監視カメラの作り方

[必要なものを買う]

  1. Raspberry Pi 3 model B
    最近は価格が高騰してしまってます。3Bでなくてもカメラを接続できるバージョンであれば使えるはずです。https://www.raspberrypi.com/products/
  2. USB電源アダプター
    Raspberry Piに電源アダプタがついていない場合、別で購入します。
  3. Piカメラ NoIR V2
    Raspberry Pi専用カメラ。
  4. Piカメラケーブル
    カメラに元々ついてるケーブルは短すぎるので、長めのケーブルに交換して使うためのものです。
  5. SDカード
    Raspberry Piを起動するOSを入れるために必要。
  6. ハードディスク
    デフォルトだとSDカードにすべてのデータを保存しますが、ハードディスクを使うようにします。
  7. 赤外線センサー
    監視カメラを起動するのに使用する赤外線センサー。
  8. ジャンパワイヤー
    赤外線センサーの接続などに使います。

[起動SDカードを準備する]

  1. Raspberry Pi Imagerをインストールする
    https://www.raspberrypi.com/software/から、Raspberry Pi Imagerをダウンロードしてインストールします。
  2. OSを選ぶ
    Raspberry Pi OS (other)からRaspberry Pi OS (32-bit) Liteを選びます。監視カメラとして屋外を撮影できる場所に置くのでGUIは不要で、コンソールのみの軽いOSを選んでます。4GBのSDカードでも入ります。
  3. 設定をする
    Wifiなどの設定をします。Raspberry Pi Imagerを使えば、最初からネットワーク接続可能なOSイメージを作成できます。SSHを有効化しておけば、最初からネットワーク経由でPCからアクセスできます。



  4. microSDカードに書き込む。

[起動する]

  1. SDカードを挿入する
  2. 電源を入れる
    Raspberry Piには電源ボタン等ありません。USB電源アダプタを接続すると起動します。
  3. IPアドレスを確認する
    方法は２種類あります。
    • 電源を入れるときに、HDMIケーブルでテレビなどのモニタと接続し、USBマウス、USBキーボードを接続しておき、モニタに表示されるコンソールでifconfigコマンドを入力してIPアドレスを確認する。「inet」の後ろがIPアドレス。 
      pi@camera:~ $ ifconfig wlan0
wlan0: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 192.168.1.24  netmask 255.255.255.0  broadcast 192.168.1.255
        inet6 xxxx:xxxx:xxxx:xxxx:fba:3ba3:d73c:288  prefixlen 64  scopeid 0x0<global>
        inet6 fe80::312a:c668:80e6:8014  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether b8:27:eb:xx:xx:xx  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 264380  bytes 365250974 (348.3 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 132057  bytes 15052092 (14.3 MiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0
    • 家のルータ設定から、新たに接続された端末のIPアドレスを見つける。
  4. PCにターミナルソフトをインストールする
    Tera TermなどのSSHログインのできるソフトをインストールします。
  5. UNIX上でのテキストファイル編集方法
    テキストファイルの編集方法は、こちらhttps://atmarkit.itmedia.co.jp/ait/articles/1712/06/news013.htmlなどを参考に。以下なんどもテキストファイルの編集が必要になります。また、sudoコマンドを最初につけることにより、スーパーユーザーの権限が必要なコマンドを実行することができます。sudo vi [ファイル名]、でスーパーユーザー権限でテキストの編集が出来ます。
  6. ターミナルソフトからSSH接続する
    確認したIPアドレスに、PCからSSH接続します。

    ログインIDとパスワードはSDカードイメージを作成したときに設定したものです。

[保存先をSDカードからハードディスクに切り替える]

  1. ハードディスクを接続する
    ハードディスクをUSB接続します。PCのように、接続しただけで使えるようにはなりません。
  2. 接続を確認します
    pi@camera:~ $ lsusb
Bus 001 Device 004: ID 0411:02cc BUFFALO INC. (formerly MelCo., Inc.) HD-EDS-A
Bus 001 Device 003: ID 0424:ec00 Microchip Technology, Inc. (formerly SMSC) SMSC9512/9514 Fast Ethernet Adapter
Bus 001 Device 002: ID 0424:9514 Microchip Technology, Inc. (formerly SMSC) SMC9514 Hub
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
  3. パーティションの確認
    sudo fdisk -lでパーティションを確認できます。（一部省略）
    pi@camera:~ $ sudo fdisk -l

Disk /dev/mmcblk0: 3.8 GiB, 4008706048 bytes, 7829504 sectors

Device         Boot  Start     End Sectors  Size Id Type
/dev/mmcblk0p1        8192  532479  524288  256M  c W95 FAT32 (LBA)
/dev/mmcblk0p2      532480 7829503 7297024  3.5G 83 Linux

