はじめに

この記事はオートロックマンション用不在時荷物受け取りシステムの開発記事です。

westgate-lab.hatenablog.com

前回までに、RaspberryPiにつないだウェブカメラ（Logicool C270、以下C270）でインターホン音を検知し、スマホに通知し、さらにGoogle Calendarと連携して配達指定時間帯の場合はサーボモータを操作して解錠するところまでいった。不在時受取システムとしての最低限の機能はできたわけだが、今回はそれに加えて、インターホン音が鳴ったらメッセージだけでなく、C270で撮影したインターホンモニタの写真も一緒に送ってみる。

この記事で述べることを具体的に列挙すると、

C270のカメラを使って撮影する

C270の露出を調整・固定してインターホンモニタに合わせる

C270のピントを調整する

となる。

なお、RaspberryPi 3B+、Python3.7.3を使っている。

何もせずC270でインターホンモニタを撮影する

Logicool C270は非常に安価なウェブカメラであることから、RaspberryPiと一緒に使っている人が多いようである。

ロジクールウェブカメラ C270 ブラック HD 720P ウェブカムストリーミング小型シンプル設計国内正規品 2年間メーカー保証

発売日: 2010/08/20
メディア: Personal Computers

今回は、昔買ったものが家に転がっていたのでそれを利用した。

デフォルト設定のC270はオート露出になっているため、画角内の輝度が大きく異なると思ったとおりに撮影できない場合がある。例えば、以下の画像は家のインターホンモニタをC270で撮影したものだが、モニタが周りに比べ輝度値が高いため、モニタが異常に明るく写ってしまっている。

f:id:kaname_m:20200106222327j:plain — 我が家のインターホンをC270で撮影した画像。（画像１：部屋を暗くした場合、画像２：部屋を明るくした場合）

f:id:kaname_m:20200106222330j:plain — 我が家のインターホンをC270で撮影した画像。（画像１：部屋を暗くした場合、画像２：部屋を明るくした場合）

どのような照明環境でもモニタ部分をキレイに撮影するには、露出を固定する必要がある。

C270を固定露出にする

以下の記事を参考しつつ設定した。

qiita.com

まず、現状のC270の設定を確認する。コマンドはv4l2-ctl --list-ctrlsだ。デフォルトでは以下のような設定である。

                     brightness 0x00980900 (int)    : min=0 max=255 step=1 default=128 value=128
                       contrast 0x00980901 (int)    : min=0 max=255 step=1 default=32 value=32
                     saturation 0x00980902 (int)    : min=0 max=255 step=1 default=32 value=32
 white_balance_temperature_auto 0x0098090c (bool)   : default=1 value=1
                           gain 0x00980913 (int)    : min=0 max=255 step=1 default=0 value=32
           power_line_frequency 0x00980918 (menu)   : min=0 max=2 default=2 value=2
      white_balance_temperature 0x0098091a (int)    : min=0 max=10000 step=10 default=4000 value=3840 flags=inactive
                      sharpness 0x0098091b (int)    : min=0 max=255 step=1 default=24 value=24
         backlight_compensation 0x0098091c (int)    : min=0 max=1 step=1 default=1 value=1
                  exposure_auto 0x009a0901 (menu)   : min=0 max=3 default=3 value=3
              exposure_absolute 0x009a0902 (int)    : min=1 max=10000 step=1 default=166 value=671 flags=inactive
         exposure_auto_priority 0x009a0903 (bool)   : default=0 value=1

今回注目すべきはexposure_autoとexposure_absoluteで、前者が露出のオート・固定を、後者が露出量を規定している。現状exposure_autoはvalue=3となっており、これはオート露出を表す。また、露出量はexposure_absoluteによるとvalue=671である。これらの値を固定露出（exposure_auto=1）、また露出量は任意の値に設定する。

pythonのスクリプト中でv4l2-ctlのコマンドを打つ場合は以下のようにsubprocessを使う。以下は露出を２００に固定する例。

import subprocess

cmd = 'v4l2-ctl -d /dev/video0 -c exposure_auto=1 -c exposure_absolute=200'
ret = subprocess.check_output(cmd, shell=True)
print(ret)

これで露出を固定できる。自分の環境でやると、なぜか設定後の露出量の値が設定値より５高い値になっていたが、特段問題ないので気にしない。

実際に撮影する際にはopencvを使うのが楽なのだが、設定後一度プログラムを再立ち上げしないと露光設定が反映されなかったり、不安定だった。結果として以下のようにVideoCapture(0)の前にコマンドを打てば、即座に反映されることがわかった。最後のDummyは、これがあったほうが設定の反映が安定していたので、とりあえず入れている。

import cv2
import subprocess

# opencv設定
cmd = 'v4l2-ctl -d /dev/video0 -c exposure_auto=1 -c exposure_absolute=200' # 露光時間をマニュアル設定
ret = subprocess.check_output(cmd, shell=True)
cam = cv2.VideoCapture(0)
if cam.isOpened() is False:
    print("Camera cannot open")
    sys.exit()
else:
    _,_ = cam.read()    # Dummy

# あとは好きに撮影する
ret, frame = cam.read()　　　# frameに画像データが入っている

上記のexposure_absoluteの値を任意に設定すれば、好きな露出設定で画像が取得できる。

例えば、下は部屋を真っ暗にした上でインターホンの通話ボタンを押すと出る青い画面を様々な露光設定で撮影した際の画像である。

f:id:kaname_m:20200106224635p:plain — exposure_absolute=150　やや暗すぎ

f:id:kaname_m:20200106224638p:plain — exposure_absolute=250　ちょうどいいくらい

f:id:kaname_m:20200106224643p:plain — exposure_absolute=500　明るすぎ

結局、exposure_absolute=200とした。

C270のピントを調整する

よくよく上の画像を見てみると、文字がぼやけておりピントが合っていない。C270はSkypeなどのWeb通話を想定して作られているため、デフォルトでは1m程度離れた位置でちょうどピントが合うようになっているためだ。今回はインターホンから30cm程度しか離れていない場所から撮影しているため、ピントがずれている。そこで、C270のピントを手動調整する。

C270のピント調整は簡単で、まずは正面のカバーをマイナスドライバー等でパカッと外し、内部のネジを外すと基板及びレンズが見える。レンズについている歯車のようなものがピントの調整機構になっており、手で回すとピントが調整可能である。デフォルトでは一部に接着剤のようなものがついているため、ドライバー等ではがせばレンズを手で回せる。