motionとZabbixによる監視カメラシステム

監視カメラというと高価な専用システムを連想しますが、PCサーバとUSBカメラを使うと安価に実現できます。自宅サーバに取り組んでいる人は一度は経験しているかもしれませんね。プライバシーや検出精度の問題など、まともに運用していくのは非常に難しいシステムともいえます。

今回は、カメラで取り込んだ画像から特徴量を抽出し、変化を監視するための基礎を考えます。画像処理やパターン認識は今後の課題とします。

必要なもの

USBカメラ
USB延長ケーブル
監視カメラサーバ
運用管理サーバ（私はAWS上のZabbix Serverを使いました）

監視カメラサーバと運用管理サーバは同一でも構いませんが、物理的に侵入された場合のデータ保全を考えると別拠点の方がよいでしょう。どこまでやるか次第です。

USBカメラの設置工事

外部からの侵入経路、もしくは、重要なものがある場所にカメラを設置します。光源の位置や逆光に注意しましょう。下記はうちで使用している製品です。これより少し古い製品かもしれません。

iBUFFALO Webカメラ Cmos130万画素 UVC対応ヘッドセット付シルバー BSW13K07HSV

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iBUFFALO Arvel USB2.0対応リピーターケーブル 5.0M ホワイト AUR09WH

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後から映り具合を調整するため、この段階ではカメラを仮止めしておきます。

監視カメラサーバの設定

motionというパッケージを使うと、USBカメラから取り込んだ画像の変化を検出し、画像や動画を残したりコマンドを実行したりできます。Gentoo LinuxではPortageツリーに取り込まれているため、emerge media-video/motionでインストールできます*1。

Linuxではビデオデバイスは /dev/video0 として認識されます。キャプチャカードを積んでいたりすると番号がずれるので注意してください。

/etc/motion.conf を編集します。要点のみ抜粋します。

# Videodevice to be used for capturing  (default /dev/video0)
# for FreeBSD default is /dev/bktr0
videodevice /dev/video0    # 環境に合わせて変更します


# Threshold for number of changed pixels in an image that
# triggers motion detection (default: 1500)
#threshold 1500
threshold 5000    # デフォルトでは敏感すぎるので鈍感にします


# イベント発生時にトラップを飛ばす設定を入れます

# Command to be executed when an event starts. (default: none)
# An event starts at first motion detected after a period of no motion defined by gap
on_event_start /usr/local/bin/motion-zabbix-sender 1 %D %N %K %L %i %J

# Command to be executed when an event ends after a period of no motion
# (default: none). The period of no motion is defined by option gap.
on_event_end /usr/local/bin/motion-zabbix-sender 1 %D %N %K %L %i %J

# Command to be executed when a camera can't be opened or if it is lost
# NOTE: There is situations when motion doesn't detect a lost camera!
# It depends on the driver, some drivers don't detect a lost camera at all
# Some hang the motion thread. Some even hang the PC! (default: none)
on_camera_lost /usr/local/bin/motion-zabbix-sender 0

後半のイベントで指定しているスクリプトは、Zabbix Serverにトラップを飛ばすためのものです。現時点では下記のデータを送信していますが、不要であれば削ってください。

表記	内容
%D	changed pixels
%N	noise level
%i	width of motion area
%J	height of motion area
%K	X coordinates of motion center
%L	Y coordinates of motion center

スクリプトはこんな感じ。SENDER_OPTIONSで、Zabbix ServerのIPアドレスやポートを指定してください。

#!/bin/sh
#
# motion-zabbix-sender
#
# Specify this script in motion.conf:
#   on_event_start /usr/local/bin/motion-zabbix-sender 1 %D %N %K %L %i %J
#   on_event_end   /usr/local/bin/motion-zabbix-sender 1 %D %N %K %L %i %J
#   on_camera_lost /usr/local/bin/motion-zabbix-sender 0
#
SENDER="/usr/bin/zabbix_sender"
SENDER_OPTIONS="-z xxx.xxx.xxx.xxx -p 10051 -s ${HOSTNAME}"

function send_trap () {
        ${SENDER} ${SENDER_OPTIONS} "$@" || logger -t motion "could not send trap: $*"
}

function send_motion_traps () {
        send_trap -k motion.alive -o "$1"; shift
        send_trap -k motion.changed_pixels -o "$1"; shift
        send_trap -k motion.noise_level -o "$1"; shift
        send_trap -k motion.center_x -o "$1"; shift
        send_trap -k motion.center_y -o "$1"; shift
        send_trap -k motion.width -o "$1"; shift
        send_trap -k motion.height -o "$1"; shift
}

if [ $# -gt 1 ]; then
        send_motion_traps "$1" 0 0 0 0 0 0
        send_motion_traps "$@"
else
        send_motion_traps "$1" 0 0 0 0 0 0
fi

運用管理サーバの設定

運用管理サーバではZabbixが設定されているものとします。監視カメラサーバから受信したトラップをZabbixに取り込む設定を追加します。下記はchanged pixelsの例です。

項目	設定値
説明	Motion changed pixels
タイプ	Zabbixトラッパー
キー	motion.changed_pixels　　※トラップのキーと合わせる
データ型	数値 (整数)
データの形式	10進数
単位	pixels

このままではトラップを受信した時点のみ値が記録されるため、そのままグラフ化するとノコギリ形になってしまいます。そこで、1分ごとに測定値を記録するようにします。

項目	設定値
説明	Motion changed pixels every minute
タイプ	計算
式	last(motion.changed_pixels)
キー	motion.changed_pixels_minute
データ型	数値 (整数)
データの形式	10進数
単位	pixels
更新間隔(秒)	60