Czym jest Kamera UVC? Wyjaśnienie USB Video Class

Kamera UVC to kamera USB zgodna ze standardem USB Video Class. Mówiąc prościej, oznacza to, że kamera może komunikować się z systemem hosta za pośrednictwem standardowego interfejsu wideo USB, zamiast polegać na w pełni na zamówienie sterowniku do podstawowego strumieniowania obrazu. Dzięki temu kamery UVC są praktycznym wyborem dla wbudowanych systemów wizyjnych, urządzeń OEM, robotyki i systemów przemysłowych, w których liczy się szybka integracja.

Czym jest Kamera UVC? Wyjaśnienie USB Video Class

FAQ dotyczące kamer UVC

Nie. W tym kontekście UVC oznacza USB Video Class, czyli standard wideo USB. Nie odnosi się do obrazowania w ultrafiolecie ani UV-C.

Nie. Kamera USB jest kamerą UVC tylko wtedy, gdy jest zgodna ze specyfikacją USB Video Class. Wiele z nich tak jest, ale nie każda kamera USB jest rozpoznawana jako zgodne ze standardem urządzenie UVC.

Tak. Linux oferuje natywne wsparcie dla kamer UVC za pośrednictwem sterownika wideo UVC, a urządzenia te są powszechnie obsługiwane za pośrednictwem frameworka V4L2.

Tak. NVIDIA dokumentuje ścieżki tworzenia aplikacji dla kamer USB na platformie Jetson i odwołuje się do standardowego dostępu opartego na Linux/V4L2 dla obsługiwanych przepływów pracy z kamerami.

Nie zawsze. W przypadku podstawowego przesyłania strumieniowego kamera UVC często może działać za pośrednictwem wbudowanego sterownika USB Video Class lub natywnej obsługi systemu operacyjnego. Zaawansowane funkcje mogą nadal zależeć od konstrukcji kamery i oprogramowania aplikacyjnego.

Co oznacza skrót UVC?

UVC oznacza USB Video Class. Jest to klasa urządzeń zdefiniowana przez USB Implements Forum dla urządzeń wideo podłączanych przez USB. Celem standardu jest ułatwienie rozpoznawania i używania urządzeń wideo USB w obsługiwanych systemach operacyjnych.

Jak działa Kamera UVC?

Przemysłowa kamera UVC działa poprzez udostępnianie swoich możliwości wideo w ustandaryzowany sposób, który system hosta może zrozumieć. Po podłączeniu kamery system może zidentyfikować urządzenie, wykryć obsługiwane możliwości wideo i rozpocząć podstawowe strumieniowanie obrazu przy użyciu standardowego wsparcie wideo USB. W systemie Windows firma Microsoft zapewnia wbudowany model sterownika UVC dla zgodnych urządzeń. W systemie Linux kamery UVC są zwykle obsługiwane za pośrednictwem sterownika uvcvideo. Po podłączeniu kamery USB UVC do systemu hosta proces jest obsługiwany automatycznie:

  1. System operacyjny hosta najpierw odczytuje deskryptory jednostki i terminala Video Control (VC) specyficzne dla klasy kamery.
  2. Następnie identyfikuje urządzenia jako zgodne z UVC i łączy je z natywnym sterownikiem klasy UVC, dzięki czemu nie jest wymagana instalacja osobnego sterownika.
  3. Kolejno system operacyjny lub zastosowanie współpracuje z kamerą w celu określenia odpowiednich ustawień strumieniowania, w tym formatu, rozdzielczości i liczby klatek na sekundę.
  4. Po ustawieniu parametrów dane wideo przepływają przez tor kamery od przetwornika obrazu do wbudowanego ISP, następnie przez kontroler USB do systemu hosta w celu wyświetlania, analizy lub nagrywania.
  5. Bardziej zaawansowane funkcje, takie jak HDR, ROI i wsparcie sprzętowego wyzwalania, mogą być zarządzane za pomocą rozszerzonych elementów sterowania UVC.

Dowiedz się więcej o działaniu kamer UVC w systemie Linux tutaj.

Czy kamera UVC wymaga sterownika na zamówienie?

Kamera UVC zgodna ze standardami zazwyczaj nie wymaga na zamówienie sterownika po stronie hosta do podstawowego działania, co czyni ją wyjątkową. Firma Microsoft wskazuje, że urządzenia UVC mogą współpracować ze sterownikiem dostarczanym przez system zamiast wymagać od dostawców udostępniania własnego sterownika dla standardowej funkcjonalności. Jest to jeden z głównych powodów, dla których kamery UVC są atrakcyjne w projektach, w których czas integracji musi pozostać krótki. Niektóre zaawansowane lub specyficzne dla dostawcy funkcje mogą nadal być udostępniane oddzielnie, jednak podstawowy model podłącz i przesyłaj strumieniowo jest jedną z kluczowych zalet UVC.

