RaspberryPi 3 Model B+でIoT監視カメラをつくる（その１ハードウェア関連）

RaspberryPi（ラズパイ）でIoT監視カメラ

RaspberryPi 3 Model B+とカメラ（Raspberry Pi Camera Module V2）とモーションセンサー（HC-SR501）で監視カメラを作成したときの備忘録。

似たような機能を持った市販の監視カメラも幾つか販売されているが、それぞれちょっとずつ機能的に惜しい所がありそれならばと思い自作してみる事にした。

特に実現したかったのは、

1. 動きがあるときだけ撮影する
2. 撮影した画像をインターネット経由でクラウドにアップする
3. 撮影したことをLINEで通知する

の３点。

１．は普通の監視カメラは２４時間３６５日撮影をしているが、それをすると動画ファイルが直ぐにいっぱいになってしまうのでモーションセンサーを使って何らかの動きがあるときだけ撮影をする仕様にしたかった。

２．と３．については録画ファイルをラズパイ内に保存するだけでは無く、インターネットに接続して録画ファイルをクラウドにアップロードする同時に通知する機能を付けたかった。

いわゆるIoT（Internet of Things）を実現したいと思っていた（IoTカメラ）

またこのページの最後に記事に関する動画を載せているので参考にしてみて欲しい。

風の強い日などモーションセンサーが検知してしまって何も写っていない映像を撮ってしまう事があったので機能追加を行っている。

TensorFlow（機械学習）を使って物体（人や車）が写っている時だけ映像をクラウドにアップロードする仕様にした。

またその際にLINEに画面ショットを添付する様に改良を加えた。

その時の記事はこちら

全体構成図

監視カメラシステムの全体構成図は以下の通り。

必要なハードウェア

RaspberryPi本体

RaspberryPi 3 B+本体とクリアケース、SDカード、スイッチ付き電源等必要な物が一通り揃ったセットを購入した。

自分が以前に購入したセットは既に販売終了していたので別セットのリンクを貼っておく。

尚、自分はRaspberry Pi 3B+で作成したが今ならRaspberry Pi 4Bで構築しても良いと思う。

カメラ

RaspberryPi用のカメラモジュールを購入した。

撮影場所はセンサー付きポーチライトが付いていて夜間でも明るいので通常のカメラにしたが、状況によっては夜間撮影用の赤外線カメラにした方が良いのかも知れない。

同一の商品はリンク切れになっていたので同型の商品のリンクに変更している。

モーションセンサー

モーションセンサー（HC-SR501）

２個で３５０円で購入しており（２０１９年７月時点）並行輸入品らしく１０日程掛かったが無事に届いた。

また動作確認をしたが今の所２つとも正常に動いている。

同一の商品はリンク切れになっていたので同型の商品のリンクに変更している。

カメラの接続

RaspberryPi本体にカメラを接続する。

赤枠の位置にあるコネクタにカメラのフラットケーブルを方向を間違えないように接続する。

フラットケーブルのコネクタ（金属面）がある方を USB コネクターの反対側に向けて差し込む。

※青い方が USB コネクター側になる。

コネクタは両側の爪を持ち上げてケーブルを差し込んだ後に爪を下げることにより固定される。

左右の爪を持ち上げてからケーブルを差し込む。

モーションセンサー

モーションセンサー（HC-SR501）の基盤の説明。

詳細はこちらのデータシートを参照。

その他の方法

尚、今回の構成ではモーションセンサーでモノの動きを感知しているがモーションセンサーを使わずにカメラの映像の前後比較から”動き”を感知するやり方もある。

具体的にはPythonのOpenCVのライブラリーでcv2.absdiffで画像の差分を取ってcv2.bitwise_andで差分画像の論理積が一定のしきい値を超えた場合に動きがあるとプログラミングで判定する方法だ。

もちろんその方法でも良いのだが色々と検証して見たかったこともあり今回はモーションセンサーを使ったやり方にしている。

接続図

RaspberryPiとカメラモジュール、モーションセンサーとの接続は以下の通り

カメラの有効化と試し撮り

有効化

RaspberryPiの設定を変更してカメラを有効化する。

左上のメニューー＞設定ー＞RaspberryPiの設定

インターフェイスタブでカメラを”有効”にして再起動する。

尚、SSHとVNCは開発中の為に有効にしている。

開発が終了したらそのままにしておくと危険なのでもとに戻すつもり。

試し撮り

この段階でカメラが正常に動作するかの確認の為、試し撮りをしてみる。

LXTerminalを起動する。

コマンドラインから、

raspistill -o camera.jpg

で静止画（camera.jpg）が撮影される。

同様に、

raspivid -o video.h264 -t 10000

で１０秒間の動画（video.h264）が撮影される。

動画はRaspberryPi上で再生した所、コマ落ちしてしまったがパソコン上では問題なく再生された。

尚、パソコンでの再生はVLCメディアプレーヤーをインストールして使わせてもらった。

フリーソフトで様々な環境、ファイル形式の動画が再生できるのでありがたく使わせてもらっている。

フォーカスの調整

今回のIoT監視カメラではフォーカスは工場出荷時の状態で変更をしていないが1m以内の近距離を撮影したい時にはフォーカスを調整する必要がある。

フォーカスの調整方法を別記事でまとめた。

その他初期設定

その他、初期状態のOSから以下の変更を行った。

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

sudo apt-get install idle-python3.7

ハードウェアの設定、接続や初期設定についてはこれで終了。

記事が長くなったので一旦終了する。

次回以降でGoogleDriveにアクセスするための設定やLINEにメッセージを送信するための設定、pythonでのプログラミングなどを扱う予定。

次回の記事はこちら

尚、記事と同内容を動画にしているので実際の機器の接続の様子などは動画で確認して欲しい。

RaspberryPiで監視カメラ動画

カメラモジュール、モーションセンサー、RaspberryPiの初期設定などの動画