超音波センサーで、近くに来た物体だけを撮影してみました

#ハードウェア

#Raspberry Pi（ラズパイ）

SIN

2020.10.09

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1 はじめに

CX事業本部の平内（SIN）です。

今回、超音波センサーとWebカメラを組み合わせて、近くに物体がある時だけ、撮影する仕組みを作ってみました。

「カメラの前に商品をかざしたタイミングで、商品を推論したい」というのが、最終的な目的です。

最初に、動作している様子です。

超音波センサーは、Webカメラの画角と同じ方向で、雑にくっつけました。センサー値の取得とWebカメラの制御は、RaspberryPiで処理されています。

なお、RaspberryPiでHC-SR04を使用する方法が、下記で詳しく解説されています。今回は、こちらを参考に作業させて頂きました。
参考：RaspberryPiで超音波を使った距離測定

2 超音波センサーモジュール HC-SR04

使用したセンサーモジュールは、HC-SR04です。

超音波距離センサ HC-SR04

以下は、ブレッドボードで動作確認している様子です。

↑ RasPI側の2番は、「5V」の誤りです。
参考:https://www.instructables.com/Simple-Arduino-and-HC-SR04-Example/

3 接続

Webカメラとセンサーは、マスキングテープで雑に巻いただけです。

Echo PINとGPIOの接続にだけ、制限抵抗が入っています。

4 コード

コードは、以下のとおりです。超音波センサーで常に距離を測定し、30cm以内を検出すると撮影開始となります。また、30cm以上のフレームが5回連続すると撮影は終了します。

# -*- coding: utf-8 -*-
import cv2
import time
import RPi.GPIO as GPIO
import smbus
import numpy as np

# Webカメラ
DEVICE_ID = 0 
WIDTH = 800
HEIGHT = 600
FPS = 24

# 超音波センサー(HC-SR04)
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(17,GPIO.OUT) # Trig
GPIO.setup(27,GPIO.IN) # Echo

def getDistance():
    GPIO.output(17, GPIO.LOW)
    GPIO.output(17, True)
    time.sleep(0.00001)        
    GPIO.output(17, False)
    while GPIO.input(27) == 0:
        signaloff = time.time()
    while GPIO.input(27) == 1:
        signalon = time.time()
    timepassed = signalon - signaloff
    return timepassed * (331.50 + 0.606681)* 100/2

def main():
    cap = cv2.VideoCapture (DEVICE_ID)

    # フォーマット・解像度・FPSの設定
    cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, WIDTH)
    cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, HEIGHT)
    cap.set(cv2.CAP_PROP_FPS, FPS)

    # フォーマット・解像度・FPSの取得
    width = cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH)
    height = cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT)
    fps = cap.get(cv2.CAP_PROP_FPS)
    print("fps:{}　width:{}　height:{}".format(fps, width, height))

    rec = False
    count = 0
    while True:

        # 距離の測定
        distance = getDistance()
        print("{:.1f} cm  rec:{}".format(distance, rec))

        if(rec == False):
            # 30cm以内を検出した場合に録画開始
            if(distance < 30):
                rec = True
                count = 0
        else:
            # 30cm以上の場合、カウント
            if(distance < 30):
                count = 0
            else:
                count += 1
        # 30cm以上のフレームが5を超えたら、録画終了
        if(count > 5):
            rec = False                

        # ダミーの画像（ブラック）
        frame = np.zeros((int(height), int(width), 3))

        # 録画中の場合、カメラ画像を取得する
        if(rec):
            # カメラ画像取得
            _, frame = cap.read()
            if(frame is None):
                continue

        # 画像表示
        cv2.imshow('frame', frame)

        if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
            break

    # オブジェクト破棄
    cap.release()
    cv2.destroyAllWindows()
    GPIO.cleanup()

if __name__ == '__main__':
    main()