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[Python] webカメラの映像を録画する方法

PythonでWebカメラの映像を録画するには、主にOpenCVライブラリを使用します。

OpenCVは画像処理やビデオキャプチャに対応しており、cv2.VideoCapture()でカメラ映像を取得し、cv2.VideoWriter()で映像を保存できます。

VideoCaptureでカメラを起動し、フレームをループで取得しながら、VideoWriterでフレームをファイルに書き込むことで録画が可能です。

録画中にcv2.imshow()でリアルタイム映像を表示することもできます。

この記事でわかること
  • OpenCVを使った録画方法
  • 録画設定のカスタマイズ方法
  • 複数カメラの同時録画手法
  • 映像にフィルターを適用する方法
  • 録画映像のクラウドアップロード方法

目次から探す

OpenCVを使ったWebカメラ映像の録画方法

OpenCVとは？

OpenCV(Open Source Computer Vision Library)は、コンピュータビジョンや画像処理のためのオープンソースライブラリです。

Pythonを含む多くのプログラミング言語で利用可能で、画像や映像の解析、処理、認識などの機能を提供します。

特に、リアルタイムの映像処理に強みを持っています。

OpenCVのインストール方法

OpenCVをPythonで使用するためには、まずライブラリをインストールする必要があります。

以下のコマンドを使用して、pipを使ってインストールできます。

pip install opencv-python

Webカメラの映像を取得する方法

Webカメラの映像を取得するには、OpenCVのVideoCaptureクラスを使用します。

以下のコードは、Webカメラから映像を取得する基本的な方法を示しています。

import cv2
# Webカメラを開く
cap = cv2.VideoCapture(0)
# 映像を取得する
while True:
    ret, frame = cap.read()  # フレームを読み込む
    if not ret:
        break
    cv2.imshow('Webカメラ映像', frame)  # 映像を表示する
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):  # 'q'キーで終了
        break
cap.release()  # カメラを解放
cv2.destroyAllWindows()  # ウィンドウを閉じる

このコードを実行すると、Webカメラの映像が表示されます。

qキーを押すことで、映像の表示を終了できます。

録画ファイルの保存形式とコーデックの選択

録画ファイルの保存形式には、一般的にAVIやMP4が使用されます。

コーデックは、映像を圧縮するための方法で、XVIDやMJPGなどがよく使われます。

以下は、保存形式とコーデックの例です。

スクロールできます
保存形式コーデック
AVIXVID
MP4MJPG

Webカメラ映像を録画する基本的なコード

以下のコードは、Webカメラの映像を録画し、指定したファイルに保存する方法を示しています。

import cv2
# Webカメラを開く
cap = cv2.VideoCapture(0)
# 録画ファイルの設定
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')  # コーデックの指定
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20.0, (640, 480))  # 録画ファイルの作成
while True:
    ret, frame = cap.read()  # フレームを読み込む
    if not ret:
        break
    out.write(frame)  # フレームを録画ファイルに書き込む
    cv2.imshow('Webカメラ映像', frame)  # 映像を表示する
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):  # 'q'キーで終了
        break
cap.release()  # カメラを解放
out.release()  # 録画ファイルを解放
cv2.destroyAllWindows()  # ウィンドウを閉じる

このコードを実行すると、Webカメラの映像がoutput.aviというファイルに録画されます。

録画中にリアルタイムで映像を表示する方法

録画中にリアルタイムで映像を表示するには、上記のコードのcv2.imshow関数を使用します。

これにより、録画しながら映像を確認することができます。

録画を停止する方法

録画を停止するには、cv2.waitKey関数を使用して特定のキー(例：qキー)を押すことで、ループを終了します。

ループが終了したら、cap.release()とout.release()を呼び出して、カメラと録画ファイルを解放します。

録画の設定をカスタマイズする

解像度を変更する方法

Webカメラの解像度を変更するには、VideoCaptureオブジェクトのsetメソッドを使用します。

以下のコードでは、解像度を640×480に設定しています。

import cv2
cap = cv2.VideoCapture(0)
# 解像度を640x480に設定
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 640)
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 480)
while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break
    cv2.imshow('Webカメラ映像', frame)
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

