O que é uma câmera UVC? Um guia para iniciantes

No campo da visão embarcada, as câmeras UVC (classe de vídeo USB) tornaram-se a câmera preferida de muitos dispositivos de visão embarcada, contando com sua alta largura de banda, confiabilidade e facilidade de integração.
As câmeras UVC sãoCâmeras USBque estão em conformidade com o padrão UVC, que significa "classe de vídeo USB", um protocolo padrão que permite a compatibilidade perfeita entre vários dispositivos sem a necessidade de instalar programas adicionais. Como resultado, essas câmeras são usadas em uma ampla gama de aplicações, como sistemas de controle de acesso, realidade aumentada e imagens médicas.
Neste artigo, exploraremos ainda mais os fundamentos e os benefícios das câmeras uvc e uvc, bem como compararemos as diferenças entre UVC e MIPI.

O que é o protocolo UVC?

O protocolo USB Video Class (UVC) é um padrão para transmitir dados de vídeo pela interface USB. É um protocolo desenvolvido pelo USB Implementers Forum (USB-IF), e tem como principal objetivo padronizar e simplificar a conexão e comunicação entre dispositivos de câmera digital de vídeo e computadores.
Uma das principais características do protocolo UVC é plug-and-play e ampla compatibilidade. Dispositivos como laptops e smartphones suportam o protocolo UVC. Os dispositivos de vídeo compatíveis com o protocolo UVC podem ser usados diretamente em uma variedade de sistemas operacionais e plataformas de hardware e não requerem a instalação de drivers especializados. Comumente usado em videoconferência, transmissão online e outros aplicativos.

A história do protocolo UVC e como ele funciona

O desenvolvimento do protocolo USB Video Class (UVC) reflete a evolução da tecnologia de vídeo e dos padrões USB. Desde o UVC 1.0 original até a versão mais recente, o protocolo UVC se adaptou continuamente às novas tecnologias e demandas do mercado, fornecendo às pessoas soluções de transmissão de vídeo padronizadas, eficientes e compatíveis.

O primeiro padrão USB Video Class (UVC) 1.0 foi lançado pelo USB Implementers Forum (USB-IF) em 2003. Desde o seu lançamento, esta versão foi continuamente atualizada para suportar uma ampla variedade de formatos de vídeo, incluindo YUV e MJPEG, ao mesmo tempo em que fornece uma variedade de interfaces de controle para ajustar vários parâmetros, como brilho e contraste de dispositivos. Mais tarde, o USB-IF otimizado com base em 1.0, adicionou suporte para resolução de vídeo de alta definição (HD) e processamento incorporado para dispositivos e outros detalhes técnicos, e introduziu o UVC1.1, uma iteração do UVC1.0, em 2005, que foi uma grande atualização do protocolo UVC.

Depois disso, o USB-IF expandiu ainda mais a funcionalidade e o escopo de aplicação do protocolo, introduzindo a versão 1.5 do UVC em 2012. Ele adicionou suporte para o formato de compressão de vídeo H.264, tornando a transmissão de vídeo mais eficiente, e introduziu suporte para sincronização multimídia, permitindo a transmissão simultânea de dados de áudio e vídeo.

Com o lançamento do USB 3.x e USB 4.0, o protocolo UVC foi aprimorado para suportar maior largura de banda e menor latência. Essas melhorias incluem suporte para vídeo de resolução mais alta (por exemplo, 4K e 8K), taxas de quadros mais altas e funções de processamento de imagem mais sofisticadas. Portanto, também é amplamente utilizado em câmeras industriais, dispositivos de imagens médicas e dispositivos de realidade virtual.

E o trabalho do protocolo UVC contém os seguintes processos:
1. Conexão do dispositivo:o dispositivo está conectado ao host e o host reconhece o dispositivo por enumeração USB.
2. Solicitação do descritor:O host solicita e analisa o descritor do dispositivo, o descritor de configuração, o descritor de interface e o descritor de endpoint.
3. Transmissão de controle:O host define parâmetros de vídeo e obtém o status do dispositivo por meio do ponto de extremidade de controle.
4. Transmissão de dados:O host recebe dados de quadro de vídeo por meio do ponto de extremidade de streaming de vídeo e os processa pelo programa aplicativo.

