラのパフォーマンスを最適化するためのヒント

UVCカメラのパフォーマンスは、次のようないくつかの特定の設定、または環境要因によって最大化できます。
レンズ：高品質のレンズは、画像の鮮明さと色再現を大幅に向上させることができます。
USBポート:USB 3.0ポートの使用を優先し、帯域幅の制限を回避するために、ポートが他の高帯域幅デバイスと共有されないようにします。
照明：ノイズを減らして画質を向上させ、露出過多やまぶしさを防ぐために、使用される環境に十分で均一な照明があることを確認してください。
ビデオフォーマット:適切なビデオ形式を選択します。MJPEGとH.264は、通常、高解像度でより優れた圧縮効率を提供します。

UVCカメラとMIPIカメラの比較

UVCカメラとMIPIカメラはどちらも、今日のエンベデッドビジョンアプリケーションで広く使用されています。どちらもデジタルカメラのインターフェースタイプですが、基本的な違いがいくつかあります。
まず、インターフェースに関しては、UVCカメラはUSBインターフェースを使用してデータを送信し、MIPIカメラはMIPIインターフェース(Mobile Industry Processor Interface)を使用してデータを送信します。それに比べて、MIPIインターフェースは高速と低消費電力に重点を置いており、消費電力が制限されている携帯電話やドローンなどのモバイルデバイスで一般的に使用されています。
次に、UVCカメラとMIPIカメラは主に同じ種類のデータを送信しません。UVCカメラはビデオデータの送信に重点を置いていますが、MIPIカメラは画像データとビデオデータの両方を送信するために使用できます。MIPIカメラは、高品質の静止画を撮影することに重点を置いています。
結局のところ、UVCカメラとMIPIカメラのどちらを選択するかは、アプリケーションの実際のニーズによって異なります。UVCカメラは、使いやすさとセットアップのしやすさ、および幅広い互換性によりビデオデータの送信に最適ですが、MIPIカメラは、優れた低電力性能により、携帯電話などの多くのモバイルデバイスで画像やビデオデータを送信するための最初の選択肢です。

結論

今日のソーシャル メディアの時代では、カメラはあらゆるタイプのスマート デバイスに不可欠なコンポーネントとなっており、UVC カメラはプラグ アンド プレイ機能、高解像度ビデオ品質、およびさまざまなデバイス間での幅広い互換性を提供します。ビデオ会議や遠隔医療での専門的な使用でも、ライブストリーミングやオンライン教育での個人的な使用でも、UVCカメラは用途が広く費用対効果の高いソリューションを提供します。機能、利点、およびアプリケーションを理解することで、UVCテクノロジーを効果的に活用するための情報に基づいた意思決定を行うことができます。

UVCカメラとMIPIカメラに関する推奨事項

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