解像度を変更することで、映像の品質やファイルサイズに影響を与えることができます。

フレームレートを調整する方法

フレームレートは、1秒間に表示されるフレームの数を示します。

VideoWriterオブジェクトを作成する際に、フレームレートを指定できます。

以下のコードでは、フレームレートを30fpsに設定しています。

import cv2
cap = cv2.VideoCapture(0)
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 30.0, (640, 480))
while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break
    out.write(frame)
    cv2.imshow('Webカメラ映像', frame)
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()

フレームレートを調整することで、映像の滑らかさやファイルサイズをコントロールできます。

録画時間を制限する方法

録画時間を制限するには、ループ内で経過時間を計測し、指定した時間が経過したら録画を停止します。

以下のコードでは、録画時間を10秒に設定しています。

import cv2
import time
cap = cv2.VideoCapture(0)
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20.0, (640, 480))
start_time = time.time()  # 録画開始時間
while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break
    out.write(frame)
    cv2.imshow('Webカメラ映像', frame)
    # 10秒経過したら録画を停止
    if time.time() - start_time > 10:
        break
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()

この方法を使うことで、録画時間を簡単に制御できます。

録画ファイルのサイズを制限する方法

録画ファイルのサイズを制限するためには、録画するフレーム数を制御する必要があります。

例えば、特定のフレーム数に達したら録画を停止することができます。

以下のコードでは、100フレーム録画するように設定しています。

import cv2
cap = cv2.VideoCapture(0)
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20.0, (640, 480))
frame_count = 0  # 録画したフレーム数
while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break
    out.write(frame)
    cv2.imshow('Webカメラ映像', frame)
    frame_count += 1
    if frame_count >= 100:  # 100フレーム録画したら停止
        break
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()

この方法を使うことで、録画ファイルのサイズをある程度制御できます。

音声付きの録画を行う方法

音声付きの録画を行うには、音声をキャプチャするためのライブラリが必要です。

pyaudioを使用して音声を録音し、OpenCVで映像と合わせて保存することができます。

以下は、音声と映像を同時に録画する基本的なコードの例です。

import cv2
import pyaudio
import wave
# 音声設定
chunk = 1024
format = pyaudio.paInt16
channels = 2
rate = 44100
record_seconds = 10
output_audio = 'output.wav'
p = pyaudio.PyAudio()
stream = p.open(format=format, channels=channels, rate=rate, input=True, frames_per_buffer=chunk)
frames = []
# Webカメラを開く
cap = cv2.VideoCapture(0)
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20.0, (640, 480))
for i in range(0, int(rate / chunk * record_seconds)):
    data = stream.read(chunk)
    frames.append(data)
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break
    out.write(frame)
    cv2.imshow('Webカメラ映像', frame)
stream.stop_stream()
stream.close()
p.terminate()
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()
# 音声をファイルに保存
with wave.open(output_audio, 'wb') as wf:
    wf.setnchannels(channels)
    wf.setsampwidth(p.get_sample_size(format))
    wf.setframerate(rate)
    wf.writeframes(b''.join(frames))

