OpenCV でビデオカメラ画像の表示（Python を使用）

【概要】

本記事では，OpenCV と Python を用いて，ビデオカメラからリアルタイムで映像を取得し表示する2つのプログラムを扱う．

【目次】

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1. Python 3.12 のインストール

Pythonのインストールを行い、Pythonのプログラムを実行する環境を整える。扱う環境は、Windows搭載パソコンである。金子研究室では、Python 3.12.10を推奨する。

[Windows での Python 3.12 のインストール手順を見るには、ここをクリック]

Windows での Python 3.12 のインストール

以下のいずれかの方法でPython 3.12をインストールする。Pythonがインストール済みの場合、この手順は不要である。

方法 1：winget によるインストール

【インストールコマンドの実行方法】

管理者権限でコマンドプロンプトを起動する（手順：Windowsキーまたはスタートメニュー → cmd と入力 → 右クリック → 「管理者として実行」）。そして、コマンド全体をコマンドプロンプトにコピー＆ペーストする。

--scope machine を指定することで、システム全体（全ユーザー向け）にインストールされる。このオプションの実行には管理者権限が必要である。インストール完了後、コマンドプロンプトを再起動するとPATHが反映される。

REM Python 3.12 をシステム領域にインストール
winget install --id Python.Python.3.12 -e --scope machine --silent --accept-source-agreements --accept-package-agreements --override "/quiet InstallAllUsers=1 PrependPath=1 Include_test=0 Include_pip=1 Include_launcher=1 InstallLauncherAllUsers=1 TargetDir=\"C:\Program Files\Python312\""

REM Python と Scripts を PATH 先頭に追加
powershell -NoProfile -Command "$p='C:\Program Files\Python312'; $s=\"$p\Scripts\"; $c=[Environment]::GetEnvironmentVariable('Path','Machine'); if((Test-Path $p) -and (';'+$c+';' -notlike \"*;$p;*\") -and (';'+$c+';' -notlike \"*;$s;*\")){[Environment]::SetEnvironmentVariable('Path',\"$p;$s;$c\",'Machine')}"

方法 2：インストーラーによるインストール

  1. Python公式サイト（https://www.python.org/downloads/）にアクセスし、「Download Python 3.x.x」ボタンからWindows用インストーラーをダウンロードする。
  2. ダウンロードしたインストーラーを実行する。
  3. 初期画面の下部に表示される「Add python.exe to PATH」にチェックを入れてから「Customize installation」を選択する。このチェックを入れ忘れると、コマンドプロンプトから python コマンドを実行できない。
  4. 「Install Python 3.xx for all users」にチェックを入れ、「Install」をクリックする。

インストールの確認

コマンドプロンプトで以下を実行する。

python --version

バージョン番号（例：Python 3.12.x）が表示されればインストール成功である。「'python' は、内部コマンドまたは外部コマンドとして認識されていません。」と表示される場合は、インストールが正常に完了していない。

2. Python の開発環境 Visual Studio Code のインストールと Python 用の設定

Python の開発環境Visual Studio Code（プログラムを編集するソフトウェア。以下、VS Code）を整える。

[Windows での Visual Studio Code のインストールと Python 用の設定手順を見るには、ここをクリック]

Windows での Visual Studio Code のインストールと Python 用の設定手順

1. VS Code と拡張機能のインストール

以下のコマンドにより，既存の VS Code を削除し，全ユーザー共有の設定で再インストールしたうえで，拡張機能（VS Code に機能を追加するソフトウェア）をまとめて導入する．

【インストールコマンドの実行方法】

管理者権限でコマンドプロンプトを起動する（手順：Windows キーまたはスタートメニュー → cmd と入力 → 右クリック → 「管理者として実行」）。そして，コマンド全体をコマンドプロンプトにコピー＆ペーストする。

インストールコマンド


REM ============================================================
REM Microsoft Visual Studio Code
REM ============================================================
winget uninstall -e --id Microsoft.VisualStudioCode --silent --disable-interactivity --accept-source-agreements
rmdir /s /q C:\ProgramData\vscode-extensions 2>nul
rmdir /s /q "%APPDATA%\Code" 2>nul
rmdir /s /q "%USERPROFILE%\.vscode" 2>nul
rmdir /s /q "%LOCALAPPDATA%\Microsoft\vscode-update" 2>nul