Disk /dev/sda: 1.8 TiB, 2000398934016 bytes, 3907029168 sectors

Device     Boot Start        End    Sectors  Size Id Type
/dev/sda1          64 3907029119 3907029056  1.8T  7 HPFS/NTFS/exFAT
  4. パーティションの変更
    sudo fdisk /dev/sda でハードディスクのパーティション変更を開始します。ハードディスクの内容は全て消去されます。 
    pi@camera:~ $ sudo fdisk /dev/sda
Welcome to fdisk (util-linux 2.33.1).
Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
Be careful before using the write command.
    Command : d　で既存のパーティションを消します。 
    Command (m for help): d
Selected partition 1
Partition 1 has been deleted.
    Command : n　で１つ目のパーティションを作ります。 
    Command (m for help): n
Partition type
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended (container for logical partitions)
Select (default p): p
Partition number (1-4, default 1): 
First sector (2048-3907029167, default 2048): 
Last sector, +/-sectors or +/-size{K,M,G,T,P} (2048-3907029167, default 3907029167): +800G

Created a new partition 1 of type 'Linux' and of size 800 GiB.
    ファイルサーバ用に、２つ目のパーティションを作ります。２つ目を作らない場合、１つ目のLast sectorの入力をせずEnterでdefaultのままにします。 
    
Command (m for help): n
Partition type
   p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)
   e   extended (container for logical partitions)
Select (default p): p
Partition number (2-4, default 2): 
First sector (1677723648-3907029167, default 1677723648): 
Last sector, +/-sectors or +/-size{K,M,G,T,P} (1677723648-3907029167, default 3907029167): 

Created a new partition 2 of type 'Linux' and of size 1 TiB.
    Command : w　で変更を確定して書き込みます。これでハードディスクの中身は全部消えますので注意。 
    
Command (m for help): w
The partition table has been altered.
Calling ioctl() to re-read partition table.
Syncing disks.
  5. フォーマット
    Linuxのファイルシステムext4でフォーマットします。(/dev/sda2も同様) 
    
pi@camera:~ $ sudo mkfs.ext4 /dev/sda1
mke2fs 1.44.5 (15-Dec-2018)
Creating filesystem with 209715200 4k blocks and 52428800 inodes
Filesystem UUID: 2124281e-6fb1-4dda-81a2-7fe990301dce
Superblock backups stored on blocks: 
	32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208, 
	4096000, 7962624, 11239424, 20480000, 23887872, 71663616, 78675968, 
	102400000

Allocating group tables:    0/6400         done
Writing inode tables:    0/6400         done
Creating journal (262144 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information:    0/6400         done
  6. データのコピー
    SDカードに書き込んだRaspberry Pi OSは、パーティション/dev/mmcblk0p1がbootディレクトリ、/dev/mmcblk0p2がルートシステムファイルに割り当てられています。 
    Device         Boot  Start     End Sectors  Size Id Type
/dev/mmcblk0p1        8192  532479  524288  256M  c W95 FAT32 (LBA)
/dev/mmcblk0p2      532480 7829503 7297024  3.5G 83 Linux
    bootディレクトリはSDカードのままにし、ルートファイルシステムをハードディスクへコピーします。パーティションまるごとクローンするのにddコマンドを使います。途中経過など表示してくれませんので止まったように見えますがしばらく時間かかります。 
    pi@camera:~ $ sudo dd if=/dev/mmcblk0p2 of=/dev/sda1
7297024+0 records in
7297024+0 records out
3736076288 bytes (3.7 GB, 3.5 GiB) copied, 904.685 s, 4.1 MB/s
    ファイルシステムのチェックと修正を行います。エラーがあると修正するか聞かれるのでyes。 
    pi@camera:~ $ sudo e2fsck -f /dev/sda1
e2fsck 1.44.5 (15-Dec-2018)
rootfs: recovering journal
Pass 1: Checking inodes, blocks, and sizes
Pass 2: Checking directory structure
Pass 3: Checking directory connectivity
Pass 4: Checking reference counts
Pass 5: Checking group summary information
Free blocks count wrong (570755, counted=570785).
Fix<y>? yes
Free inodes count wrong (180829, counted=180895).
Fix<y>? yes