O que é câmera UVC?

A câmera UVC (ou seja, USB Video Class Camera), para simplificar, é uma câmera USB que suporta o padrão UVC, que integra recursos de streaming de vídeo padrão e pode ser conectada perfeitamente ao computador host. a versão mais recente da especificação USB Video Class é UVC 1.5.

Abaixo está um diagrama de um aplicativo USB Video Class:

Ele oferece a funcionalidade plug-and-play e a compatibilidade robusta do padrão UVC. No geral, é uma solução conveniente e acessível para transmissão de vídeo em tempo real, amplamente utilizada em videoconferência, transmissão ao vivo e outros aplicativos.

Algumas das principais vantagens das câmeras UVC

Em aplicações de visão incorporada, as câmeras UVC são, sem dúvida, um dos tipos de câmera mais populares em comparação com outras câmeras, aqui estão algumas vantagens das câmeras UVC:

• Plug-and-play:Os dispositivos UVC podem ser reconhecidos e usados automaticamente quando conectados a sistemas operacionais que suportam o protocolo UVC (por exemplo, Windows, macOS, Linux, etc.) sem a necessidade de instalar drivers adicionais.
• Ampla compatibilidade:O protocolo UVC é um padrão aberto, e qualquer dispositivo que esteja em conformidade com o padrão pode funcionar em sistemas que o suportam, garantindo ampla compatibilidade e operabilidade.
• Suporte ao formato de vídeo padrão:Suporta uma ampla variedade de formatos de vídeo, como YUV, MJPEG, H.264, etc.
• Flexibilidade:Sua flexibilidade robusta suporta uma ampla gama de resoluções, formatos e taxas de quadros de vídeo, o que afeta a negociação de largura de banda entre dispositivos e hosts.
• Baixo custo:Em comparação com outros tipos de câmeras, as câmeras UVC são, sem dúvida, mais acessíveis.

Sistemas operacionais que podem usar câmeras UVC

Devido à ampla compatibilidade do protocolo UVC, ele se tornou a primeira escolha para muitos dispositivos de captura de vídeo. As câmeras UVC podem ser executadas em quase todos os principais sistemas operacionais.

• Windows:Windows 7 e superior têm drivers UVC internos que reconhecem e configuram automaticamente câmeras compatíveis com UVC.
• macOS:O macOS 10.4 Tiger e superior, incluindo as versões mais recentes do macOS, como Big Sur, Monterey e Ventura, podem usar câmeras UVC diretamente.
• Linux:O kernel do Linux suporta nativamente dispositivos UVC a partir da versão 2.6.26. A maioria das distribuições Linux modernas inclui esse suporte.
• Chrome OS:Os Chromebooks e outros dispositivos que executam o Chrome OS são compatíveis nativamente com câmeras UVC. O sistema reconhece e configura automaticamente a câmera assim que o usuário a conecta ao dispositivo.
• Andróide:Muitos dispositivos Android suportam a conexão de câmeras UVC via USB OTG (On-The-Go). Aplicativos individuais que exigem suporte a UVC (como alguns aplicativos de câmera de terceiros) são necessários para usar câmeras UVC.

Além disso, o FreeBSD e outros sistemas embarcados (por exemplo, Raspberry Pi) suportam dispositivos UVC, mas podem exigir que o usuário configure e carregue manualmente os drivers apropriados, ou podem exigir a configuração apropriada do sistema operacional e do driver.

Algumas aplicações populares para câmeras UVC

Dispositivos médicos
Na área médica, a alta sensibilidade, a reprodução precisa de cores e a imagem de alta qualidade das câmeras UVC são essenciais para dispositivos médicos especializados que exigem alta resolução e velocidade.
Por exemplo, em cirurgias minimamente invasivas, as câmeras UVC podem ser conectadas a endoscópios e outros equipamentos para monitorar a área cirúrgica em tempo real, permitindo que o cirurgião opere com precisão e reduza o trauma.

