UVCカメラとは? 初心者向けガイド

組み込みビジョンの分野では,UVCカメラ (USBビデオクラス) は,高い帯域幅,信頼性,簡単に統合できるため,多くの組み込みビジョンデバイスのカメラの選択になりました.
紫外線カメラはUSBカメラ標準プロトコルである"USB Video Class"を意味するUVC規格に準拠しています. 追加のプログラムをインストールする必要なく,さまざまなデバイスとの間でのシームレスな互換性を可能にします. 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,医療イメージングなどの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とUVCカメラの基本と利点についてさらに調べ,UVCとMIPIの違いを比較します.

UVCプロトコルは?

USB Video Class (UVC) プロトコルは,USBインターフェイスでビデオデータを送信するための標準である.USB Implementers Forum (USB-if) によって開発されたプロトコルで,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の間の接続と通信を標準化し,簡素化することである.
uvcプロトコルの主な特徴の一つは,plug-and-playと幅広い互換性である.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する.uvcプロトコル対応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することができ,専門ドライバーのインストールを必要としない.一般的にビデオ会議,オンライン放送,その他の

経歴と仕組みについて

USBビデオクラス (UVC) プロトコルの開発は,ビデオ技術とUSB標準の進化を反映しています. 元のUVC 1.0から最新のバージョンまで,UVC プロトコルは,新しい技術と市場の需要に絶えず適応し,人々に標準化,効率的で互換性のあるビデオ送信ソリューションを提供します.

最古のUSBビデオクラス (UVC) 1.0規格は,USB実装者フォーラム (USB-if) によって2003年にリリースされた.このバージョンは,YUVとMJpegを含む幅広いビデオフォーマットをサポートするため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制御インターフェースを豊富に提供している

その後,usb-ifは,このプロトコルの機能とアプリケーション範囲をさらに拡大し,2012年にuvcバージョン1.5を導入した. h.264ビデオ圧縮フォーマットへのサポートを追加し,ビデオ送信をより効率的にし,マルチメディア同期をサポートし,オーディオとビデオデータの同時送信を可能にしました.

USB 3.x と USB 4.0 のリリースにより,UVC プロトコルはより高い帯域幅と低レイテンシーをサポートするために改善された.これらの改善には,より高い解像度ビデオ (4k と 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ています.したがって,産業用カメラ,医療イメージングデバイス,

UVCプロトコルの作業には以下のプロセスが含まれます
装置の接続:デバイスはホストに接続され,ホストはUSB数値でデバイスを認識する.
2. 記述書の要求:ホストはデバイス ディスクリプター,コンフィギュレーション ディスクリプター,インターフェース ディスクリプター,エンドポイント ディスクリプターをリクエストし解析します.
制御トランスミッション:ホストはビデオパラメータを設定し,制御エンドポイントからデバイスの状態を入手します.
4. データ送信:ホストはビデオストリーミングエンドポイントを通じ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で処理します.

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UVカメラとは?

uvcカメラ (usb video class camera) は,単純に言うなら,標準的な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にシームレスに接続できるuvc標準をサポートするusbカメラである.usb video class仕様の最新バージョンはuvc1.5である.

下記はUSBビデオクラスアプリケーションの図です.

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プラグアンドプレイ機能とUVC標準の堅牢な互換性を提供しています. 全体的に,リアルタイムビデオ送信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および他のアプリケーションで広く使用されています.

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UVCカメラのいくつかの主要な利点

組み込みビジョンアプリケーションでは,UVCカメラは,他のカメラと比較して最も人気のあるカメラタイプの一つである.

• プラグアンドプレイuvcデバイスは,追加のドライバをインストールする必要なく,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 (例えば,Windows,macOS,linux,など) に接続されたときに自動的に認識され,使用できます.
• 広く互換性UVCプロトコルはオープンな標準であり,この規格に準拠するデバイスは,それをサポートするシステムで動作し,幅広い互換性と操作性を保証します.
• 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フォーマットをサポートします.
• 柔軟性強力な柔軟性により,幅広いビデオ解像度,フォーマット,フレームレートに対応しており,デバイスとホスト間の帯域幅交渉に影響を与えます.
• 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より安価です.

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UVCカメラを使用できるオペレーティングシステム

広範囲にわたるUVCプロトコルの互換性により,多くのビデオキャプチャデバイスにとって最初の選択になりました.UVCカメラはほとんどすべての主要なオペレーティングシステムで動作できます.