rootfs: ***** FILE SYSTEM WAS MODIFIED *****
rootfs: 44449/225344 files (0.3% non-contiguous), 341343/912128 blocks
    クローンしたパーティションをハードディスク側のパーティションサイズに戻します。 
    pi@camera:~ $ sudo resize2fs /dev/sda1
resize2fs 1.44.5 (15-Dec-2018)
Resizing the filesystem on /dev/sda1 to 209715200 (4k) blocks.
The filesystem on /dev/sda1 is now 209715200 (4k) blocks long.
    ブート時にマウントするルートディレクトリをSDカード(/dev/mmcblk0p2)からハードディスク(/dev/sda1)に変更します。/boot/cmdline.txtのroot=PARTUUID=のところを変更します。 
    pi@camera:~ $ cat /boot/cmdline.txt
console=serial0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=b4997375-01 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait
    /dev/sda1に対応するPARTUUIDは、blkidコマンドでわかります。
    pi@camera:~ $ sudo blkid
/dev/mmcblk0p1: LABEL_FATBOOT="boot" LABEL="boot" UUID="AE82-4BC1" BLOCK_SIZE="512" TYPE="vfat" PARTUUID="6301e9a2-01"
/dev/mmcblk0p2: LABEL="rootfs" UUID="6d2ff93e-eacd-415c-96d5-4611ad21e05f" BLOCK_SIZE="4096" TYPE="ext4" PARTUUID="6301e9a2-02"
/dev/sda1: LABEL="rootfs" UUID="6d2ff93e-eacd-415c-96d5-4611ad21e05f" BLOCK_SIZE="4096" TYPE="ext4" PARTUUID="b4997375-01"
/dev/sda2: UUID="05fa010d-bb53-4b06-9c5a-ad4832e07ec9" BLOCK_SIZE="4096" TYPE="ext4" PARTUUID="b4997375-02"

[ファイルサーバを作る]

  1. sambaをインストールする
    pi@camera:~ $ sudo apt install samba samba-common-bin
（省略）
  2. fstabを編集する
    pi@camera:~ $ sudo vi /etc/fstab
    以下のように、/dev/mmcblk0p2（SDカードのルートディレクトリ用パーティション）に対応するPARTUUIDを/dev/sda1（ハードディスクのルートディレクトリ用パーティション）に差し替え、/dev/sda2（ハードディスクのファイルサーバ用パーティション）に対応するPARTUUIDを追加します。 
    proc            /proc           proc    defaults          0       0
PARTUUID=6301e9a2-01  /boot           vfat    defaults          0       2
#PARTUUID=6301e9a2-02  /               ext4    defaults,noatime  0       1
PARTUUID=b4997375-01  /               ext4    defaults,noatime  0       1
PARTUUID=b4997375-02  /var/share      ext4    defaults,noatime  0       2
# a swapfile is not a swap partition, no line here
#   use  dphys-swapfile swap[on|off]  for that
  3. smb.confを編集する
    pi@camera:~ $ sudo vi /etc/samba/smb.conf
    以下を末尾に追加します。 
    [samba]
    path = /var/share
    writable = yes
    guest ok = yes
    guest only = yes
    create mode = 0777
    directory mode = 0777
    share modes = yes
    hide unreadable = yes
  4. 再起動
    rebootコマンドで再起動します。 
    pi@camera:~ $ sudo reboot
    これで、このハードディスクのパーティションをPCからファイルサーバとして使用することができます。¥¥192.168.1.24のようにIPアドレスをエクスプローラのアドレスに入力すると、「samba」というネットワークフォルダが見えるようになります。

    スマホからもアクセスできるので、写真の受け渡しなど便利です。

[FTPサーバをインストールする]

  1. インストール
    PCからファイルを転送するときのため、FTPサーバを入れます。vsftpdをインストールします。インストール前にupdateとupgrade実施しておきます。
    pi@camera:~ $ sudo apt update
（省略）
pi@camera:~ $ sudo apt upgrade
（省略）
pi@camera:~ $ sudo apt install vsftpd
（省略）
    /etc/vsftpd.confを以下変更します。たいていは、「#」でコメントアウト（無効化）されているだけなので、#を削除で有効になります。 
    anonymous_enable=NO
local_enable=YES
write_enable=YES
local_umask=022
ascii_upload_enable=YES
ascii_download_enable=YES
chroot_local_user=YES
chroot_list_enable=YES
chroot_list_file=/etc/vsftpd.chroot_list
    テキストファイルで/etc/vsftpd.chroot_listを作成して1行だけユーザー名追加。デフォルトユーザー名ならpiの2文字だけのテキストファイル。
  2. リスタート＆再起動
    serviceコマンドでリスタートし、rebootコマンドで再起動します。 
    pi@camera:~ $ sudo service vsftpd restart
Stopping FTP server: vsftpd.
Starting FTP server: vsftpd.
pi@camera:~ $ sudo reboot

[Piカメラ制御ライブラリをインストールする]

