[Python] opencvでカメラキャプチャして動画を保存する方法【Linux/Windows/Mac】

PythonでOpenCVを使用してカメラキャプチャを行い、動画を保存する方法は、OSに依存せず共通です。

まず、cv2.VideoCapture(0)でカメラを起動し、cv2.VideoWriterを使って動画を保存します。

VideoWriterには保存するファイル名、コーデック(例: cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID'))、フレームレート、フレームサイズを指定します。

ループ内でcap.read()でフレームを取得し、out.write(frame)で保存します。

終了時にはcap.release()とout.release()でリソースを解放します。

OpenCVでカメラキャプチャを行うための準備

OpenCVは、画像処理やコンピュータビジョンのための強力なライブラリであり、Pythonからも簡単に利用できます。

カメラキャプチャを行うためには、まずOpenCVをインストールし、カメラデバイスが正しく接続されていることを確認する必要があります。

この記事では、OpenCVを使用してカメラから映像を取得し、動画として保存する方法を解説します。

これにより、リアルタイムでの映像処理や録画が可能になります。

まずは、必要なライブラリのインストールとカメラの設定を行いましょう。

カメラキャプチャの基本的な実装

cv2.VideoCaptureでカメラを起動する

カメラを起動するためには、OpenCVのVideoCaptureクラスを使用します。

カメラデバイスのインデックスを指定することで、特定のカメラを選択できます。

通常、内蔵カメラは0、外部カメラは1などのインデックスを持っています。

import cv2
# カメラデバイスを起動
camera = cv2.VideoCapture(0)
# カメラが正常に起動したか確認
if not camera.isOpened():
    print("カメラを起動できませんでした。")

フレームの取得と表示

カメラからフレームを取得するには、read()メソッドを使用します。

このメソッドは、フレームとその取得成功のフラグを返します。

# フレームを取得
ret, frame = camera.read()
# フレームが正常に取得できたか確認
if ret:
    cv2.imshow("フレーム", frame)

cv2.imshowでリアルタイム映像を表示する

cv2.imshowを使用して、取得したフレームをウィンドウに表示します。

ウィンドウのタイトルを指定することができます。

# フレームを表示
cv2.imshow("リアルタイム映像", frame)

キーボード入力でキャプチャを終了する方法

キャプチャを終了するには、特定のキーが押されたかどうかを確認します。

通常、qキーを押すことで終了するように設定します。

# キーボード入力を待機
if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
    camera.release()  # カメラを解放
    cv2.destroyAllWindows()  # ウィンドウを閉じる

これらのコードを組み合わせることで、カメラからの映像をリアルタイムで表示し、必要に応じて終了することができます。

動画の保存方法

cv2.VideoWriterの使い方

OpenCVでは、VideoWriterクラスを使用して動画を保存します。

VideoWriterを初期化する際には、出力ファイル名、コーデック、フレームレート、フレームサイズを指定します。

import cv2
# 出力ファイル名
output_file = 'output.avi'
# コーデックの指定(例：XVID)
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
# フレームレートの指定
fps = 20.0
# フレームサイズの指定(幅, 高さ)
frame_size = (640, 480)
# VideoWriterの初期化
video_writer = cv2.VideoWriter(output_file, fourcc, fps, frame_size)

コーデックの選択と設定

コーデックは、動画の圧縮とデータの保存形式を決定します。

一般的なコーデックには以下のようなものがあります。

コーデックは、cv2.VideoWriter_fourcc関数を使用して指定します。

フレームレートとフレームサイズの指定

フレームレートは、1秒間に何フレームを表示するかを決定します。

一般的には、30fpsや60fpsが使用されます。

フレームサイズは、動画の解像度を指定します。

例えば、640×480ピクセルの解像度を指定する場合、(640, 480)とします。

フレームを動画ファイルに書き込む方法

取得したフレームを動画ファイルに書き込むには、write()メソッドを使用します。

以下のように、フレームを取得した後にwrite()メソッドを呼び出します。

# フレームを取得
ret, frame = camera.read()
# フレームが正常に取得できた場合
if ret:
    # フレームを動画ファイルに書き込む
    video_writer.write(frame)

保存した動画の確認方法

動画が正常に保存されたか確認するには、保存したファイルをメディアプレーヤーで再生します。

例えば、以下のようにして保存した動画を確認できます。

# 動画ファイルを再生
import os
os.startfile(output_file)  # Windowsの場合

これにより、保存した動画を簡単に確認することができます。

カメラキャプチャの応用例

複数カメラの同時キャプチャ

複数のカメラから同時に映像をキャプチャすることも可能です。

各カメラに対してVideoCaptureをインスタンス化し、別々のスレッドでフレームを取得します。

import cv2
import threading
def capture_camera(camera_index):
    camera = cv2.VideoCapture(camera_index)
    while True:
        ret, frame = camera.read()
        if ret:
            cv2.imshow(f"Camera {camera_index}", frame)
        if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
            break
    camera.release()
    cv2.destroyAllWindows()
# 複数カメラのキャプチャをスレッドで実行
threads = []
for i in range(2):  # 2台のカメラをキャプチャ
    thread = threading.Thread(target=capture_camera, args=(i,))
    threads.append(thread)
    thread.start()