このコードを実行すると、Webカメラの映像と音声が同時に録画され、映像はoutput.avi、音声はoutput.wavとして保存されます。

音声と映像を合わせて処理するには、さらに別のライブラリ(例：moviepy)を使用する必要があります。

完全なサンプルコード

以下は、Webカメラの映像を録画し、音声も同時にキャプチャして保存する完全なサンプルコードです。

このコードでは、OpenCVを使用して映像を録画し、pyaudioを使用して音声を録音します。

録画時間は10秒に設定されています。

import cv2
import pyaudio
import wave
import time
# 音声設定
chunk = 1024  # 音声のチャンクサイズ
format = pyaudio.paInt16  # 音声フォーマット
channels = 2  # チャンネル数
rate = 44100  # サンプリングレート
record_seconds = 10  # 録画時間
output_audio = 'output.wav'  # 音声ファイル名
# PyAudioの初期化
p = pyaudio.PyAudio()
stream = p.open(format=format, channels=channels, rate=rate, input=True, frames_per_buffer=chunk)
frames = []  # 音声データを格納するリスト
# Webカメラを開く
cap = cv2.VideoCapture(0)
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20.0, (640, 480))
start_time = time.time()  # 録画開始時間
while True:
    # 音声データを読み込む
    data = stream.read(chunk)
    frames.append(data)
    # 映像を取得する
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break
    out.write(frame)  # 映像を録画ファイルに書き込む
    cv2.imshow('Webカメラ映像', frame)  # 映像を表示する
    # 録画時間が経過したら停止
    if time.time() - start_time > record_seconds:
        break
# 録画を終了
stream.stop_stream()
stream.close()
p.terminate()
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()
# 音声をファイルに保存
with wave.open(output_audio, 'wb') as wf:
    wf.setnchannels(channels)  # チャンネル数を設定
    wf.setsampwidth(p.get_sample_size(format))  # サンプル幅を設定
    wf.setframerate(rate)  # サンプリングレートを設定
    wf.writeframes(b''.join(frames))  # 音声データを書き込む

コードの説明

  • 音声設定: pyaudioを使用して音声の設定を行います。

チャンクサイズ、フォーマット、チャンネル数、サンプリングレートを指定します。

  • Webカメラの設定: OpenCVを使用してWebカメラを開き、映像を録画するための設定を行います。
  • 録画ループ: 音声データを読み込み、同時に映像を取得して表示します。

指定した録画時間が経過したら、録画を停止します。

  • 音声ファイルの保存: 録音した音声データをWAV形式で保存します。

このコードを実行すると、Webカメラの映像と音声が同時に録画され、映像はoutput.avi、音声はoutput.wavとして保存されます。

エラーハンドリングとデバッグ

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、以下の点を確認してください。

  1. カメラの接続: USBカメラの場合、正しく接続されているか確認します。
  2. デバイス番号の確認: VideoCapture(0)の引数を変更して、他のデバイス番号(1, 2など)を試してみます。
  3. ドライバのインストール: カメラのドライバが正しくインストールされているか確認します。
  4. 他のアプリケーションの確認: 他のアプリケーションがカメラを使用している場合、カメラが認識されないことがあります。

アプリケーションを終了して再試行します。

以下のコードを使用して、カメラが正常にオープンできるか確認できます。

import cv2
cap = cv2.VideoCapture(0)
if not cap.isOpened():
    print("カメラが認識されません。")
else:
    print("カメラが正常に認識されました。")
cap.release()

録画ファイルが保存されない場合の対処法

録画ファイルが保存されない場合、以下の点を確認してください。

  1. 書き込み権限: 録画ファイルを保存するディレクトリに書き込み権限があるか確認します。
  2. ファイル名の確認: 録画ファイル名が正しく指定されているか確認します。

特に、拡張子が正しいか確認します。

  1. コーデックの確認: 使用しているコーデックが正しく設定されているか確認します。

サポートされていないコーデックを使用すると、ファイルが保存されないことがあります。

以下のコードを使用して、録画ファイルが正常に作成されるか確認できます。

import cv2
cap = cv2.VideoCapture(0)
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20.0, (640, 480))
if not out.isOpened():
    print("録画ファイルが保存できません。")
else:
    print("録画ファイルが正常に作成されました。")
cap.release()
out.release()

フレームがスムーズに表示されない場合の対処法

フレームがスムーズに表示されない場合、以下の点を確認してください。

  1. フレームレートの調整: 録画時のフレームレートを下げることで、スムーズに表示されることがあります。
  2. 解像度の変更: 高解像度で録画している場合、処理が重くなることがあります。

解像度を下げてみてください。

  1. PCの性能: 使用しているPCの性能が低い場合、映像処理が遅くなることがあります。

CPUやメモリの使用状況を確認します。

以下のコードを使用して、フレームレートを調整することができます。

import cv2
cap = cv2.VideoCapture(0)
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 15.0, (640, 480))  # フレームレートを15fpsに設定
while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break
    out.write(frame)
    cv2.imshow('Webカメラ映像', frame)
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()