  • インストール
    Piカメラの制御ライブラリをインストールします。 
    pi@camera:~ $ sudo apt install python3-picamera
  • 定義の追加
    'greyworld'がpicameraライブラリで定義されていないので、/usr/lib/python3/dist-packages/picameraディレクトリにあるcamera.pyとmmal.pyにそれぞれ定義の追加が必要です。
    [camera.py] AWB_MODESの定義部分を検索し、一番下のgreyworldの行を追加します。 
        AWB_MODES = {
        'off':           mmal.MMAL_PARAM_AWBMODE_OFF,
        'auto':          mmal.MMAL_PARAM_AWBMODE_AUTO,
        'sunlight':      mmal.MMAL_PARAM_AWBMODE_SUNLIGHT,
        'cloudy':        mmal.MMAL_PARAM_AWBMODE_CLOUDY,
        'shade':         mmal.MMAL_PARAM_AWBMODE_SHADE,
        'tungsten':      mmal.MMAL_PARAM_AWBMODE_TUNGSTEN,
        'fluorescent':   mmal.MMAL_PARAM_AWBMODE_FLUORESCENT,
        'incandescent':  mmal.MMAL_PARAM_AWBMODE_INCANDESCENT,
        'flash':         mmal.MMAL_PARAM_AWBMODE_FLASH,
        'horizon':       mmal.MMAL_PARAM_AWBMODE_HORIZON,
        'greyworld':     mmal.MMAL_PARAM_AWBMODE_GREYWORLD,
        }
    [mmal.py] MMAL_PARAM_AWBMODE_Tの定義部分を検索し、一番下のMMAL_PARAM_AWBMODE_GREYWORLDを追加します。range(10)もrange(11)に変更します。 
    MMAL_PARAM_AWBMODE_T = ct.c_uint32 # enum
(
    MMAL_PARAM_AWBMODE_OFF,
    MMAL_PARAM_AWBMODE_AUTO,
    MMAL_PARAM_AWBMODE_SUNLIGHT,
    MMAL_PARAM_AWBMODE_CLOUDY,
    MMAL_PARAM_AWBMODE_SHADE,
    MMAL_PARAM_AWBMODE_TUNGSTEN,
    MMAL_PARAM_AWBMODE_FLUORESCENT,
    MMAL_PARAM_AWBMODE_INCANDESCENT,
    MMAL_PARAM_AWBMODE_FLASH,
    MMAL_PARAM_AWBMODE_HORIZON,
    MMAL_PARAM_AWBMODE_GREYWORLD,
) = range(11)

[OpenCVをインストールする]

  • OpenCVは画像処理のライブラリです。
    pi@camera:~ $ sudo apt install python3-opencv

[Apache2をインストールする]

  1. インストール
    ホームページを作るため、Webサーバソフトを入れます。apache2をインストールします。
    pi@camera:~ $ sudo apt install apache2
（省略）
  2. アカウントを追加する
    ホームページ管理専用のアカウントを作成します。ユーザー名wwwとします。パスワード設定し、その他の入力は不要。最後にY。 
    pi@camera:~/camera $ sudo adduser www
Adding user `www' ...
Adding new group `www' (1001) ...
Adding new user `www' (1001) with group `www' ...
Creating home directory `/home/www' ...
Copying files from `/etc/skel' ...
New password:
Retype new password:
passwd: password updated successfully
Changing the user information for www
Enter the new value, or press ENTER for the default
        Full Name []:
        Room Number []:
        Work Phone []:
        Home Phone []:
        Other []:
Is the information correct? [Y/n] Y
  3. envvarsを更新する
    管理ユーザー名を更新します。/etc/apache2/envvarsの以下の部分をwww-dataからwwwに変更します。 
    export APACHE_RUN_USER=www-data
export APACHE_RUN_GROUP=www-data

[PHPをインストールする]

  • PHPはサーバ側で動作するプログラム言語です。
    pi@camera:~ $ sudo apt install php

[ffmpegをインストールする]

  • ffmpegは動画変換ソフトです。
    pi@camera:~ $ sudo apt install ffmpeg

[cpulimitをインストールする]

  • cpulimitはffmpegでタイムラプスを作成するとき、CPUの発熱をおさえるために使います。
    pi@camera:~ $ sudo apt install cpulimit

[Piカメラを接続する]

  • ケーブルを接続する
    Piカメラの接続方法はこちらhttps://projects.raspberrypi.org/ja-JP/projects/getting-started-with-picamera/2
  • Piカメラの使用を許可する
    設定画面を開きます。
    pi@camera:~ $ sudo raspi-config
    上下左右キーとEnterキーで[Interface Options]を選択します。

    同様に[Legacy Camera]を選んでEnableにします。

    変更後はReboot（再起動）しますので、一旦SSH接続が切れます。しばらく再起動を待ち、再度SSH接続します。

[赤外線センサーを接続する]

  • ジャンパワイヤーで以下のように接続します。GPIO4を赤外線センサーからの入力信号として使用します。

[メインプログラムを設定する]

