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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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/31bSRI zdR0L._SL500_AA280_.jpg
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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
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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
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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
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motion の設定 /etc/motion/motion.conf を適当に書き換 える ( 詳細は省略 )
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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
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カメラ設置風景 (2)
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撮影範囲 神戸市 大阪市 六甲山 Google Map より抜粋, 一部改変
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撮影範囲 神戸市 大阪市 六甲山 Google Map より抜粋, 一部改変
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撮影範囲 Google Map より抜粋, 一部改変
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撮影範囲 神戸大 Google Map より抜粋, 一部改変
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撮影範囲 神戸大 Google Map より抜粋, 一部改変
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いざ観測
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注目の first shot は ?
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??? 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 )
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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
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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
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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
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フィルタ設置
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フィルタなし フィルタ 2 枚 BeforeAfter
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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
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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
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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
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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
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補足資料
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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
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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
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pnm (ASCII 形式 ) の例 P3 3 2 255 255 0 0 0 255 0 0 0 255 255 255 0 255 255 255 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
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