USBカメラで動画を保存する方法

長時間動画の撮影

 
お客様から、USBカメラで「長時間動画を撮影保存したい。」というご要望をいただくことがあります。

弊社USB3.0カメラでは、TriggerRECというソフトウェアを用意しており、簡単に長時間動画ができます。

 

 

長時間録画ソフトウェアの特長

 
※H.264圧縮(.mp4)/非圧縮(.avi)形式での動画録画が可能。
いつでも静止画を撮れるスナップショット機能、
外部信号とタイマーを組み合わせた多彩な録画/停止トリガー機能
など、多彩な機能も付属しております。

弊社USB2.0カメラでは、付属の標準付属のViewerソフトウェアで録画が可能ですが、書き出すAVIファイルの規格が古く、ファイルサイズの上限に2Gバイトの制限が存在します。
短い時間でよければ、このViewerソフトウェアが使えます。
(130万画素タイプ(1280X1024)で30fpsの場合15秒程度録画できます)

 

 

 

 

 

 

複数台数のUSBカメラを同時に1台のPCで使う場合の注意

使うカメラの選択

 
1台のPCで複数のカメラを使うことは基本的に可能です。 但し、同一機種での複数台同時使用ができない機種もあります。
 

 

カメラ台数の上限

 
基本的に、まずは帯域で考えます。

1台の300万画素カメラを10fpsで動かす場合、3M×10fps=30Mバイト/秒です。(1画素:1バイト計算)

USB2.0の帯域は480Mbpsですが、最高速度が出せるバルク転送モードで上限が約52Mバイト/秒と仕様で決められています。
よって2台以上の同時使用は不可能になります。(30×2 > 52)

USB3.0の帯域は5Gbpsですが、仕様では8ビットデータが10ビットの信号に変換されて送られるので、実際のデータ転送速度は4 Gbps = 500 Mバイト/秒が理論上の上限です。
よって500÷30で最大16台が同時に使えることになります。
(これは帯域だけの話で、実際には制御用データ通信等が割り込むので16台未満になります)

複数台数のカメラを使うのであれば USB3.0をご使用いただくのが最善です。

 

 

CPU能力

 
複数のカメラ影像を同時に画像処理するとCPUにかなりの負荷がかかることが予想されます。
使うソフトにもよりますので実際には試すしか方法はありませんが、基本的には処理能力の高いCPUを使うべきです。
 

 

 

 

DirectShowとは

USBカメラを探していたりするとDirectShowという言葉が良く出てくるかと思います。

専門知識がないと深く理解することが難しいのですが、難しい部分を抜きにして
簡潔に言うとDirectShowとはWindowsで映像を扱うプログラミングするための共通のプラットフォームです。

Windowsの映像の分野では汎用的に広く使われております。

ドライバーがDirectShow仕様に準拠しているUSBカメラは
DirectShow対応としてプログラムされたアプリケーションであれば使用することが出来ます。

ユーザーにとっては、カメラに付属されているViewerを使用しなくても
市販の汎用ソフトが使えるということがメリットとなります。

注:DirectShow仕様に準拠したカメラドライバーでも多種多様の映像形式が存在しております。
  アプリケーション側で全てに対応していないことが散見されますので、実際に動作可能かは
  お試し版等を使用し、問題ないかどうかご確認頂くのが良いかと思います。

 

 

 

 

 

産業用レンズ選定

産業用カメラのレンズの選び方

 
産業用カメラはレンズが付属されていないことが殆どです。
その為、使うカメラが決まると次にレンズを選定する必要があります。
ただレンズの選定には少し知識が必要となります。
レンズのスペック表を見てもどのレンズを選べば良いのか分からない事が多いと思います。

レンズの選定でもっとも重要なパラメータは、そのカメラで映し出したいエリアと対象物までの距離となります。
例:30cm角を出来る限り画面いっぱいに映し出したい、カメラは1mは離したい。

