Что такое УФ-камера? Гайд для начинающих

В области встраиваемых систем машинного зрения камеры UVC (класс USB-видео) стали предпочтительными камерами для многих встраиваемых устройств машинного зрения, полагаясь на их высокую пропускную способность, надежность и простоту интеграции.
УФ-камерыUSB-камерыкоторые соответствуют стандарту UVC, который расшифровывается как «USB video class», стандартному протоколу, который обеспечивает 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 через интерфейс USB. Это протокол, разработанный Форумом разработчиков USB (USB-IF), и его основная цель — стандартизировать и упростить соединение и связь между устройствами цифровой видеокамеры 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 принцип его работы

Развитие протокола USB Video Class (UVC) отражает эволюцию видеотехнологий и стандартов USB. Начиная с оригинального UVC 1.0 и заканчивая последней версией, протокол UVC постоянно адаптируется 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, оптимизированный на основе 1.0, добавил поддержку разрешения видео высокой четкости (HD) и встроенную обработку для устройств и других технических деталей, а в 2005 году представил UVC1.1, итерацию UVC1.0, который стал крупным обновлением протокола UVC.

После этого USB-IF еще больше расширил функциональность протокола и область применения, представив UVC версии 1.5 в 2012 году. Он добавил поддержку формата сжатия видео H.264, что сделало передачу видео более эффективной, и ввел поддержку синхронизации мультимедиа, позволяющей одновременно передавать аудио- и видеоданные.

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, медицинских устройствах визуализации и устройствах виртуальной реальности.

А работа протокола UVC содержит следующие процессы:
1. Подключение устройства:устройство подключено к хосту, и хост распознает устройство с помощью перечисления USB.
2. Запрос дескриптора:Хост запрашивает и анализирует дескриптор устройства, дескриптор конфигурации, дескриптор интерфейса и дескриптор конечной точки.
3. Управляющая трансмиссия:Хост задает параметры видео и получает статус устройства через конечную точку управления.
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 легко подключена к хост-компьютеру. последняя версия спецификации USB Video Class — UVC 1.5.

Ниже приведена схема приложения USB Video Class:

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 УФ-камеры, несомненно, являются одним из самых популярных типов камер по сравнению с другими камерами, вот некоторые преимущества УФ-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

Из-за широкой совместимости протокола UVC он стал первым выбором для многих устройств видеозахвата. UVC-камеры 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 UVC-устройства, 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, которым требуется поддержка UVC (например, некоторые сторонние приложения для камеры), 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 медицине высокая чувствительность, точная цветопередача и высокое качество изображения УФ-камер 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 хирургической области в режиме реального времени, что позволяет хирургу работать с точностью и уменьшать травматизацию.

Интеллектуальный контроль доступа и биометрия
Камеры UVC предоставляют надежные данные визуального сравнения для проверки личности, захватывая высококачественные изображения. 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 захватывают 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 отдыхать.

Советы по оптимизации производительности УФ-камеры

Производительность УФ-камеры может быть максимизирована несколькими конкретными настройками или факторами окружающей среды, такими как:
Линза:Качественный объектив может значительно улучшить четкость изображения и цветопередачу.
USB-порты:Отдавайте приоритет использованию портов USB 3.0, гарантируя, что они не используются совместно с другими устройствами с высокой пропускной способностью, чтобы избежать ограничений пропускной способности.
Освещение:Убедитесь, что среда, в которой он используется, имеет достаточное и 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 лучшую 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 цифровых камер, но есть некоторые фундаментальные различия.
Прежде всего, с точки зрения интерфейса, камеры UVC используют интерфейс USB для передачи данных, а 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 можно использовать для передачи как изображений, так и видеоданных; Камеры MIPI ориентированы на съемку высококачественных фотографий.
В конечном счете, 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 лучшим 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 MIPI

Обладая многолетним опытом в проектировании, разработке и производстве 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.