Controle de acesso inteligente e biometria
As câmeras UVC fornecem dados confiáveis de comparação visual para verificação de identidade, capturando imagens de alta qualidade. É frequentemente usado em biometria para reconhecimento facial, reconhecimento de íris e digitalização de impressões digitais para garantir uma verificação de identidade precisa.
Por exemplo, para fins de segurança, integramos a tecnologia de reconhecimento de impressões digitais em sistemas de controle de acesso, onde as câmeras UVC capturam imagens de impressões digitais para garantir que apenas pessoas autorizadas tenham acesso a áreas específicas, garantindo segurança e privacidade.

Vigilância por vídeo
As câmeras UVC também podem ser usadas para vigilância e monitoramento por vídeo. Se você deseja monitorar seu escritório ou qualquer outra área, as câmeras UVC fornecem imagens ao vivo confiáveis.
Seu desempenho superior com pouca luz oferece vigilância ao vivo 24 horas por dia, 7 dias por semana, para que você possa continuar observando o ambiente e ficar tranquilo.

Dicas para otimizar o desempenho da câmera UVC

O desempenho de uma câmera UVC pode ser maximizado por algumas configurações específicas ou fatores ambientais, como:
Lente:Uma lente de alta qualidade pode melhorar significativamente a clareza da imagem e a reprodução de cores.
Portas USB:Priorize o uso de portas USB 3.0, garantindo que elas não sejam compartilhadas com outros dispositivos de alta largura de banda para evitar limitações de largura de banda.
Iluminação:Certifique-se de que o ambiente em que é usado tenha iluminação suficiente e uniforme para reduzir o ruído e melhorar a qualidade da imagem, além de evitar superexposição e ofuscamento.
Formato de vídeo:Escolha o formato de vídeo apropriado. MJPEG e H.264 normalmente fornecem melhor eficiência de compactação em altas resoluções.

Compare câmeras UVC e MIPI

As câmeras UVC e MIPI são amplamente utilizadas em aplicações de visão incorporada hoje. Ambos são tipos de interface de câmera digital, mas existem algumas diferenças fundamentais.
Em primeiro lugar, em termos de interface, as câmeras UVC usam a interface USB para transmitir dados, enquanto as câmeras MIPI usam a interface MIPI (Mobile Industry Processor Interface) para transmitir dados. Em comparação, a interface MIPI se concentra mais em alta velocidade e baixo consumo de energia e é comumente usada em dispositivos móveis, como telefones celulares e drones, onde o consumo de energia é limitado.
Em segundo lugar, as câmeras UVC e MIPI não transmitem principalmente o mesmo tipo de dados; As câmeras UVC são mais focadas na transmissão de dados de vídeo, enquanto as câmeras MIPI podem ser usadas para transmitir dados de imagem e vídeo; As câmeras MIPI são focadas na captura de imagens estáticas de alta qualidade.
No final, a escolha entre câmeras UVC e câmeras MIPI depende das necessidades reais da aplicação; As câmeras UVC são ideais para transmitir dados de vídeo devido à sua facilidade de uso e configuração e sua ampla compatibilidade, enquanto as câmeras MIPI são a primeira escolha para transmitir imagens e dados de vídeo em muitos dispositivos móveis, como telefones celulares, devido ao seu excelente desempenho de baixo consumo de energia.

Conclusão

Na era atual das mídias sociais, as câmeras se tornaram um componente indispensável de todos os tipos de dispositivos inteligentes, e as câmeras UVC oferecem funcionalidade plug-and-play, qualidade de vídeo de alta definição e ampla compatibilidade em uma ampla variedade de dispositivos. Seja para uso profissional em videoconferência e telemedicina, ou para uso pessoal em transmissão ao vivo e educação online, as câmeras UVC oferecem uma solução versátil e econômica. Ao entender os recursos, benefícios e aplicações, você pode tomar decisões informadas para utilizar efetivamente a tecnologia UVC.

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