REM VS Code をシステム領域に新規インストール
winget install --scope machine --id Microsoft.VisualStudioCode -e --silent --accept-source-agreements --accept-package-agreements

REM 全ユーザー共有の拡張機能フォルダ
mkdir C:\ProgramData\vscode-extensions 2>nul
icacls "C:\ProgramData\vscode-extensions" /grant "Everyone:(OI)(CI)M" /T

REM スタートメニューのショートカットを --extensions-dir 付きで再作成
rmdir /s /q "C:\ProgramData\Microsoft\Windows\Start Menu\Programs\Visual Studio Code" 2>nul
del "C:\ProgramData\Microsoft\Windows\Start Menu\Programs\Visual Studio Code.lnk" 2>nul
powershell -NoProfile -Command "$s=New-Object -ComObject WScript.Shell; $lnk=$s.CreateShortcut('C:\ProgramData\Microsoft\Windows\Start Menu\Programs\Visual Studio Code.lnk'); $lnk.TargetPath='C:\Program Files\Microsoft VS Code\Code.exe'; $lnk.Arguments='--extensions-dir \"C:\ProgramData\vscode-extensions\"'; $lnk.Save()"
REM ショートカットの検証
powershell -NoProfile -Command "$s=New-Object -ComObject WScript.Shell; $lnk=$s.CreateShortcut('C:\ProgramData\Microsoft\Windows\Start Menu\Programs\Visual Studio Code.lnk'); Write-Host 'TargetPath:' $lnk.TargetPath; Write-Host 'Arguments:' $lnk.Arguments"

REM ファイル / フォルダ右クリックの「Code で開く」を登録
reg add "HKLM\SOFTWARE\Classes\*\shell\VSCode\command" /ve /d "\"C:\Program Files\Microsoft VS Code\Code.exe\" --extensions-dir \"C:\ProgramData\vscode-extensions\" \"%1\"" /f
reg add "HKLM\SOFTWARE\Classes\Directory\shell\VSCode\command" /ve /d "\"C:\Program Files\Microsoft VS Code\Code.exe\" --extensions-dir \"C:\ProgramData\vscode-extensions\" \"%1\"" /f
reg add "HKLM\SOFTWARE\Classes\Directory\Background\shell\VSCode\command" /ve /d "\"C:\Program Files\Microsoft VS Code\Code.exe\" --extensions-dir \"C:\ProgramData\vscode-extensions\" \"%V\"" /f

REM --extensions-dir 付きで起動する code.cmd ラッパを作成
REM （%* を echo で書くと対話的 cmd で失われるため、PowerShell で [char]37+'*' を書き出す）
powershell -NoProfile -Command "$pct=[char]37; $q=[char]34; $c='@echo off'+[char]13+[char]10+$q+'C:\Program Files\Microsoft VS Code\bin\code.cmd'+$q+' --extensions-dir '+$q+'C:\ProgramData\vscode-extensions'+$q+' '+$pct+'*'+[char]13+[char]10; [IO.File]::WriteAllText('C:\ProgramData\vscode-extensions\vscode.cmd',$c,[Text.Encoding]::ASCII)"

REM 拡張機能のインストール
set "CODE=C:\Program Files\Microsoft VS Code\bin\code.cmd"
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --uninstall-extension GitHub.copilot
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --uninstall-extension GitHub.copilot-chat
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension ms-python.python
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension ms-python.vscode-pylance
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension ms-python.debugpy
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension MS-CEINTL.vscode-language-pack-ja
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension saoudrizwan.claude-dev
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension rust-lang.rust-analyzer
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension tamasfe.even-better-toml
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension anthropic.claude-code
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --install-extension almenon.arepl
"%CODE%" --extensions-dir "C:\ProgramData\vscode-extensions" --list-extensions --show-versions
echo === セットアップ完了 ===

2. Python インタプリタの選択

同一マシンに複数の Python がインストールされている場合，VS Code で使用する Python 本体（インタプリタ：Python プログラムを解釈・実行するソフトウェア）を選択する必要がある．

  1. コマンドパレット（コマンド名で機能を呼び出す VS Code の入力欄）を開く（Ctrl+Shift+P）
  2. Python: Select Interpreter と入力する
  3. 表示される一覧から，使用する Python（例：C:\Program Files\Python312\python.exe）を選択する．

