OpenCV でビデオカメラ画像の表示（Python を使用）

1. エグゼクティブサマリー

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．

• カメラ画像の表示：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ウィンドウで同時に表示する．'q'キーで終了する．
• カメラ，動画ファイルの表示：カメラ映像の取得と複数ビデオ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．

2. 前準備（必要ソフトウェアの入手）

ここでは、最低限の事前準備について説明する。機械学習や深層学習を行う場合は、NVIDIA CUDA、Visual Studio、Cursorなどを追加でインストールすると便利である。これらについては別ページ https://www.kkaneko.jp/cc/dev/aiassist.htmlで詳しく解説しているので、必要に応じて参照してください。

winget install --scope machine --id Python.Python.3.12 -e --silent --disable-interactivity --force --accept-source-agreements --accept-package-agreements --override "/quiet InstallAllUsers=1 PrependPath=1 Include_pip=1 Include_test=0 Include_launcher=1 InstallLauncherAllUsers=1"

python --version

winget install --scope machine --id Codeium.Windsurf -e --silent --disable-interactivity --force --accept-source-agreements --accept-package-agreements --custom "/SP- /SUPPRESSMSGBOXES /NORESTART /CLOSEAPPLICATIONS /DIR=""C:\Program Files\Windsurf"" /MERGETASKS=!runcode,addtopath,associatewithfiles,!desktopicon"
powershell -Command "$env:Path=[System.Environment]::GetEnvironmentVariable('Path','Machine')+';'+[System.Environment]::GetEnvironmentVariable('Path','User'); windsurf --install-extension MS-CEINTL.vscode-language-pack-ja --force; windsurf --install-extension ms-python.python --force; windsurf --install-extension Codeium.windsurfPyright --force"

python -m pip install -U opencv-python opencv-contrib-python

3. 実行のための準備とその確認手順（Windows 前提）

3.1 プログラムファイルの準備

第5章のソースコードをテキストエディタ（メモ帳，Windsurf 等）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）．

• カメラ画像の表示プログラム：camera.py
• カメラ，動画ファイルの表示プログラム：camera_video.py

3.2 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

3.3 動作確認チェックリスト

camera.py

camera_video.py

4. 概要・使い方・実行上の注意

4.1 カメラ画像の表示

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

• opencv-python の使用

  opencv-python は，OpenCV を Python から利用するためのものである．

• resize_frame 関数

  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する．

• メインループ

  while True ループ内で以下の処理を繰り返す．

  • カメラから1フレーム読み取り
  • フレームをリサイズ
  • カラーとグレースケールの2ウィンドウで表示
  • キー入力のチェック（'q'キーで終了）
• リソースの解放

  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．

• カスタマイズ

  resize_width 変数でリサイズ幅を調整できる．cv2.VideoCapture(0) の 0 を変更することで，異なるカメラを選択できる．

【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5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

4.2 カメラ，動画ファイルの表示

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ビデオ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）かビデオファイル（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．ビデオ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．対応するビデオファイル形式は .mp4，.avi，.mov である．

ソースコードは第5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. ソースコード

5.1 カメラ画像の表示

import cv2

resize_width = 640

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

5.2 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):
    h = int(frame.shape[0] * width / frame.shape[1])
    return cv2.resize(frame, (width, h), 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()

6. まとめ

6.1 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．

6.2 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．

6.3 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．

6.4 カメラとビデオファイルの選択的再生

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

6.5 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．