上記例の様なご希望があれば、レンズ選定は一気に楽になります。
例の様なご希望を我々レンズ選定のプロにご相談頂ければ最適なレンズをご紹介いたします。

ただ自分でもレンズを選定したいという方は下記方法で選定することも可能です。

①計算をして自分でレンズ選定したい場合

 
固定焦点レンズの場合、エリアをレンズのf値から計算することが出来ます。
ご希望のエリアをセンササイズの縦横比で考えます。
カメラセンサの縦横比が4:3であれば、視野も4:3となります。
上記例30cm角を映し出したいのであれば
40cm(水平方向)×30cm(垂直方向)の視野を確保するようにします。

f値=(対象物までの距離(mm)×カメラの素子サイズ(水平または垂直(mm)))/撮影したいエリア(水平または垂直(mm))

水平、垂直方向のどちらの値を使ってもOKです。(計算で素子サイズの垂直を選んだ場合はエリアも垂直に合わせてください)
垂直方向で計算すると
f値=(1000×4.8)/300 となり
f値は16mmとなります。

計算した結果がf値=20など、レンズラインナップに無いf値の場合は近いレンズを選んでください。
20に近いレンズで16と25があります。
16を選ぶと希望のエリアより視野が広く、25を選ぶと希望のエリアより視野が狭くなります。

より詳しく知りたい方は下記リンクをご参照ください。

カメラのイメージサイズ

 

②計算をせずに自分でレンズ選定したい場合

 
実は弊社HPに条件を入れるだけで勝手に計算してくれる便利な計算機があります。
カメラを選択し、距離を入力するだけで最適なレンズが算出されます。
計算機のURLは下記リンクをご参照ください。

CCTVレンズ計算機

 

①②を活用すればいつでも、今自分が欲しいレンズが選定可能です。

もちろん我々レンズ選定のプロを頼って頂いても良いのでお気軽にご相談ください。

 

 

 

 

 

産業用カメラとWebカメラの違い

Cマウントの産業用カメラとWebカメラの違い

外観検査や観察等に採用される産業用カメラ。
その中からCマウントの産業用カメラ(FAカメラ)、Webカメラの違いについてご紹介いたします。
 

 

人がやっている外観検査やカウントでは以下の問題のどれかが必ず発生しています。

 

 

 

Webカメラで問題になるのは・・・

 
USBカメラと聞くとイメージされやすいのがWEBカメラです。
ネットや量販店でも販売されており、PCに繋いだだけで映像が映し出されます。

非常にお手頃な価格で販売されており、入手も簡単です。

ただWEBカメラは産業や工業の場では採用されないことが殆どです。
一番の原因としてはレンズの交換が出来ない事だと考えられます。

WEBカメラは基本レンズが内蔵されています。

カメラとレンズが付いた状態で一つのケースに収まっています。
レンズ込で価格が5千円~2万円程度なので非常にお手ごろですが、レンズの交換が出来ないという所がデメリットとなります。
カメラに画素数があるようにレンズにも対応画素数があります。
最近カメラは高画素でも比較的安価ですが、レンズはそうではありません。
WEBカメラで500万画素とうたっていても、レンズは恐らく100万画素にも満たないレンズが付いています。
その為、映像が鮮明ではなく、画素数が高い割にぼんやりした映りとなります。

産業用カメラは基本的にカメラ本体とレンズと分かれています。

 

便利な産業用カメラとは・・・

 
産業用USBカメラ
 
産業用カメラにはCマウント、CSマウント、Sマウントと呼ばれるいくつかの規格があります。
このマウントに合うレンズは別途用意をして装着します。
レンズが選別できることで、映し出したいエリアや対象物からカメラの離したい距離等、選択肢が豊富です。
またカメラの画素数に合わせて、レンズの対応画素も選択できるため、鮮明な映像が得られます。

映し出される映像に対して自由度が非常に高いので、産業や工業の場では産業用カメラが選ばれております。

 

 
 

 

 

 

 

産業用カメラの選定

USBカメラ、GigEカメラ、ハイブジョンカメラなど様々な種類がある産業用カメラ。
今回は接続方法別にメリットデメリットをご紹介いたします。
 

 

■USBカメラ

 