• 窓:自動でUVC対応カメラを認識し,設定するUVCドライバが組み込まれています.
• マコス:MacOS 10.4 Tiger 以降は,ビッグサー,モンテリー,ベンチュラなどの最新バージョンを含む.UVCカメラを直接使用できます.
• Linux: コンピュータLinuxカーネルはバージョン 2.6.26 からUVCデバイスをネイティブでサポートしています.ほとんどの近代的な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.
• クロームOS:Chromebook や Chrome OS を実行する他のデバイスはUVCカメラをネイティブにサポートします. ユーザーがデバイスに接続すると,システムは自動的にカメラを認識し,設定します.
• アンドロイド:多くのAndroidデバイスは,USB Otg (オン・ザ・ゴー) を通してUVCカメラを接続することをサポートしています.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のカメラアプリなど) はUVCカメラを使用する必要があります.

また,freebsdやその他の組み込みシステム (例えば,raspberry pi) はUVCデバイスをサポートするが,ユーザが適切なドライバを手動で設定して読み込む必要があるか,適切なオペレーティングシステムとドライバの設定を必要とする可能性がある.

UVCカメラの人気のあるアプリケーション

医療機器
医療分野では 高解像度と高速度を必要とする 専門医療機器ではUVCカメラの 高感度,正確な色複製,高品質の画像が不可欠です
例えば 微小侵襲手術では 紫外線カメラを内視鏡や他の機器に接続して 手術現場をリアルタイムに監視し 精度で手術をしたり トラウマを軽減したりできます

知的アクセス制御とバイオメトリクス
UVCカメラは,高品質の画像を撮影することで,身元確認のための信頼できる視覚比較データを提供します. 正確な身元確認を確保するために,顔認識,虹膜認識,指紋スキャンなどバイオメトリクスで使用されています.
例えば セキュリティ目的で アクセス制御システムに 指紋認識技術を組み込みます 紫外線カメラが指紋を撮影して 特定エリアに 権限のある職員だけがアクセスできるようにします

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.オフィスや他のエリアを監視したい場合でも,UVCカメラは信頼できるライブ画像を提供します.
低照明で優れた性能で 24時間 24時間 監視を可能にします

UVCカメラのパフォーマンスを最適化するためのヒント

UVカメラの性能は いくつかの特定の設定や環境要因によって最大化できます 例えば:
レンズ:高品質のレンズは 画像の透明性と色を再現を大幅に改善します
USBポート:USB 3.0ポートの利用を優先し,帯域幅制限を避けるため,他の高速デバイスと共有しないようにします.
照明:騒音を軽減し,画像品質を向上させ,過度に曝露や輝きを防ぐために,使用環境に十分な照明が提供されていることを確保する.
ビデオ形式:適切なビデオフォーマットを選択します. 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とMIPIカメラを比較する

UVCとMIPIカメラは,どちらも現在,埋め込み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,いくつかの根本的な違いがあります.
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インターフェイス (モバイル産業プロセッサインターフェイス) を使用してデータを送信します.相対的に,MIPIインターフェイスは高速で低消費電力に焦点を当て,電力の消費量が限ら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.
第二に,UVCカメラとMIPIカメラは,基本的に同じ種類のデータを送信しない.UVCカメラは,ビデオデータを送信することに集中し,MIPIカメラは,画像とビデオデータを両方送信するために使用できます.MIPIカメラは,高品質の静止画像を撮影することに集中しています.
最終的には,UVCカメラとMIPIカメラの選択は,実際のアプリケーションのニーズに依存します.UVCカメラは,使いやすさと設定の便利さと,幅広い互換性により,ビデオデータを送信するのに理想的です.一方で,MIPIカメラは,携帯電話などの多くのモバイルデバイスで,優れた低消費性能のために,画像とビデオデータを送信するための最初の選択です.

結論

今日のソーシャルメディアの時代では,カメラはあらゆる種類のスマートデバイスの不可欠な部品となり,UVCカメラはプラグアンドプレイ機能,高画質のビデオ品質,幅広いデバイスにわたる幅広い互換性を提供しています. ビデオ会議やテレメディシンにおける専門的な使用,またはライブストリーミングやオンライン教育における個人用であるにせよ,UVCカメラは汎用

紫外線カメラとMIPIカメラの推奨事項

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