Что такое камера UVC? Гайд для начинающих

В области встраиваемых систем машинного зрения камеры UVC (класс USB видео) стали предпочтительными камерами для многих встраиваемых устройств машинного зрения, благодаря их высокой пропускной способности, надежности и простоте интеграции.
Камеры UVCUSB-камерыкоторые соответствуют стандарту UVC, который расшифровывается как «USB video class», стандартному протоколу, позволяющему обеспечить бесшовную совместимость между различными устройствами без необходимости установки дополнительных программ. В результате эти камеры используются в широком спектре приложений, таких как системы контроля доступа, дополненная реальность и медицинская визуализация.
В этой статье мы подробнее рассмотрим основы и преимущества камер UVC и UVC, а также сравним различия между UVC и MIPI.

Что такое протокол UVC?

Протокол USB Video Class (UVC) является стандартом для передачи видеоданных по интерфейсу USB. Это протокол, разработанный Форумом разработчиков USB (USB-IF), и его основная цель — стандартизировать и упростить соединение и коммуникацию между устройствами цифровых видеокамер и компьютерами.
Одной из главных особенностей протокола UVC является plug-and-play и широкая совместимость. Такие устройства, как ноутбуки и смартфоны, поддерживают протокол UVC. Видеоустройства, совместимые с протоколом UVC, могут использоваться непосредственно в различных операционных системах и аппаратных платформах и не требуют установки специализированных драйверов. Обычно используется в видеоконференциях, онлайн-трансляциях и других приложениях.

История протокола UVC и как он работает

Развитие протокола USB Video Class (UVC) отражает эволюцию видеотехнологий и стандартов USB. Начиная с оригинальной версии UVC 1.0 и заканчивая последней версией, протокол UVC постоянно адаптировался к новым технологиям и требованиям рынка, предоставляя людям стандартизированные, эффективные и совместимые решения для передачи видео.

Самый ранний стандарт USB Video Class (UVC) 1.0 был выпущен Форумом разработчиков USB (USB-IF) в 2003 году. С момента своего выпуска эта версия постоянно обновлялась для поддержки широкого спектра видеоформатов, включая YUV и MJPEG, предоставляя при этом множество интерфейсов управления для настройки различных параметров, таких как яркость и контрастность устройств. Позже, USB-IF оптимизирован на основе 1.0, добавлена поддержка разрешения видео высокой четкости (HD) и встроенной обработки устройств и других технических деталей, а в 2005 году был представлен UVC1.1, итерация UVC1.0, которая стала крупным обновлением протокола UVC.

После этого USB-IF еще больше расширил функциональность протокола и область применения, представив UVC версии 1.5 в 2012 году. В него добавлена поддержка формата сжатия видео H.264, что сделало передачу видео более эффективной, и реализована поддержка синхронизации мультимедиа, позволяющей одновременно передавать аудио и видео данные.

С выпуском USB 3.x и USB 4.0 протокол UVC был улучшен для поддержки более высокой пропускной способности и меньшей задержки. Эти улучшения включают поддержку видео с более высоким разрешением (например, 4K и 8K), более высокую частоту кадров и более сложные функции обработки изображений. Поэтому он также широко используется в промышленных камерах, устройствах медицинской визуализации и устройствах виртуальной реальности.

А работа протокола UVC включает в себя следующие процессы:
1. Подключение устройства:устройство подключено к узлу, и узел распознает устройство по перечислению USB.
2. Запрос дескриптора:Хост запрашивает и анализирует дескриптор устройства, дескриптор конфигурации, дескриптор интерфейса и дескриптор конечной точки.
3. Управляющая коробка передач:Хост задает параметры видео и получает статус устройства через контрольную точку.
4. Передача данных:Хост получает данные видеокадра через конечную точку потокового видео и обрабатывает их прикладной программой.

Что такое УФ-камера?