録画中にエラーが発生した場合の対処法

録画中にエラーが発生した場合、以下の点を確認してください。

  1. カメラの接続状態: 録画中にカメラが切断されるとエラーが発生します。

接続状態を確認します。

  1. メモリの使用状況: 録画中にメモリが不足するとエラーが発生することがあります。

不要なアプリケーションを終了してメモリを解放します。

  1. エラーメッセージの確認: エラーメッセージを確認し、具体的な原因を特定します。

エラーメッセージに基づいて対処法を検討します。

以下のコードを使用して、エラーハンドリングを追加することができます。

import cv2
cap = cv2.VideoCapture(0)
if not cap.isOpened():
    print("カメラが開けませんでした。")
    exit()
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20.0, (640, 480))
if not out.isOpened():
    print("録画ファイルが開けませんでした。")
    cap.release()
    exit()
while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        print("フレームの取得に失敗しました。")
        break
    out.write(frame)
    cv2.imshow('Webカメラ映像', frame)
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()

このように、エラーハンドリングを行うことで、問題が発生した際に適切な対処ができるようになります。

応用例

複数のカメラ映像を同時に録画する方法

複数のカメラ映像を同時に録画するには、各カメラに対してVideoCaptureオブジェクトを作成し、スレッドを使用して同時に処理します。

以下のコードは、2台のカメラから映像を取得し、同時に録画する例です。

import cv2
import threading
def record_camera(camera_index, output_file):
    cap = cv2.VideoCapture(camera_index)
    fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
    out = cv2.VideoWriter(output_file, fourcc, 20.0, (640, 480))
    while True:
        ret, frame = cap.read()
        if not ret:
            break
        out.write(frame)
        cv2.imshow(f'Camera {camera_index}', frame)
        if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
            break
    cap.release()
    out.release()
    cv2.destroyAllWindows()
# スレッドを作成してカメラを録画
thread1 = threading.Thread(target=record_camera, args=(0, 'output1.avi'))
thread2 = threading.Thread(target=record_camera, args=(1, 'output2.avi'))
thread1.start()
thread2.start()
thread1.join()
thread2.join()

このコードを実行すると、2台のカメラからの映像がそれぞれoutput1.aviとoutput2.aviに録画されます。

録画中に映像にフィルターを適用する方法

録画中に映像にフィルターを適用するには、フレームを取得した後にフィルター処理を行います。

以下のコードでは、グレースケールフィルターを適用しています。

import cv2
cap = cv2.VideoCapture(0)
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20.0, (640, 480))
while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break
    # グレースケールフィルターを適用
    gray_frame = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    out.write(gray_frame)  # フィルター適用後のフレームを録画
    cv2.imshow('フィルター適用映像', gray_frame)
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()

このコードを実行すると、グレースケールの映像が録画されます。

録画中に顔認識を行う方法

顔認識を行うには、OpenCVのHaar Cascade分類器を使用します。

以下のコードでは、録画中に顔を検出し、矩形で囲む処理を行っています。

import cv2
# Haar Cascade分類器の読み込み
face_cascade = cv2.CascadeClassifier(cv2.data.haarcascades + 'haarcascade_frontalface_default.xml')
cap = cv2.VideoCapture(0)
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20.0, (640, 480))
while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break
    # 顔認識
    gray_frame = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    faces = face_cascade.detectMultiScale(gray_frame, scaleFactor=1.1, minNeighbors=5)
    # 認識した顔に矩形を描画
    for (x, y, w, h) in faces:
        cv2.rectangle(frame, (x, y), (x + w, y + h), (255, 0, 0), 2)
    out.write(frame)  # フレームを録画
    cv2.imshow('顔認識映像', frame)
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()

