Raspberry Pi、Python、OpenCV、およびTensorFlowを使用したトラップカメラの構築

私は、実践を通して、何か新しいものを創造することを通して学ぶことを強く信じています。そして、何かを作るためには、あなたの仕事を楽しくする必要があります。



Raspberry Piをベースにしたトラップカメラを作成しようと決めた理由を明らかにすることから、新しいプロジェクトについての話を始めます。



私はロンドンに住んでいて、私の庭には地元の野生生物がよくいます。これは非常に頻繁に起こるので、熱心な庭師である私は徐々に動揺し始めました。壊れた鍋、地面から掘り出された植物、食べられた果物や野菜...



私は私の庭で小さなキツネ（彼らはただ素敵です）、大きなキツネ、猫（私のものではありません）、鳥を見ました。そして、かつて私はスズメのタカにさえ訪問されました。



Sparrowhawk



他に誰が夜に隠れて私の庭に這うのだろうか？





この画像で動物を見るのは簡単ではありません



。RaspberryPi、Python、TensorFlowなどに基づいてカメラトラップを作成する必要がある他の理由は何ですか？そして、私のカメラはとても良いはずです。



自分でそのようなカメラを作る必要はなく、野生動物を観察する作業に完全に対応できる既製のカメラを購入できると言う人もいるかもしれません。



それは確かな考えですが、半分ほど面白くはありません。

ラズベリーパイ用カメラモジュール

まず、RaspberryPiシングルボードコンピューターに接続できるカメラの種類を調査しました。



これらのカメラの中で最も人気があるのは、MIPIコネクタを使用してRaspberryPiに直接接続するカメラです。このタイプのカメラの利点は、データがカメラとボードの間で非常に迅速に転送されることです。カメラを操作するための使いやすいAPIもあります。 



このAPIを試してみたところ、録画中にビデオを録画したり写真を撮ったりできる便利な機能がたくさんあることがわかりました。これにより、シンプルでわかりやすいツールを使用して、モーションの検出とビデオの録画を同時に行うことができます。RaspberryPiに



は3種類のカメラモジュールがあります..。以下は、そのようなモジュールの特性を備えた表の簡略版です。



この表に公式のカメラモジュールを示しますが、RaspberryPiで動作するサードパーティのカメラを見つけることができます。カメラモジュールは、GPU RaspberryPiセンサーからのデータを処理するために使用されます。



カメラモジュールを使用する場合、Raspberry Pi自体が画像処理を行うため、カメラセンサーの選択肢が非常に限られていることがわかります。各センサーには独自のAPIがあるため、さまざまなタイプのセンサーをサポートするのは簡単な作業ではありません。

暗い場所でのビデオ録画

野生動物を観察するためのトラップカメラを作成します。したがって、その機能は、昼間と夜間の両方の作業に十分である必要があります。つまり、暗い場所でビデオを録画できるセンサーが必要です。撮影する物体の実際の色を再現することが非常に望ましい。劣悪な照明条件では、カメラモジュールv1およびv2はあまりうまく機能しません。そのような状況で何かを取り除くことができるようにするには、IR照明を使用してIRフィルターを取り外す必要があります。暗い場所での撮影用にカメラを準備する手順は、特定のカメラモデルによって異なります。しかし、ここで別の問題があります。それは、結果の画像がピンクの色合いになることです。このようなカメラを使用する場合は、メカニズムが必要ですこれは、日中の撮影時にIRカットフィルターをアクティブにし、夜間の撮影時にこのフィルターを削除します。





日中の暗い場所で撮影されたRaspberryPiカメラからの画像



しかし、Raspberry Pi用の新しいカメラがあり、表ではHQカメラとして指定されています。しかし、私はその「夜」の能力についてはよくわかりません。これはSonyIMX477センサーに基づいており、劣悪な照明条件では、前世代のカメラが生成できるよりも優れた画像を取得することが期待できます。このセンサーが暗闇の中で正しいカラー画像を生成できるかどうか、私はまだ調べます。しかし、カメラの仕様に関する予備調査では、それが可能である可能性は低いことが示唆されています。

ソニースタービスは素晴らしいカメラセンサーです

ソニーには、主にビデオ監視に使用されるカメラセンサーの特別なファミリーがあります。ソニースタービスです。これらのセンサーは、わずか0.001ルクスの低照度条件で高品質のカラー画像を配信できる高度なデバイスです。 Lux（lx）は、照明を測定するための単位です。



わかりやすくするために、いくつか例を挙げます。ほぼ完全な暗さは0.0001ルクスです。つまり、日光がなく、月や星の光がなく、空が曇っていて、人工的な照明源がありません。真っ暗闇で撮影できるカメラセンサーを知りません。