産業用USBカメラ

 
USBポートを使用しPCに接続させ、様々なアプリケーションが使用可能です。
様々な場面で活用されており、最もスタンダードな産業用カメラです。
 
<メリット>
汎用性が高く、手軽に接続が可能。
コストが安い。
USBカメラ用のアプリケーション(ソフトウェア)が多々あるので、
やりたい事によってアプリケーションが選べる。
USB3.0タイプを選ぶと高フレームレートが可能。
画素数によるラインナップが豊富。
 
<デメリット>
ケーブル用が短い。
PCスペックに依存する。
 

 

■GigEカメラ

 

GigEカメラ

 
LANポートを使用し、PCに接続。USBカメラに近い使い方が可能です。
LANケーブル使用のため、安定した通信と長距離接続が可能です。

 

 
<メリット>
 
ケーブル長が長く、LANで100m、光ファイバーで更に長距離にも対応可能。
通信が安定しており、ノイズにも強い。
USB3.0相当のフレームレートで動作可能。
 
<デメリット>
 
接続にPOEインターフェースを用意する必要がある。
USBカメラほど汎用性のあるアプリケーションが少ない。
 

 

■HDMIカメラ

 

 
PCを使用せずに簡単に映像を映し出すことが可能です。
モニタリングに特化しており、映像の色の再現性が非常に優秀です。

 

 
<メリット>
 
モニターに直結なので、簡単に使用可能
カメラにメモリーを積み、計測機能が付属しているタイプもあり、PCなしで計測が可能
色の再現性、フレームレートも高いため、検査などのモニタリングに最適
カメラの感度が高い機種もあるため、ボアスコープと組み合わせることも可能
 
<デメリット>
 
後から機能を追加したい場合はハードを買い換える必要がある。
静止画保存等を行う際に外部機器が必要な場合がある。
 

 

産業用カメラの選び方

 

 

カメラのイメージサイズ(撮像素子サイズ)

Cマウントカメラの仕様書にはかならず、「イメージサイズ」、「撮像素子サイズ」が記載されています。
同じレンズを装着した場合、素子サイズが小さい方が視野が狭くなります。
また、このサイズは、視野の計算(レンズの選択)時に必要な値となります。
1画素のサイズもこれで計算できます。
例えば、130万画素(1280 X 1024)の1/2.5インチの撮像素子であれば
水平方向  5.6mm/1280画素=0.0044mm/dot
垂直方向  4.2mm/1024画素=0.0041mm/dot   となります。

ちなみに、レンズ側の仕様書にも、「1/2インチカメラ対応」等の記載があります。
この場合、「1/2インチカメラだけに対応している」という意味ではなく、「1/2インチ以下のカメラならば使える」という意味です。
但し、上にも記載したとおり、視野は変わってしまいます。

弊社が主に使っている  1/2インチ、1/2.5インチ、1/3インチ 撮像素子のサイズは下記の通りです。

<USBカメラ(4:3カメラ)>

<ハイビジョンカメラ(16:9カメラ)>
 

 

 

 

 

DirectShow対応カメラとは

DirectShowとは、マイクロソフトが提供した、動画の変換ライブラリーやプログラムに使用できる命令、関数、規約の集合です。
非常に簡単かつ乱暴に説明すると、これに対応したカメラには、共通の命令(プログラム上の)で操作ができるということになります。

つまり、USBカメラをPCが認識していれば、アプリケーションソフトはカメラに付属したものを使わなくても、カメラを操作できるということになります。
(PCにカメラを認識させる作業は別途必要な場合があります。)

つまり、他社のアプリケーションソフトも活用できるということになります。
普通に映像を映し出すViewソフト、画像の計測を行うソフト、自動外観検査ソフト、3D合成ソフトなど用途に合わせて、必要なソフトを入手して使用することができます。
実際にソフトウエアのみを販売している会社も様々あります。

但し、カメラから出力される映像フォーマットにいくつかの種類があって、アプリケーションソフトがこの映像フォーマットに対応している必要はあります。 映像フォーマットとしては、YUY2、RGB24、RAW16 等があります。 ソフトウエアのみで販売されているものは代表的な映像フォーマットをカバーしていますが、カメラに付属されているものの中には、そのカメラの映像フォーマットのみに対応しているものもあります。