  1. ディレクトリを作る
    プログラム実行のホームディレクトリを/home/pi/camera/とし、撮影画像の保存先は/home/pi/camera/large/となります。 
    pi@camera:~ $ pwd
/home/pi
pi@camera:~ $ mkdir camera
pi@camera:~ $ cd camera/
pi@camera:~/camera $ mkdir large
    ホームページ作成用のwwwアカウントでログインし、/home/www/timelapseディレクトリを作成してパーミッションを変更しておきます。 
    www@camera:~ $ pwd
/home/www
www@camera:~ $ mkdir timelapse
www@camera:~ $ chmod 777 timelapse
  2. PCにFTPソフトをインストールする
    WinSCPなどのファイル転送のできるソフトをインストールします。
  3. ダウンロード
    以下のファイルをダウンロードする。
    detector.zip
    または、FTPソフトは使わず、Raspberry Piから直接ダウンロードすることもできます。
    pi@camera:~/camera $ wget https://hinakin.main.jp/detector.zip
  4. FTPソフトからファイルを転送する
    作成したディレクトリ/home/pi/camera/に、PCからdetector.zipを転送します。

  5. 解凍する
    unzipコマンドで解凍します。 
    pi@camera:~/camera $ unzip detector.zip
Archive:  detector.zip
  inflating: detector.py
  inflating: detector.service
  inflating: index.php
  inflating: line.sh
  inflating: timelapse.sh
  inflating: vhosts.conf
  6. detector.pyの編集
    • ホームディレクトリが/home/pi/camera/と異なる場合、homedirのところを変更します。
    • 忘れ物チェックパネルの作り方で作った別のRaspberry Piにファイル名を送信する場合、homeenableをTrueにして、送信先のIPアドレスとポート番号を設定します。
    • カメラ検知したときにLINEグループへ通知する場合、lineenableをTrueにして、line.shをホームディレクトリに置きます。
    #!/usr/bin/env python3

###################################################################################################
# ＜設定＞
#
# ホームディレクトリ =========================================================================
# このファイルを置くディレクトリ
homedir = '/home/pi/camera/'
#
# home.pyの実行Raspberry PiのIPアドレスとポート番号 ==========================================
# 別のRaspberry Piにファイル名を送信する場合、homeenableをTrueにして、送信先のIPアドレスとポート番号を設定します。
homeenable = False
homeipaddress = '192.168.1.10'
homeportaddress = 54321
#
# LINE通知 ==============================================================================
# カメラ検知したときにLINEグループへ通知する場合、lineenableをTrueにして、line.shをホームディレクトリに置きます。
lineenable = False
#
# その他 ================================================================================
SLEEPTIME = 1.1                # Sleep time in normal run. 1.1S.
THRESHOLD = 30                 # Difference detection threshold (~255)
WIDTH = 640                    # Width for analysis.
HEIGHT = 480                   # Height for analysis.
DETECTSIZE = WIDTH*HEIGHT/300  # Detection size criteria.
FRAMERATE = 30                 # Fixed frame rate.
RECINTERVAL = 60               # Interval of recording. 1min.
MAXRECTIME = 300               # Max recording number.
MAXTEMP = 65                   # Max temperature.

###################################################################################################
# インクルードファイル
import sys
import syslog
import cv2 as cv
import numpy as np
import subprocess
import picamera
import picamera.array
import datetime
import concurrent.futures
import glob
import RPi.GPIO as GPIO
from time import sleep
from fractions import Fraction
import socket
import os
import time

###################################################################################################
# ファイル名の送信
def sendfilename(str):
    global homeipaddress, homeportaddress
    filename = str.encode('utf-8')
    try:
        camerasocket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
        camerasocket.connect((homeipaddress, homeportaddress))
        camerasocket.send(filename)
    except Exception as e:
        print(e)
    finally:
        camerasocket.close()

###################################################################################################
# Piカメラ初期化
camera = picamera.PiCamera()
camera.resolution = (WIDTH, HEIGHT)
camera.framerate = FRAMERATE
camera.iso = 0
camera.saturation = 0
camera.rotation = 180
camera.awb_mode = 'greyworld'
stream = picamera.array.PiRGBArray(camera)

###################################################################################################
# OpenCV Mat (numpy array)
preimg = np.zeros([HEIGHT, WIDTH, 3], np.uint8)     # Previous image
kernel = np.ones((5,5),np.uint8)                    # Morphology

###################################################################################################
# Others初期化
slptime = SLEEPTIME    # Sleep time
imgfilename = ''       # Image file name
numimg = 1             # Serial number for image file name
recording = False      # Recording flag
nodetectcounter = 0    # Recording interval counter
timercounter = 0       # Timer
now = datetime.datetime.now()
datenow = now.strftime('%Y%m%d')
datepre = datenow
sn = 1                 # Serial number 1-9999 in one day
emergency = False      # Emergent Stop
night = 0              # Night flag 0:day 1:evening 2:night
nightcounter = 0       # Night Check Counter
searchfile = homedir+"/large/" + now.strftime('%Y%m%d') + "*.jpg"
files = glob.glob(searchfile)
max = 0
for filename in files:
    num = int(filename[31:35])
    if max < num:
        max = num
if max > sn:
    sn = max + 1
    if sn > 9999:
        sn = 9999
        emergency = True
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(4,GPIO.IN)
gpiodetect = False