3. Python プログラム実行手順

[Windows での Python プログラム実行手順を見るには、ここをクリック]

Windows での Python 実行手順（Visual Studio Codeを使用）

プログラムファイルの作成と保存

  1. 左サイドバーの「エクスプローラー」アイコン（Ctrl+Shift+E）をクリックする
  2. 「NO FOLDER OPENED」（作業対象フォルダが未選択の状態）と表示される場合は，「Open Folder」をクリックし，プログラムを保存するフォルダを選択する

    続いて「フォルダを信用するか」を確認する画面（フォルダ内のコードを実行してよいか確認する VS Code の仕組み）が表示されるので，チェックして Yes を選択する

  3. フォルダ名の右側に表示される「新しいファイル」アイコンをクリックする
  4. ファイル名（例：aitask.py．ファイル名は何でも良い）を入力し Enter を押す．拡張子は .py（Python ファイルを示す拡張子）とする
  5. 実行したいコードを選択し，Ctrl+C でコピーする．VS Code のエディタ領域に Ctrl+V で貼り付ける
  6. Ctrl+S で保存する

プログラムの実行

  1. エディタ右上の三角形「▷」アイコン（Run Python File：現在開いている Python ファイルを実行するボタン）をクリックする．または，エディタ上で右クリックし「ターミナルで Python ファイルを実行」を選択する
  2. VS Code 下部のターミナル（コマンドの入出力を表示する画面）に，実行結果（print 関数の出力等）が表示される
  3. tkinter（Python 標準の GUI ライブラリ）のファイル選択ダイアログを使うプログラムを実行した場合は，ダイアログが開くので対象画像を選択する
  4. VS Code 下部のターミナルで実行結果を確認する．OpenCV ウィンドウ（OpenCV が画像を表示するために開く専用ウィンドウ）が開いた場合はそちらも確認する．OpenCV ウィンドウは，マウスクリックでウィンドウをアクティブ（操作対象の状態）にしてからキーを押すと終了する

Python の OpenCV ライブラリのインストール [クリックして展開]

Python で OpenCV を使用するためのライブラリである．

管理者権限のコマンドプロンプトで以下を実行する。管理者権限のコマンドプロンプトを起動するには、Windows キーまたはスタートメニューから「cmd」と入力し、表示された「コマンドプロンプト」を右クリックして「管理者として実行」を選択する。

python -m pip install -U --no-user opencv-python opencv-contrib-python

4. 実行のための準備とその確認手順（Windows 前提）

4.1 プログラムファイルの準備

第6章のソースコードをテキストエディタ（Visual Studio Codeやメモ帳など）に貼り付け，以下のファイル名で保存する（文字コード：UTF-8）．

4.2 実行コマンド

コマンドプロンプトでファイルの保存先ディレクトリに移動し，以下を実行する．

カメラ画像の表示：

python camera.py

カメラ，動画ファイルの表示：

python camera_video.py

4.3 動作確認チェックリスト

camera.py

確認項目期待される結果
プログラム起動時カラーとグレースケールの2ウィンドウでカメラ映像が表示される
映像のサイズ幅640ピクセルにリサイズされ，アスペクト比が保持されている
'q'キーの押下プログラムが終了し，ウィンドウが閉じる

camera_video.py

確認項目期待される結果
プログラム起動時カメラ（0）か動画ファイル（1）かの選択肢が表示される
「0」を入力カメラ映像が640ピクセル幅で表示される
「1」を入力ファイル選択ダイアログが開き，動画ファイル（.mp4，.avi，.mov）を選択できる
複数ファイル選択時選択したファイルが順番に再生される
全ファイル再生完了時プログラムが自動的に終了する
'q'キーの押下再生中であってもプログラムが終了し，ウィンドウが閉じる

5. 概要・使い方・実行上の注意

5.1 カメラ画像の表示

パソコンに接続できるビデオカメラを準備し，パソコンに接続しておく．

【プログラムの機能】

カメラから映像を取得し，指定幅（640ピクセル）にアスペクト比を保持してリサイズし，カラーとグレースケールの2ウィンドウで表示する．'q'キーで終了する．

【プログラムの説明】

OpenCV を使用したリアルタイムカメラ映像のリサイズと表示

【実行上の注意】

カメラへのアクセス権限が必要で，既定（デフォルト）ではインデックス0のカメラを使用する．強制終了時（'q'キーで終了しなかった場合）にはカメラが解放されない場合がある．