 

 

 

 

CMOSとCCDの違い

CMOSを採用したカメラが出始めた頃、CCDとは下記のような違いがあるといわれていました。

1. CCDの方が自然な色合いの描写が得られる。
2. CCDの方が影像が鮮明。
CMOSは影像に滲みのようなものが僅かに発生して鮮明さが落ちる。
3. CMOSはローリングシャッターなので動きに弱い
 「コマ落ち」や「動きがぎこちない 」とは異なる、歪(変形)や残像が発生する。

このようにCMOSは粗悪とのイメージが定着している時期もありましたが、年々CMOSの性能は上がっており、CCDに比べても遜色がなくなっています。
強いて違いを上げるなら

 
<CCDは・・・>
1. スミアが発生する。
2. CMOSよりも価格が高いことが多い。
3. CMOSと比べて消費電力が大きい。
  → 電池で動作するデジカメ、ビデオカメラ等では不利
4. 撮像素子の部分読み出しができない。
  → CCDカメラは解像度を落としてフレームレートを上げることができない。
 
<CMOSは・・・>
1. CMOSの構造上、各々の画素にアンプがあり、その性能のバラツキが原因でパターン状のノイズが大なり小なり発生する。
2. CMOSの製造工程はCPUやLSIのそれと似ていて、CCDと比べるとローコストで製造できる。
3. CCDよりも低電圧で動作させることができるので読み出しの高速化がしやすく、解像度も上げやすい。
4. 撮像素子の部分読み出しができる。
  → CMOSカメラは解像度を落とすことでフレームレートを上げることがでる。
 
CCDにはスミア、CMOSにはパターンノイズというそれぞれに大きな欠点がありますが、CMOSのパターンノイズは製造技術の進歩と補正技術によって年々目立たなくなっています。

また、
  CMOS → ローリングシャッター → 動きに弱い
  CCD → グローバルシャッター → 動きに強い
という図式も以前にはありましたが、現在はグローバルシャッター仕様のCMOSも製造されています。

結局のところ、以前まではデバイスメーカーが開発の主軸をCCDに置いたところが、今では主軸がCMOSに代わり、技術投資がCMOSに向けられたことで性能が良くなってきているということです。
よって現在ではCCD>CMOSという図式は必ずしも成り立たず、画質や性能の優劣は各々の素子の違いによるものになっています。

ソニー社等センサーメーカーがCCD生産を終了したこともあり、これまでCCDを使っていた現場でもCMOSへの置き換えが進んでいます。
松電舎ではCMOSでグローバルシャッタータイプのカメラを用意しており、CCDからの置き換えがスムーズに進むようにご案内しております。
(価格はCMOSに優位性があるため、現場でのコストダウンにつながります。)

 

 

 

 

 

グローバルシャッターとは

グローバルシャッターとは
グローバルシャッターは「同時露光一括読み出し」ともいいます。
全画素同時タイミングで映像を取得します。
 
(1)動いているものを撮影する時
(2)ストロボ照明を使う場合
グローバルシャッターの方が優位になります。
 
弊社ではグローバルシャッター方式の産業用カメラも用意しています。
 

 

 

 

 

マイクロスコープなんでも辞典

 

ローリングシャッターとは

<ローリングシャッターとは>
ローリングシャッターは「ライン露光順次読み出し」とも言います。
1~数ラインを1つのラインブロックにして、このラインブロック毎の露光を上から下に順番に行って1つの映像にします。
ラインブロック内は同時タイミングですが、ラインブロック毎には時間差があります。
 
基本的にローリングシャッターはストロボ撮影には不向きです。
>映像の下方が暗くなる、もしくは映らない症状が出ます。
 
ローリングシャッターにはグローバルシャッターに比べて以下の優位性があります。
・製造コストが安い
・高解像度化が行いやすい

ローリングシャッターで問題になるのは動体・移動物を撮影する場合で、静止物を撮影する場合には問題がありません。

 
弊社では高解像度のカメラにローリングシャッター方式を採用して低価格化を実現しています。
 

 

 

 

 

マイクロスコープなんでも辞典

 