###################################################################################################
# LINE通知シェル実行
def sendmessage(img_name, imgarray):
    global lineenable, homedir, homeenable
    cv.imwrite(img_name, imgarray)
    if homeenable:
        sendfilename(os.path.basename(img_name))
    if lineenable:
        subprocess.run([homedir+'/line.sh', img_name ], encoding='utf-8', stdout=subprocess.DEVNULL)

###################################################################################################
# タイムラプスシェル実行
def maketimelapse(tl_name):
    global homedir
    subprocess.run([homedir+'/timelapse.sh', tl_name], encoding='utf-8', stdout=subprocess.DEVNULL)

###################################################################################################
# イメージ保存
def saveimage(img_name, imgarray):
    cv.imwrite(img_name, imgarray)

###################################################################################################
# メインプログラム
try:
    executor = concurrent.futures.ThreadPoolExecutor(max_workers=10)
    camera.start_preview()
    sleep(5)
    camera.capture(stream, 'bgr', use_video_port=False)
    preimg = cv.blur(stream.array, (5,5))
    syslog.syslog(syslog.LOG_INFO, 'start')
    while emergency == False:
        if slptime > 0:
            sleep(slptime)
        timercounter+=slptime+1
        stream.truncate(0)
        gpiodetect = GPIO.input(4)
        camera.capture(stream, 'bgr', use_video_port=False)
        imgblur = cv.blur(stream.array, (5,5))
        diff = cv.absdiff(preimg,imgblur)
        ret, th = cv.threshold(diff, THRESHOLD, 255, cv.THRESH_BINARY)
        mor = cv.morphologyEx(th, cv.MORPH_CLOSE, kernel)
        grayimg = cv.cvtColor(mor, cv.COLOR_BGR2GRAY)
        contours, hierarchy = cv.findContours(grayimg, cv.RETR_EXTERNAL, cv.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
        contoursizemax = 0
        contouri = 0
        i = 0
        for contour in contours:
            contoursize = cv.contourArea(contour)
            if contoursize > contoursizemax:
                contoursizemax = contoursize
                contouri = i
            i+=1
        if contoursizemax > DETECTSIZE and gpiodetect == True:   # Detect
            nodetectcounter = 0
            dtstamp = datetime.datetime.now().strftime('%Y-%m-%d %H:%M:%S')
            cv.putText(stream.array, dtstamp, (402,22), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (0,0,0), 1, cv.LINE_AA)
            cv.putText(stream.array, dtstamp, (400,20), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (255,255,255), 1, cv.LINE_AA)
            if not recording:
                now = datetime.datetime.now()
                recording = True
                numimg = 1
                contimg = cv.drawContours(stream.array, contours, contouri, (0,255,0), 1)
            imgfilename = homedir + '/large/' + now.strftime('%Y%m%d_') + '%04d.jpg' % sn
            sn+=1
            if sn > 9999:
                recording = False
                emergency = True
                syslog.syslog(syslog.LOG_ERR, 'file nu,mber over')
            cnt=contours[contouri]
            rightmost = tuple(cnt[cnt[:,:,0].argmax()][0])
            if numimg == 1 and rightmost[0] < 600:
                executor.submit(sendmessage, imgfilename, contimg)
            else:
                executor.submit(saveimage, imgfilename, stream.array)
            numimg+=1
            if numimg > MAXRECTIME:                              # Emergent stop
                recording = False
                emergency = True
                syslog.syslog(syslog.LOG_ERR, 'recording time over')
            elif numimg > 30:                                    # Slowest capture
                slptime = 10
            elif numimg > 10:                                    # Slower capture
                slptime = 2
            else:
                slptime = 0
        elif recording:
            nodetectcounter+=slptime+1
            if numimg > 30:                                      # Slowest capture
                slptime = 10
            elif numimg > 10:                                    # Slower capture
                slptime = 2
            else:
                slptime = 0
            if nodetectcounter > RECINTERVAL:                    # Finish recording
                nodetectcounter = 0
                recording = False
                slptime = SLEEPTIME
        preimg = imgblur.copy()