UVC-камера (т.е. USB Video Class Camera), проще говоря, это USB-камера, поддерживающая стандарт UVC, которая интегрирует стандартные функции потоковой передачи видео и может быть бесшовно подключена к хост-компьютеру. последней версией спецификации класса USB Video является UVC 1.5.

Ниже приведена схема приложения класса USB Video:

Он предлагает функциональность plug-and-play и надежную совместимость со стандартом UVC. В целом, это удобное и доступное решение для передачи видео в режиме реального времени, которое широко используется в видеоконференциях, прямых трансляциях и других приложениях.

Некоторые ключевые преимущества камер UVC

Во встраиваемых системах машинного зрения UVC-камеры, несомненно, являются одним из самых популярных типов камер по сравнению с другими камерами, вот некоторые преимущества UVC-камер:

• Plug-and-play:Устройства UVC могут автоматически распознаваться и использоваться при подключении к операционным системам, поддерживающим протокол UVC (например, Windows, macOS, Linux и т. д.), без необходимости установки дополнительных драйверов.
• Широкая совместимость:Протокол UVC является открытым стандартом, и любое устройство, соответствующее стандарту, может работать на системах, которые его поддерживают, обеспечивая широкую совместимость и работоспособность.
• Поддержка стандартных форматов видео:Поддерживает широкий спектр видеоформатов, таких как YUV, MJPEG, H.264 и т.д.
• Гибкость:Его надежная гибкость поддерживает широкий диапазон разрешений, форматов и частоты кадров видео, что влияет на согласование пропускной способности между устройствами и хостами.
• Низкая стоимость:По сравнению с другими типами камер, камеры UVC, несомненно, более доступны по цене.

Операционные системы, которые могут использовать камеры UVC

Благодаря широкой совместимости протокола UVC он стал первым выбором для многих устройств захвата видео. Камеры UVC могут работать практически на всех основных операционных системах.

• Виндоус:Windows 7 и более поздние версии имеют встроенные драйверы UVC, которые автоматически распознают и настраивают UVC-совместимые камеры.
• macOS:macOS 10.4 Tiger и выше, включая последние версии macOS, такие как Big Sur, Monterey и Ventura, могут напрямую использовать камеры UVC.
• Линукс:Ядро Linux изначально поддерживает устройства UVC, начиная с версии 2.6.26. Большинство современных дистрибутивов Linux включают эту поддержку.
• Хромум ОС:Устройства Chromebook и другие устройства под управлением Chrome OS изначально поддерживают UVC-камеры. Система автоматически распознает и настраивает камеру, как только пользователь подключает ее к устройству.
• Андроид:Многие устройства Android поддерживают подключение UVC-камер через USB OTG (On-The-Go). Отдельные приложения, требующие поддержки UVC (например, некоторые сторонние приложения для камер), должны использовать UVC-камеры.

Кроме того, FreeBSD и другие встраиваемые системы (например, Raspberry Pi) поддерживают UVC устройства, но могут потребовать от пользователя ручной настройки и загрузки соответствующих драйверов, или могут потребовать соответствующей настройки операционной системы и драйверов.

Некоторые популярные области применения камер UVC

Медицинские приборы
В медицинской сфере высокая чувствительность, точная цветопередача и высокое качество изображения камер UVC имеют решающее значение для специализированных медицинских устройств, требующих высокого разрешения и скорости.
Например, в минимально инвазивной хирургии камеры UVC могут быть подключены к эндоскопам и другому оборудованию для мониторинга операционной области в режиме реального времени, что позволяет хирургу работать с точностью и снизить травматизацию.

Интеллектуальный контроль доступа и биометрия
Камеры UVC предоставляют надежные данные визуального сравнения для проверки личности, захватывая изображения высокого качества. Он часто используется в биометрии для распознавания лиц, распознавания радужной оболочки глаза и сканирования отпечатков пальцев для обеспечения точной проверки личности.
Например, в целях безопасности мы интегрируем технологию распознавания отпечатков пальцев в системы контроля доступа, где камеры UVC фиксируют изображения отпечатков пальцев, чтобы гарантировать, что только уполномоченный персонал имеет доступ к определенным зонам, обеспечивая безопасность и конфиденциальность.

