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.kobeu.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
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
GardenWatchCam
(Amazon で 18000 円)
http://ec2.imagesamazon.com/images/I/31rCdx7DKL._SL500_AA280_.jpg
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
USB ケーブル
風景
web カメラ
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 UCAMDLF30HBK
– 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.imagesamazon.com/images/I/31bSRI
zdR0L._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)
観測方向
web カメラ
計算機へ接続
計算機
カメラ設置風景 (2)
撮影範囲
六甲山
神戸市
Google Map より抜粋, 一部改変
大阪市
撮影範囲
六甲山
神戸市
Google Map より抜粋, 一部改変
大阪市
撮影範囲
Google Map より抜粋, 一部改変
撮影範囲
Google Map より抜粋, 一部改変
神戸大
撮影範囲
Google Map より抜粋, 一部改変
神戸大
いざ観測
注目の
first shot は?
???
建物の柱
近くの木
窓枠
日時 (motion による)
白飛び発生。使い物にならない。
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
既存の
計算機
完成予想図
USB ケーブル
風景
web カメラ
フィルタ設置
フィルタ設置
Before
After
フィルタなし
フィルタ 2 枚
写真と地図の対応
油コブシ
天望山
油コブシ
天望山
神戸大
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/Web83J8381
8389.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/WebHom
e
補足資料
複数の静止画 -> 動画
• gif アニメーション
– ImageMagick で一発
$ convert *.ppm all.gif
• 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
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
テキストエディタで以下のように記入すると
P3
← ASCII 形式の ppm
← 横に 3 px, 縦に 2px
3 2
← 階調は (0 から) 255 まで
255
255
0
0
0 255
0
適当な画像ビューアで(拡大して)見ると
0
0 255
以下のようになる
255 255 0
255 255 255
0
0
0
ダウンロード

web カメラを用いた 定点観測システム