CマウントカメラをCSマウントとして使う方法

CマウントとCSマウントはネジ径は全く同じです。
バックフランジ(レンズ端面から撮像素子までの距離)が異なるだけです。
CSマウントの方が5mm短くなります。

カメラによっては、先端に5mm厚のリング(Cマウントリング)をとりつけてCマウントカメラにしている場合があります。

この場合、Cマウントリングを外せばCSマウントとなりCSマウントカメラとしてご使用いただけます。

 
 

 

 

 

マイクロスコープなんでも辞典

 

産業用USBカメラ映像の色について(ホワイトバランス)

実物とカメラの色味が極端に異なるときは、ホワイトバランス補正が必要です。
ホワイトバランス補正とは光源の色味(色温度)による色の違いを補正して、実際の色に近付ける機能です。
例えば映像が光源=太陽光ではオレンジや黄色っぽく、光源=蛍光灯では緑や青緑っぽく写る事が多いのですが、この状態を補正します。
民生のデジタルカメラでは自動補正や日光配下・蛍光灯配下補正等のすでにプリセットされた機構で簡単に補正できるようになっていますが、産業用カメラではより厳密に、また様々な光源に対応できるような補正機構になっています。
 
●通常の補正方法

顕微鏡側のカメラの接続部がCマウントの場合、Cマウント部にも倍率があります。
1) 白い紙などを画像全体に写るようにする。

2) 明るさ/コントラスト/ゲインをリセットした状態にして、明るさをレンズの絞りで飽和しないように調節する。
明るさが飽和すると正しく補正できません。
できるだけ明るく、かつ明るさが飽和しないようにすることがベストですが、飽和しているかどうかわからない場合は少々暗めにすると良いでしょう。

3) カメラプロパティ等にある White Balance の One push ボタンをクリックする。

※ 蛍光灯下の場合は映像が明滅してうまく補正できないことがあります。
この場合は明滅が穏やかになるよう、一時的に Clock の値を下げてから補正して下さい。

 

 

●手動による補正方法
 
白い物を用意できない、暗い環境下でかつ非常に強いの光を撮影する等、通常の補正方法では意図した色にならない場合は手動で補正します。

1) カメラの設定を全てデフォルトに戻す。

2) 撮影する環境下でなるべく白っぽい物が多い景色を映す。
このとき、明るさをレンズの絞りで飽和しないように少々暗めに調節する。

3) カメラプロパティ等にある White Balance の One push ボタンをクリックする。
クリックして、色が大きく異なっていなければOKです。
全く色味が合わないときは、4)へ進んでください。

4) 撮影したい物を写し、カメラプロパティ等にある Red/Blue/Greenに関する値を 手動で調整して、実際の色味に近づける。

※ 蛍光灯下の場合は映像が明滅してうまく補正できないことがあります。
この場合は明滅が穏やかになるよう、一時的に Clock の値を下げてから補正して下さい。

 

 

 

 

マイクロスコープなんでも辞典

 

USBカメラでwarning C4996が出た時

Windows [2.0.4.6]の ICubeSDKSample_x32_x64_vs2010のプロジェクトで以下のワーニングが出ることが報告されています。

a) warning C4996: ‘MBCS_Support_Deprecated_In_MFC’: MBCS support in MFC is deprecated and may be removed in a future version of MFC.

stdafx.hの「#define VC_EXTRALEAN」の下あたりに以下の1行を追加することでワーニングを抑制できます。

#define NO_WARN_MBCS_MFC_DEPRECATION

b)warning C4996: ‘CWinApp::Enable3dControlsStatic’: CWinApp::Enable3dControlsStatic is no longer needed. You should remove this call.

このワーニングは「MFCの使用」を「スタティックライブラリで MFC を使用する」に設定しすると出ます。
Enable3dControlsStatic()関数は古い仕様で現在は必要ないので、
ICubeSDKSample.cpp の CICubeSDKSampleApp::InitInstance()にある以下の行をコメントアウトしてください。

Enable3dControlsStatic(); // Diese Funktion bei statischen MFC-Anbindungen aufrufen

 

 

その他にもUSBカメラについての技術的な情報を多数掲載しております