        if timercounter > 60 and not recording:
            sum = cv.sumElems(stream.array)[0]
            if sum < 500000 and night == 0:
                night = 1
                syslog.syslog(syslog.LOG_INFO, 'Night detected.')
                camera.iso = 800
                camera.framerate = 3
                camera.awb_mode = 'off'
                camera.awb_gains = (Fraction(8, 1), Fraction(8, 1))
                camera.shutter_speed = 300000
                camera.saturation = 100
            elif sum > 60000000 and  night == 1:
                camera.awb_mode = 'auto'
                night = 0
                syslog.syslog(syslog.LOG_INFO, 'Morning detected.')
                camera.iso = 0
                camera.framerate = FRAMERATE
                camera.awb_mode = 'greyworld'
                camera.shutter_speed = 0
                camera.saturation = 0
            cp = subprocess.run(['vcgencmd', 'measure_temp'], encoding='utf-8', stdout=subprocess.PIPE)
            tempnow = float(cp.stdout[5:9])
            if tempnow > MAXTEMP:
                emergency = True
                syslog.syslog(syslog.LOG_ERR, 'over temperature')
            now2 = datetime.datetime.now()
            datepre = datenow
            datenow = now2.strftime('%Y%m%d')
            if datepre != datenow:
                executor.submit(maketimelapse, datepre)
                sn=1
            timercounter = 0
    camera.stop_preview()
finally:
    GPIO.cleanup(4)
    camera.close()
    executor.shutdown()
    syslog.syslog(syslog.LOG_INFO, 'end')
  7. line.shの編集
    LINEで専用のグループを作り、LINE Notify（https://notify-bot.line.me/ja/）でログイン後、マイページから対象のグループのアクセストークンを発行します。line.shのtokenのところに取得したトークンを記入します。
    #!/bin/bash
filename="$1"
tp=`vcgencmd measure_temp 2>&1`
token="ここにトークンを記入する"
curl -s -X POST -H "Authorization: Bearer ${token}" -F "message = ${tp}" -F "imageFile=@${filename}" https://notify-api.line.me/api/notify
  8. vhosts.confの編集
    Webサーバ用のバーチャルホストファイルです。「VirtualHost」の後ろのIPアドレスを実際のIPアドレスに変更し、メールアドレスのところを管理者のメールアドレスに変更します。
    <VirtualHost 192.168.1.24:80>
    ServerAdmin メールアドレス
    DocumentRoot /home/www
    <Directory />
        Options FollowSymLinks
        AllowOverride None
    </Directory>
    <Directory /home/www>
        Options FollowSymLinks
        AllowOverride None
        Require all granted
    </Directory>
</VirtualHost>
  9. timelapse.sh
    編集の必要はありません。/home/pi/camera/large/ディレクトリの画像からタイムラプスを作成し、/home/www/timelapse/ディレクトリへ保存するスクリプトです。それぞれのディレクトリはあらかじめ作成しておく必要があります。
    #!/bin/bash
photo_file="$1"
cpulimit -q -l 50 -- ffmpeg -loglevel quiet -y -r 10 -i /home/pi/camera/large/${photo_file}_%04d.jpg -r 10 /home/www/timelapse/${photo_file}.mp4

[スワップファイルサイズを変更する]

  • デフォルトのままだとタイムラプス作成時にメモリ不足になるので、/etc/dphys-swapfileを編集して、以下のCONF_SWAPSIZEを100(MB)から2048(MB)に変更してsystemctlコマンドでdphys-swapfileをrestartさせます。 
    CONF_SWAPSIZE=100
    pi@camera:~/camera $ sudo vi /etc/dphys-swapfile
pi@camera:~/camera $ sudo systemctl restart dphys-swapfile.service

[Webサーバを設定する]

  1. バーチャルホストファイルを設定する
    解凍して編集したvhosts.confをmvコマンドで/etc/apache2/sites-available/ディレクトリに移動し、lnコマンドで/etc/apache2/sites-enabled/ディレクトリにリンクファイルを作成します。mvコマンドの最後のドット「.」は、元のファイル名と同じという意味です。この場合vhosts.confと同じとなります。 
    pi@camera:~/camera $ sudo mv -i vhosts.conf /etc/apache2/sites-available/.
pi@camera:~/camera $ cd /etc/apache2/sites-enabled
pi@camera:/etc/apache2/sites-enabled $ sudo ln -s /etc/apache2/sites-available/vhosts.conf .
  2. index.phpを置く
    ホームページ作成用のwwwアカウントでログインし、解凍したindex.phpをcpコマンドで/home/www/ディレクトリにコピーします。
    www@camera:~ $ pwd
/home/www
www@camera:~ $ cp -i /home/pi/camera/temp/index.php .
    <?php
$week = [
  "日", //0
  "月", //1
  "火", //2
  "水", //3
  "木", //4
  "金", //5
  "土", //6
];
$work =<<<HTM1
<!DOCTYPE html>
<head>
<title>HOME</title>
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
</head>
<body>
HTM1;
print($work);
date_default_timezone_set("Asia/Tokyo");
for($minus=1; $minus<7; $minus++){
    $file = "timelapse/".date("Ymd", strtotime("-${minus} day", time())).".mp4";
    $strdate = date("Ymd", strtotime("-${minus} day", time()))."(".$week[date("w", strtotime("-${minus} day", time()))].")";
    if(is_file($file)){
        print("<h2>");
        print($strdate);
        print("</h2><video controls width='320px' height='240px'><source src='");
        print(htmlspecialchars($file));
        print("'></video><br>");
    }
}
$work =<<<HTM2
</body>
HTM2;
print($work);
?>