Видеонаблюдение
Камеры UVC также могут использоваться для видеонаблюдения и мониторинга. Независимо от того, хотите ли вы следить за своим офисом или любой другой зоной, камеры UVC обеспечивают надежное изображение в реальном времени.
Их превосходная производительность при слабом освещении обеспечивает вам наблюдение в режиме реального времени 24/7, поэтому вы можете продолжать наблюдать за окружающей обстановкой и спокойно отдохнуть.

Советы по оптимизации производительности камеры UVC

Производительность УФ-камеры может быть максимизирована за счет нескольких конкретных настроек или факторов окружающей среды, таких как:
Линза:Качественный объектив может значительно улучшить четкость изображения и цветопередачу.
USB-порты:Отдавайте предпочтение использованию портов USB 3.0, не допуская их совместного использования с другими устройствами с высокой пропускной способностью, чтобы избежать ограничений пропускной способности.
Освещение:Убедитесь, что среда, в которой он используется, имеет достаточное равномерное освещение для снижения шума и улучшения качества изображения, а также предотвращения передержки и бликов.
Формат видео:Выберите подходящий формат видео. MJPEG и H.264 обычно обеспечивают более высокую эффективность сжатия при высоком разрешении.

Сравнение камер UVC и MIPI

Камеры UVC и MIPI сегодня широко используются во встраиваемых системах машинного зрения. Оба типа интерфейсов являются цифровыми камерами, но есть некоторые принципиальные различия.
Прежде всего, с точки зрения интерфейса, камеры UVC используют интерфейс USB для передачи данных, в то время как камеры MIPI используют интерфейс MIPI (Mobile Industry Processor Interface) для передачи данных. Для сравнения, интерфейс MIPI больше ориентирован на высокую скорость и низкое энергопотребление и обычно используется в мобильных устройствах, таких как сотовые телефоны и дроны, где энергопотребление ограничено.
Во-вторых, камеры UVC и камеры MIPI в основном не передают один и тот же тип данных; Камеры UVC больше ориентированы на передачу видеоданных, в то время как камеры MIPI могут использоваться для передачи как изображений, так и видеоданных; Камеры MIPI ориентированы на съемку фотографий высокого качества.
В конечном итоге, выбор между камерами UVC и камерами MIPI зависит от фактических потребностей приложения; Камеры UVC идеально подходят для передачи видеоданных благодаря простоте использования и настройки, а также широкой совместимости, в то время как камеры MIPI являются первым выбором для передачи изображений и видеоданных на многие мобильные устройства, такие как сотовые телефоны, благодаря их превосходным характеристикам при низком энергопотреблении.

Заключение

В современную эпоху социальных сетей камеры стали незаменимым компонентом всех типов интеллектуальных устройств, а камеры UVC предлагают функцию plug-and-play, качество видео высокой четкости и широкую совместимость с широким спектром устройств. Будь то профессиональное использование в видеоконференциях и телемедицине или личное использование в прямых трансляциях и онлайн-образовании, камеры UVC предлагают универсальное и экономичное решение. Понимая особенности, преимущества и области применения, вы можете принимать обоснованные решения для эффективного использования технологии UVC.

Рекомендации по камерам UVC и камерам MIPI

Обладая многолетним опытом проектирования, разработки и производства OEM-решений для камер, Sinoseen является ведущим производителем модулей камер в Китае. На протяжении многих лет мы предоставляем первоклассные решения для модулей камер многим отечественным и международным производителям и предприятиям.
Наши камеры могут быть настроены в соответствии со всеми вашими потребностями в обработке изображений без ущерба для производительности и качества. Если вам нужен эксперт, который предоставит подходящее решение для камеры UVC для вашего проекта,Пожалуйста, свяжитесь с нами.