Kluczowe zalety kamer UVC

Kamery UVC ułatwiają budowę niezawodnych systemów vision przy minimalnej konfiguracji i maksymalnej kompatybilności. Oto niektóre z kluczowych zalet, które czynią je rozsądną inwestycją:

  • Nie jest wymagany sterownik na zamówienie: Wyliczanie urządzeń jest zarządzane przez natywny sterownik klasy systemu operacyjnego, eliminując potrzebę opracowywania dedykowanego sterownika.
  • Natywne wsparcie międzyplatformowe: Jedna kamera może działać od razu po podłączeniu w systemach Windows, Linux i Android bez konieczności wprowadzania zmian.
  • Szeroka kompatybilność formatów wideo: Obsługuje formaty takie jak nieskompresowany YUV422, MJPEG, H.364 i inne, w zależności od wersji specyfikacji UVC.
  • Automatyczna negocjacja przepustowości i formatu: Na podstawie dostępnej przepustowości host i urządzenie UVC dynamicznie określają odpowiednią rozdzielczość i liczbę klatek na sekundę.
  • Silna integracja z ekosystemem: Zaprojektowane do bezproblemowej współpracy z OpenCV, GStreamer, DirectShow, V4L2 oraz przepływami pracy wnioskowania AI/ML.
  • Przyspieszone wprowadzenie na rynek: Zespoły mogą rozpocząć tworzenie oprogramowania natychmiast, podłączając kamerę już pierwszego dnia, bez oczekiwania na zakończenie prac nad sterownikiem.

Dlaczego kamery UVC są atrakcyjne w projektach z zakresu Widzenie maszynowe i Wbudowany?

Kamery UVC są atrakcyjne, ponieważ upraszczają integrację kamery. Dla wielu zespołów inżynierskich oznacza to mniejszy nakład pracy podczas uruchamiania, mniej przeszkód związanych ze sterownikami oraz szybszą walidację na platformach takich jak komputery PC z systemem Windows, systemy Linux i wbudowane urządzenia. Jest to szczególnie istotne w:

  • Wbudowanych systemach vision
  • Rozwoju produktów OEM
  • Robotyce
  • Budowie proof-of-concept
  • Przemysłowych urządzeniach monitorujących
  • Kompaktowych systemach automatyzacji

Jakie formaty obrazu i elementy sterujące może udostępniać kamera UVC?

Kamera UVC może udostępniać różne formaty strumieni i elementy sterujące w zależności od konstrukcji urządzenia. Microsoft dokumentuje obsługę zarówno kamer kolorowych, jak i kamer typu czujnikowego oraz opisuje obsługę UVC dla formatów i strumieni takich jak YUV, MJPEG, IR oraz kategorie kamer związane z głębią. W systemie Linux sterownik UVC obsługuje również specyficzne dla producenta jednostki rozszerzeń, co oznacza, że producenci mogą dodawać dodatkowe elementy sterujące poza standardowym zestawem funkcji.

Czym jest protokół UVC?

Specyfikacja UVC definiuje zasady działania urządzeń wideo USB. Obejmuje deskryptory urządzeń, zachowanie strumieniowania, elementy sterujące oraz sposób interakcji hostów ze zgodnymi kamerami.

Dla zespołów inżynieryjnych specyfikacja UVC ma znaczenie, ponieważ wpływa na interoperacyjność, obsługę funkcji i zachowanie integracji w różnych systemach.

Można również spotkać określone wersje standardu, w tym:

Ustanowiła pierwotne ramy dla urządzeń wideo USB i podstawowej komunikacji z hostem.
Rozszerzyła standard i jest powszechnie przywoływana w dyskusjach dotyczących kompatybilności kamer USB.
Wprowadziła dodatkowe możliwości i jest często przywoływana w bardziej zaawansowanych implementacjach wideo USB.
Stosowane podczas omawiania obsługiwanych funkcji i zgodności.
W praktycznym projektowaniu systemu istotny jest nie tylko numer wersji, lecz także to, czy kamera, system operacyjny i stos aplikacji obsługują funkcje, których rzeczywiście potrzebujesz.

Gdzie kamery UVC są powszechnie stosowane?