フレームにフィルタを適用して保存する

フレームにフィルタを適用することで、画像処理を行いながら動画を保存できます。

例えば、グレースケール変換を行う場合は以下のようにします。

# フレームをグレースケールに変換
gray_frame = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
# フィルタを適用したフレームを動画に書き込む
video_writer.write(gray_frame)

動画にテキストや図形を描画する

動画にテキストや図形を描画することで、情報を視覚的に伝えることができます。

以下のコードでは、フレームにテキストを描画します。

# フレームにテキストを描画
cv2.putText(frame, "Hello, OpenCV!", (50, 50), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, (255, 0, 0), 2)
video_writer.write(frame)  # 描画したフレームを保存

特定の条件で録画を開始・停止する

特定の条件(例えば、動体検知など)に基づいて録画を開始・停止することができます。

以下は、rキーを押すことで録画を開始し、sキーで停止する例です。

is_recording = False
while True:
    ret, frame = camera.read()
    if ret:
        cv2.imshow("Frame", frame)
        
        key = cv2.waitKey(1) & 0xFF
        if key == ord('r'):  # 録画開始
            is_recording = True
        elif key == ord('s'):  # 録画停止
            is_recording = False
        
        if is_recording:
            video_writer.write(frame)  # 録画中はフレームを保存

動画の圧縮と最適化

保存した動画のサイズを小さくするために、圧縮や最適化を行うことができます。

コーデックの選択やビットレートの調整が効果的です。

例えば、H.264コーデックを使用することで、圧縮率を高めることができます。

# H.264コーデックを使用
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'H264')
video_writer = cv2.VideoWriter(output_file, fourcc, fps, frame_size)

これにより、動画のサイズを小さくしつつ、画質を保つことが可能です。

エラーとトラブルシューティング

カメラが認識されない場合の対処法

カメラが認識されない場合、以下のポイントを確認してください。

• 接続の確認: カメラが正しく接続されているか確認します。

USBカメラの場合、他のUSBポートに接続してみることも有効です。

• デバイスマネージャーの確認: Windowsの場合、デバイスマネージャーでカメラが認識されているか確認します。

ドライバーが正しくインストールされているかもチェックします。

• インデックスの確認: VideoCaptureで指定するカメラのインデックスが正しいか確認します。

複数のカメラが接続されている場合、インデックスを変更してみてください。

• 権限の確認: 特にMacやLinuxでは、アプリケーションがカメラにアクセスするための権限が必要です。

設定を確認し、必要な権限を付与します。

動画が保存されない場合の確認ポイント

動画が保存されない場合、以下の点を確認してください。

• ファイルパスの確認: 出力ファイルのパスが正しいか確認します。

書き込み権限があるディレクトリを指定してください。

• VideoWriterの初期化: VideoWriterが正しく初期化されているか確認します。

コーデックやフレームサイズが正しいかもチェックします。

• フレームの取得: フレームが正常に取得できているか確認します。

read()メソッドの戻り値を確認し、retがTrueであることを確認します。

• プログラムの終了: プログラムが正常に終了していない場合、ファイルが保存されないことがあります。

release()メソッドを呼び出して、リソースを解放します。

フレームレートが低下する原因と対策

フレームレートが低下する原因には以下のようなものがあります。

• 処理負荷: フレームに対して重い処理(フィルタ適用や描画など)を行っている場合、フレームレートが低下します。

処理を軽くするか、別スレッドで処理を行うことを検討します。

• ハードウェアの制限: 使用しているカメラやPCの性能が不足している場合、フレームレートが低下します。

より高性能なハードウェアを使用することを考慮します。

• 解像度の設定: 高解像度でキャプチャしている場合、フレームレートが低下することがあります。

解像度を下げることで改善されることがあります。

コーデックエラーの解決方法

コーデックエラーが発生する場合、以下の対策を試みてください。

• コーデックの確認: 使用しているコーデックが正しくインストールされているか確認します。

特に、H.264などのコーデックは追加のライブラリが必要な場合があります。

• ファイル形式の確認: 出力ファイルの拡張子がコーデックと一致しているか確認します。

例えば、AVI形式でH.264コーデックを使用する場合、適切な設定が必要です。

• OpenCVのバージョン: 使用しているOpenCVのバージョンが古い場合、コーデックのサポートが不十分なことがあります。

最新のバージョンにアップデートすることを検討します。

まとめ

この記事では、OpenCVを使用してカメラキャプチャを行い、動画を保存する方法について詳しく解説しました。

カメラの起動からフレームの取得、動画の保存方法、さらには応用例やトラブルシューティングまで、幅広い内容をカバーしています。

これを機に、実際にPythonとOpenCVを使ってカメラキャプチャや動画処理に挑戦してみてはいかがでしょうか。