ソースコードは第6章に掲載している．

* 止めたいとき，右上の「x」をクリックしない．画面の中をクリックしてから，「q」のキーを押して閉じる

5.2 カメラ，動画ファイルの表示

パソコンに接続できるビデオカメラを準備し，パソコンに接続しておく．

【プログラムの機能】

カメラ映像の取得と複数動画ファイルの再生を選択できる．映像は指定幅（640ピクセル）にアスペクト比を保持してリサイズされる．'q'キーで終了する．

【プログラムの説明】

起動すると，カメラ（0）か動画ファイル（1）かの選択肢が表示される．カメラを選択するとカメラ映像が表示される．動画ファイルを選択するとファイル選択ダイアログが開き，複数ファイルを選択できる．選択したファイルは順番に再生される．

【実行上の注意】

カメラ使用時はアクセス権限が必要で，既定（デフォルト）ではインデックス0のカメラを使用する．resize_width 変数でリサイズ幅を調整できる．強制終了時（'q'キーで終了しなかった場合）にはカメラが解放されない場合がある．対応する動画ファイル形式は .mp4，.avi，.mov である．

ソースコードは第6章に掲載している．

* 止めたいとき，右上の「x」をクリックしない．画面の中をクリックしてから，「q」のキーを押して閉じる

6. ソースコード

6.1 カメラ画像の表示

import cv2

resize_width = 640

def resize_frame(frame, width):
    height = int(frame.shape[0] * (width / float(frame.shape[1])))
    return cv2.resize(frame, (width, height), interpolation=cv2.INTER_AREA)

v = cv2.VideoCapture(0)

while True:
    r, f = v.read()
    if not r:
        break
    resized = resize_frame(f, resize_width)
    gray = cv2.cvtColor(resized, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    cv2.imshow("カメラ映像（カラー）", resized)
    cv2.imshow("カメラ映像（グレースケール）", gray)
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

v.release()
cv2.destroyAllWindows()

6.2 カメラ，動画ファイルの表示

import cv2
import tkinter as tk
from tkinter import filedialog

resize_width = 640

def resize_frame(frame, width):
    height = int(frame.shape[0] * (width / float(frame.shape[1])))
    return cv2.resize(frame, (width, height), interpolation=cv2.INTER_AREA)

def select_video_files():
    root = tk.Tk()
    root.withdraw()
    return list(filedialog.askopenfilenames(filetypes=[("Video files", "*.mp4 *.avi *.mov")]))

print("0: カメラ")
print("1: ビデオファイル")
choice = input("選択してください (0/1): ")

video_files = []
if choice == "0":
    v = cv2.VideoCapture(0)
elif choice == "1":
    video_files = select_video_files()
    v = cv2.VideoCapture(video_files[0]) if video_files else None
else:
    v = None

current_video_index = 0

while v and v.isOpened():
    r, f = v.read()
    if not r:
        if choice == "1":
            current_video_index += 1
            if current_video_index >= len(video_files):
                break
            v.release()
            v = cv2.VideoCapture(video_files[current_video_index])
            continue
        break
    resized = resize_frame(f, resize_width)
    cv2.imshow("映像", resized)
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

if v:
    v.release()
cv2.destroyAllWindows()

7. まとめ

7.1 OpenCV と Python によるカメラ映像の取得

opencv-python は，OpenCV を Python から利用するためのものである．cv2.VideoCapture でカメラから映像を取得し，フレーム単位で処理を行う．

7.2 アスペクト比を保持したリサイズ

resize_frame 関数は，入力画像を指定幅にリサイズする．アスペクト比を保持するように高さを計算し，cv2.resize で INTER_AREA 補間を用いる．

7.3 カラーとグレースケールの同時表示

cv2.cvtColor でカラー映像からグレースケール画像を生成し，2つのウィンドウで同時に表示する．

7.4 カメラと動画ファイルの選択的再生

カメラ映像の取得と複数動画ファイルの再生を選択できる．対応形式は .mp4，.avi，.mov である．

7.5 リソースの解放と終了操作

終了時に v.release() でカメラを解放し，cv2.destroyAllWindows() でウィンドウを閉じる．終了するには画面の中をクリックしてから'q'キーを押す．