しかし、空が澄んでいる場合、星は0.002ルクスの照明を与えます。これらの条件ではまだ非常に暗いですが、SonyStarvisセンサーはこの半分の光で撮影することができます。私にとって、これはただ驚くべきことです。



これはウィキペディアのページで、他の例を見つけることができます。



ソニースタービスがトラップカメラに最適なセンサーであるという考えをお伝えできたと思います。



このセンサーの主な欠点は、それが使用されるRaspberryPi用のカメラがないことです。しかし、そのようなセンサーを備えたUSBカメラやIPカメラに出くわした場合、私は何かを考えて、それをRaspberryPiに接続します。



実はそんなカメラを見つけました。



このプロジェクトにあまり投資したくなかったので、AliexpressでSonyStarvisから適切なIPカメラを購入しました。私が正しく覚えていれば、この購入は私に20ポンドの費用がかかりました。



Raspberry Piのカメラとこのカメラを比較することは、昼と夜を比較するようなものです。そして、私はまったく誇張していません。自分を探してください。





暗い部屋で撮影するSonyStarvisIMX307センサー付きカメラ





Raspberry Pi v2カメラ-同じ部屋ですが、見晴らしの良い場所が異なります



トラップカメラとCCTVカメラの場合、劣悪な照明条件で高品質の記録を作成できることが非常に重要です。



劣悪な照明条件でカラービデオを録画することは、単純なIRカメラでうまくいくほど重要ではないと主張する人もいるかもしれません。しかし、カメラを屋内に置き、窓から庭に向けるので、IR照明は使用できません。また、IRソースをガラスに向けると、ガラスは鏡のように動作し、カメラはブラインドになります。



Raspberry Piのカメラについて言えば、いくつかの単純なプロジェクトや新しいことを学ぶのに適しています。しかし、少なくとも半分深刻なプロジェクトを取り上げる場合は、より高品質のカメラを使用する必要があります。



USBカメラ（またはIPカメラ）を使用すると、まったく新しい可能性が開かれます。さらに、Raspberry Pi用の通常のカメラもお持ちの場合は、いくつかの人工知能実験に使用できます。

RaspberryPi用のカメラのインストールと構成

Camera Modulev2をボードに接続してみましょう。それは実際には非常に簡単です。





カメラモジュールv2



カメラには青と白のケーブルがあります。ボードのCSIコネクタに接続する必要があります。リボンの青い面は、ボードの裏側にある必要があります。



3Dプリントのカメラ本体を使用しました。Thingiverseで対応するファイルを見つけました。しかし、非常に安価な適切なケースは、たとえばAmazonで見つけることができます。





カメラハウジング次



に、カメラの電源を入れます。



Raspberry Piをオンにした後、ターミナルウィンドウを開く必要があります。





ターミナル



次に、次のコマンドを実行する必要があります。

$ sudo apt update

そして-これ：

$ sudo apt full upgrade

これは、ボードが最新のRaspbianバージョンと最新のパッチおよびアップデートを使用していることを確認するためです。



その後、ターミナルで次のコマンドを実行する必要があります。

sudo raspi-config

raspi-configの操作



ここでは、セクションに関心がありますInterfacing Options>P1 Camera。次に、コマンドを選択しFinishてRaspberryPiを再起動する必要があります。

raspistillを使用して写真を撮る

これで、カメラを使用する準備が整いました。で確認してみましょうraspistill。ターミナルを再度開き、そこに次のコマンドを入力します。

raspistill -v -o test.jpg

これは私のカメラが撮った素晴らしい写真です。





RaspberryPiのカメラスナップショット

raspividによるビデオ録画

写真は良いですが、ビデオ録画ははるかに優れています。ここで私たちの助けになりますraspivid：

raspivid -o vid.h264

このコマンドを使用すると、5秒間のビデオを録画できます。



より長いビデオを撮影する必要がある場合、このコマンドは-t、ビデオの長さをミリ秒単位で指定するパラメーターを渡す必要があります。たとえば、次のコマンドを使用すると、30秒の長さのビデオを録画できます。

raspivid -o vid.h264 -t 30000

ストリーミングの設定

そして今、楽しい部分。カメラが「見る」ものを確認するには、次のコマンドを使用できます。

raspivid -o - -t 0 -n | cvlc -vvv stream:///dev/stdin --sout '#rtp{sdp=rtsp://:8554/}' :demux=h264

ローカルネットワークから接続できるRTSPストリームを作成します。

結果

Raspberry Piのカメラがわかったので、プロジェクトをさらに開発できます。つまり、Raspberry Pi 4にTensorFlow、Open CV、Pythonをインストールして、コードの記述を開始できます。これについては次の資料でお話しする予定です。以下のための興味を持ってあなたのそれらのあなたは、このプロジェクトに関連した動画を見つけることができ、私のYouTubeチャンネル、。



Raspberry Piのカメラを使用したことがありますか？