Kamery UVC są powszechnie stosowane tam, gdzie szeroka kompatybilność i prosta łączność USB są ważniejsze niż budowanie w pełni dostosowanego stosu kamer od podstaw. Typowe przykłady obejmują wbudowane urządzenia Linux, platformy NVIDIA Jetson, prototypy robotyczne, urządzenia medyczne, integracje OEM, stanowiska testowe i systemy przemysłowe wymagające prostego przechwytywania obrazu wideo przez USB.

Co należy sprawdzić przed wyborem kamery UVC?

Przed wyborem modelu UVC należy sprawdzić rzeczywiste wymagania integracyjne kamery. Oznaczenie UVC ułatwia zapewnienie kompatybilności, ale nie zastępuje walidacji na poziomie zastosowania.
Należy skupić się na:

  • Wymaganej rozdzielczości
  • Liczbie klatek na sekundę
  • Formacie pikseli
  • Metodzie kompresji
  • Przepustowości USB
  • Długości kabla
  • Wymaganiach dotyczących zasilania
  • Wsparciu systemu operacyjnego
  • Dostępie do elementów sterowania kamery
  • Kompatybilności oprogramowania z Twoim zastosowaniem

W systemie Linux dokumentacja jądra wskazuje również na wsparcie dla specyficznych dla dostawcy jednostek rozszerzeń, co ma znaczenie, jeśli Twoje zastosowanie zależy od elementów sterowania wykraczających poza standardowy zestaw funkcji.

Oferta Kamer UVC VA Imaging

  • VA-UVC-3MP-100U2C: Zbudowany wokół sensora Sony IMX900 1/3.1 cala z pikselami 2.25μm i migawką globalną, model ten obsługuje rozdzielczość do 2048x1536 przy 100fps oraz 1024x768 przy 200fps w trybie binningu. Jest dostępny w wersjach C-mount / CS-mount i M12, co czyni go praktyczną opcją do zadań wrażliwych na ruch, kompaktowej integracji przemysłowej oraz systemów wbudowanych, gdzie istotna jest praca UVC typu plug-and-play.

  • VA-UVC-12MP-30U2C: Ta kamera UVC 12MP wykorzystuje sensor Sony IMX577 1/2.3 cala z pikselami 1.55μm i elektroniczną migawką rolling shutter. Obsługuje rozdzielczość do 3840x2160 przy 30fps, 3840x3040 przy 20fps oraz 1920x1080 przy 120 fps i jest dostępna w wariantach C-mount / CS-mount, M12 oraz M12 z autofokusem. Może być dobrym wyborem tam, gdzie ważna jest wysoka szczegółowość obrazu, na przykład w obrazowaniu dokumentacyjnym, urządzeniach laboratoryjnych, systemach kiosków lub platformach wbudowanych wymagających kompaktowej kamery UVC o wysokiej rozdzielczości.

Modele te pokazują również, dlaczego kryteria wyboru mają znaczenie w praktyce: model z migawką globalną jest często bezpieczniejszym wyborem dla poruszających się obiektów, natomiast model rolling shutter o wyższej rozdzielczości może być dobrą opcją dla bardziej statycznych scen, w których priorytetem jest szczegółowość obrazu.

Czy Kamera UVC jest taka sama jak Kamera USB3 Vision?

Kamera UVC to nie to samo co kamera USB3 Vision. UVC to klasa urządzeń wideo USB ukierunkowana na szeroką kompatybilność na poziomie systemu operacyjnego, podczas gdy USB3 Vision należy do ekosystemu widzenia maszynowego i jest powszechnie łączony ze standardami takimi jak GenICam, aby zapewnić bardziej specjalistyczne sterowanie kamerą przemysłową i procesy integracji.

Wniosek

Kamera UVC to kamera USB zgodna ze standardem USB Video Class, co ułatwia jej integrację z popularnymi systemami operacyjnymi i wbudowanymi platformami. Dla inżynierów i zespołów produktowych główną zaletą jest mniejsza złożoność sterowników i szybszy rozwój. Jeśli Twoje zastosowanie wymaga prostego, opartego na standardzie przepływu pracy z kamerą USB, UVC jest często dobrym rozwiązaniem do rozważenia.

Szukasz przemysłowej kamery UVC do swojego projektu? Zapoznaj się z ofertą przemysłowych kamer UVC VA Imaging lub skontaktuj się z naszym zespołem, aby uzyskać pomoc w wyborze odpowiedniego modelu dla swojego środowiska programowego, wymagań dotyczących jakości obrazu i celów integracyjnych.

Skontaktuj się z nami