[自動起動を設定する]

  • 解凍したdetector.serviceをmvコマンドで/etc/systemd/system/ディレクトリに置きます。 
    pi@camera:~/camera $ sudo mv -i detector.service /etc/systemd/system/.
    [detector.service] 
    [Unit]
Description=detector
After=network-online.target

[Service]
ExecStart=/home/pi/camera/detector.py
Restart=always

[Install]
WantedBy=multi-user.target
  • systemctlコマンドでサービスをenableにし、startします。statusで状態確認できます。enable設定により、rebootしたときに自動で起動します。
    sudo systemctl enable detector.service
sudo systemctl start detector.service
sudo systemctl status detector.service
    停止するときはstopです。 
    sudo systemctl stop detector.service

[別のRaspberry Piへ撮影画像を共有できるようにする]

  1. NFSインストール
    pi@camera:~/camera $ sudo apt install nfs-kernel-server
  2. 共有ディレクトリを作る
    共有用のディレクトリを作成します。
    pi@camera:~/camera $ sudo mkdir -p /export/camera
pi@camera:~/camera $ sudo chmod -R 777 /export
  3. 共有ディレクトリにマウント設定する
    /etc/fstabを編集します。
    pi@camera:~/camera $ sudo vi /etc/fstab
    一番下の行を追記します。 
    proc            /proc           proc    defaults          0       0
PARTUUID=6301e9a2-01  /boot           vfat    defaults          0       2
#PARTUUID=6301e9a2-02  /               ext4    defaults,noatime  0       1
PARTUUID=b4997375-01  /               ext4    defaults,noatime  0       1
PARTUUID=b4997375-02  /var/share      ext4    defaults,noatime  0       2
# a swapfile is not a swap partition, no line here
#   use  dphys-swapfile swap[on|off]  for that
/home/pi/camera       /export/camera  none    bind              0       0
  4. 共有ディレクトリを定義する
    /etc/exportsを編集します。
    pi@camera:~/camera $ sudo vi /etc/exports
    以下を追記します。「192.168.1」の部分は、使用しているネットワークのIPアドレスに合わせてください。 
    /export        192.168.1.0/24(rw,fsid=0,insecure,no_subtree_check,async)
/export/camera 192.168.1.0/24(rw,nohide,insecure,no_subtree_check,async)
  5. 再起動
    rebootコマンドで再起動します。 
    pi@camera:~ $ sudo reboot

[プログラムの説明]

  • 試行錯誤の結果、検出には赤外線センサーを使っています。画像だけでは、太陽が雲に隠れたのと、人が現れたのを簡単には区別出来ない。
  • 検出後は、画像の動体検知で画像を保存し、差分検出した1枚目の画像だけ、検出した差分輪郭を足して、屋内のRaspberry PiとLINEへ送ります。
  • 庭掃除など、カメラの前で長時間動くこともあるため、連続検出するにつれて撮影間隔を延ばします。
  • 約1分以上、動体検知がなければ、いなくなったと判断し、撮影を停止します。
  • 日付が変わったら、前日の画像をまとめてタイムラプス動画にします。
  • 撮影に空白期間が出来ないように、LINE送信とタイムラプス作成はThreadPoolExecutorで並列処理します。
  • 夜間はAuto設定のままだと真っ黒になるので、暗くなったらISO、Gain、シャッタースピードを限界まで手動で変更します。十分明るくなったら元に戻します。戻すときはGainをAutoにするため、一旦awb_modeは'auto'にします。
  • 各処理にかかる時間。
    カメラ撮影0.7秒（use_video_port=False）
    グレースケール変換0.01秒
    画像差分取得0.0005秒
    モルフォロジー変換0.006秒
    差分輪郭取得0.0008秒
    JPEG保存0.25秒（検出時のみ）
    Capture処理は、VideoポートとStillポートで画質と速度が違います。はっきりと差が分かるくらい画質が変わるので、Stillポートを使用します。
    ＜3.5m先のカレンダーで比較＞
    Videoポート
    use_video_port=True
    0.35秒    		Stillポート
    use_video_port=False
    0.7秒
  • 画像は/home/pi/large/ディレクトリ、タイムラプスは/home/www/timelapse/ディレクトリに保存されます。
  • http://192.168.1.24のように、実際のIPアドレスをブラウザで閲覧すると、直近のタイムラプスを見ることができます。
　
　
TOP PAGE