web カメラを用いた定点観測システム

神戸大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻 博士後期課程 3 年

納多 哲史2009 年 12 月 11 日 ITPASS セミ

ナー

本編の前に

• 準備– 今回は動画の資料があります。– URL:

http://itpass.scitec.kobe-u.ac.jp/~noda/2009-12-11_itpass/

– 中継先の方は予めダウンロードしておくと , より楽しめます

概要

• Debian マシン + web カメラで , 安価な定点カメラを構築した

• 定点カメラの作成手順とそれに関係する諸々の技術を概説する

• 大きなトラブルもなく観測できている

動機 : 空の定点観測をしたい

• 例えば景色を早回しした動画を眺める

• 余裕があれば解析も

市販の定点観測カメラ• 普通に購入したら , 安く

ても 2 万円程度– 気軽には買えない

• なぜこんな価格になるか ?– 屋外設置を想定（防水、耐

久性）– 電源不要（乾電池で動作）– 記録装置内臓

GardenWatchCam

http://ec2.images-amazon.com/images/I/31-rCdx7DKL._SL500_AA280_.jpg

（ Amazon で 18000 円）そこまでの機能は要らない

ので、自分で定点カメラを作ってみる

方針• 撮影条件

– 屋内から撮影– 既存の計算機を流用

• 予算– 1000 円程度

• 手間– セットアップに一人で数時間程度– メンテナンスフリー（普段は基本的に放置）

• 品質 , 機材の見た目– あまりこだわらない

案 : web カメラの利用完成予想図 既存の

計算機

web カメラ

USB ケーブル

風景

構築手順

• カメラの購入• 必要なプログラムの導入

– デバイスドライバ– 定点観測ができるソフトウェア

• カメラの設置

web カメラ (WebCam)

• 「インターネット経由で映像をパソコンや携帯電話に送ってリアルタイムで見ることができる機器のこと」 (OCN インターネット用語辞典 )

• 主な用途– テレビ電話 (Skype など )– ライブカメラ– 監視カメラ

web カメラの導入

• エレコム UCAM-DLF30HBK– 画素数 : 640 x 480 ( 約 30

万画素 )• 選定理由

– UVC (USB Video Class, 後述 ) 対応

– 安い (Amazon で \5040 --> \980 だった )

http://ec3.images-amazon.com/images/I/31bSRIzdR0L._SL500_AA280_.jpg

UVC (USB Video Class)• 「 USB 2.0 の規格が拡張されたもので、家庭用ビデオカメラ、またはライブカメラなどに用いられるWeb カメラなどの、映像を扱う機器を USB でパソコンに接続するための規格のこと」 (IT 用語辞典バイナリ )

• USB 規格を策定する組織である USB Implementers Forum によって策定

• 共通のドライバをインストールすれば , UVC 対応の機器が全て使える– OS にデフォルトでインストールされていることも多い– Linux ではバージョン 2.6.26 以降のカーネルから UVC ド

ライバがデフォルトで組み込まれるようになった

定点観測ソフトの導入

• motion (詳細は後述 )– 本家 URL:

http://www.lavrsen.dk/twiki/bin/view/Motion/WebHome

• 選定理由– Debian パッケージになっているので apt

で入る– web 上に定点観測カメラの動作例があった

motion の機能概要

• インターバル撮影• 動体検知• 簡単なストリーミング機能

motion の設定

• /etc/motion/motion.conf を適当に書き換える (詳細は省略 )

カメラ設置風景 (1)

計算機

web カメラ

計算機へ接続

観測方向

カメラ設置風景 (2)

撮影範囲

神戸市 大阪市

六甲山

Google Map より抜粋 , 一部改変

撮影範囲

神戸市 大阪市

六甲山

Google Map より抜粋 , 一部改変

撮影範囲

Google Map より抜粋 , 一部改変

撮影範囲

神戸大Google Map より抜粋 , 一部改変

撮影範囲

神戸大Google Map より抜粋 , 一部改変

いざ観測

注目のfirst shot は ?

???

白飛び発生。使い物にならない。

近くの木

建物の柱

窓枠

日時 (motion による )

失敗の考察

• カメラの露出補正の失敗– メーカーの想定より明るい光が入ったため、

対応しきれなかった• 屋内利用を想定しているのだろう

白飛び対策

• 安物なので手動での露出補正機能なし• 物理的に暗くしてしまえばなんとかな

る ?• 透過率を下げ、かつ画像が鮮明さを保持するフィルタは何か ?– 100 円ショップでサングラスを買ってき

た

修正案完成予想図 既存の

計算機

web カメラ

USB ケーブル

風景

フィルタ設置

フィルタ設置

フィルタなし フィルタ 2 枚

Before After

写真と地図の対応

神戸大

天望山

油コブシ

天望山油コブシ

日常運用• 基本は放置

– ディスクがあふれないよう気をつける程度– たまにカメラや窓の掃除

• 生成されるデータ量 : 4 GB/ 日 ~ 1 TB/ 年– 画像 1 枚 : 640 x 480 x 3Bytes ～ 1 MB

• 後で解析に使えるように無圧縮 (ppm 形式 ) で保存– 10 秒間隔で撮影

• ディスク容量と動画にしたときの滑らかさの兼ね合い– 夜は観測しない (cron で制御 )– 今や , 個人でなんとかなるデータ量

• 観測機器よりストレージの値段が高くなるが

まとめ• Debian マシンと web カメラ ( とサングラス ) を用い

て簡単な定点観測システムを作った– 装置のために投下した予算は 1180 円

• web カメラ 980 円• サングラス 100 円 x 2 = 200 円 ( 後でフィルタを 3 枚にしたた

め )

• それなりの品質の連続画像が取れている– 現在も観測継続中（ 10 月より 2 ヶ月以上）

• メンテナンスの手間もあまりかからない• 今のところ大きなトラブルはない

– たまに motion が落ちるが , 自動復帰させるようにしているので長時間の欠損は起こらない

• 装置の見た目はちょっと汚い– いい加減 , 養生テープはやめたほうがいいかも

参考文献• OCN インターネット用語辞典

– http://www.ocn.ne.jp/support/words/wxyz/Web83J83818389.html

• Google Map– http://www.google.co.jp/maps

• IT 用語辞典バイナリ– http://www.sophia-it.com/content/USB+video+class

• motion– http://www.lavrsen.dk/twiki/bin/view/Motion/

WebHome

補足資料

複数の静止画 -> 動画

• gif アニメーション– ImageMagick で一発

• apt でインストールできます

• mpeg– そのまま convert はできなかった– 別プログラム (mpeg2vidcodec) を手で入れ

るとできるようになる

$ convert *.ppm all.gif

準備 : 画像を数値データとして扱う

• 画像形式に pnm (Portable aNyMap) 形式というものがある– pbm (Portable BitMap), pgm (Portable

GrayMap), ppm (Portable PixMap) 形式の総称

– netpbm パッケージがあるとよい– エンコーディング形式は ASCII とバイナ

リの 2 種類• ASCII 形式はテキストエディタで編集可能

pnm (ASCII 形式 ) の例

P33 2255255 0 0 0 255 0 0 0 255255 255 0255 255 255 0 0 0

← ASCII 形式の ppm← 横に 3 px, 縦に 2px← 階調は (0 から ) 255 まで

テキストエディタで以下のように記入すると

適当な画像ビューアで ( 拡大して ) 見ると以下のようになる