このコードを実行すると、顔が認識された映像が録画されます。

録画映像をリアルタイムでストリーミングする方法

録画映像をリアルタイムでストリーミングするには、FlaskなどのWebフレームワークを使用してHTTPサーバーを立て、映像をストリーミングします。

以下は、Flaskを使用した簡単な例です。

from flask import Flask, Response
import cv2
app = Flask(__name__)
def generate_frames():
    cap = cv2.VideoCapture(0)
    while True:
        success, frame = cap.read()
        if not success:
            break
        else:
            # JPEG形式にエンコード
            ret, buffer = cv2.imencode('.jpg', frame)
            frame = buffer.tobytes()
            yield (b'--frame\r\n'
                   b'Content-Type: image/jpeg\r\n\r\n' + frame + b'\r\n')
@app.route('/video_feed')
def video_feed():
    return Response(generate_frames(), mimetype='multipart/x-mixed-replace; boundary=frame')
if __name__ == '__main__':
    app.run(host='0.0.0.0', port=5000)

このコードを実行すると、http://localhost:5000/video_feedにアクセスすることで、リアルタイムでカメラ映像をストリーミングできます。

録画映像をクラウドに自動アップロードする方法

録画した映像をクラウドに自動アップロードするには、例えばboto3を使用してAWS S3にアップロードすることができます。

以下は、録画後にS3にアップロードする例です。

import cv2
import boto3
# AWS S3の設定
s3 = boto3.client('s3')
bucket_name = 'your-bucket-name'
file_name = 'output.avi'
cap = cv2.VideoCapture(0)
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
out = cv2.VideoWriter(file_name, fourcc, 20.0, (640, 480))
while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break
    out.write(frame)
cap.release()
out.release()
# S3にアップロード
s3.upload_file(file_name, bucket_name, file_name)
print(f'{file_name}を{bucket_name}にアップロードしました。')

このコードを実行すると、録画した映像が指定したS3バケットにアップロードされます。

AWSの認証情報が必要ですので、事前に設定しておく必要があります。

よくある質問

録画ファイルのサイズが大きくなりすぎるのはなぜ？

録画ファイルのサイズが大きくなる主な理由は以下の通りです。

  • 解像度: 高解像度で録画すると、1フレームあたりのデータ量が増加し、ファイルサイズが大きくなります。
  • フレームレート: フレームレートが高いほど、1秒間に記録されるフレーム数が増え、ファイルサイズが大きくなります。
  • コーデック: 使用しているコーデックによってもファイルサイズが変わります。

圧縮率の低いコーデックを使用すると、ファイルサイズが大きくなります。

ファイルサイズを抑えるためには、解像度やフレームレートを下げたり、より効率的なコーデックを使用することを検討してください。

Webカメラの映像が途中で止まるのはなぜ？

Webカメラの映像が途中で止まる原因はいくつかあります。

  • カメラの接続不良: USBカメラの場合、接続が不安定だと映像が途切れることがあります。

接続を確認してください。

  • PCの性能: CPUやメモリの使用率が高いと、映像処理が遅れ、映像が止まることがあります。

不要なアプリケーションを終了してリソースを解放します。

  • ドライバの問題: カメラのドライバが古い場合、正常に動作しないことがあります。

最新のドライバに更新してください。

これらの要因を確認し、適切な対策を講じることで、映像が途切れる問題を解決できます。

録画した映像が再生できない場合の対処法

録画した映像が再生できない場合、以下の点を確認してください。

  • コーデックの確認: 録画に使用したコーデックが再生環境にインストールされていない場合、映像が再生できないことがあります。

必要なコーデックをインストールしてください。

  • ファイル形式の確認: 録画したファイルの拡張子が正しいか確認します。

例えば、AVIファイルは適切なプレーヤーで再生する必要があります。

  • ファイルの破損: 録画中にエラーが発生した場合、ファイルが破損することがあります。

別の録画を試みて、正常に保存されるか確認します。

これらの対策を講じることで、録画した映像が再生できない問題を解決できる可能性があります。

まとめ

この記事では、Pythonを使用してWebカメラの映像を録画する方法について詳しく解説しました。

具体的には、OpenCVを利用した基本的な録画方法から、録画設定のカスタマイズ、さらには応用例として複数カメラの同時録画やリアルタイムストリーミング、顔認識などの技術を紹介しました。

これらの情報を活用することで、さまざまなプロジェクトに応じた映像処理が可能になりますので、ぜひ実際にコードを試してみてください。

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