[OpenCV]ArUcoマーカー検出のサンプルスクリプト #Python

はじめに

OpenCVのARマーカーのライブラリArUcoのPython3サンプルスクリプトです

サンプルスクリプト

ソースをgithubにおきました。

参考リンク

[Open CV] OpenCVの描画機能

準備

環境

Windows10,Python 3.8.6 を使いました。
ストリーミングを使う場合は、カメラモジュールを付けたRaspberry Pi 3 model Bを使いました。
ラズパイにはMJPEG-Streamerでストリーミングができるようにしています。

OpenCVインストール

Python3 が使える環境なら以下のコマンドでインストールすればOpenCVが使えるはずです。

$ pip install opencv-contrib-python

ARマーカー画像の作成

以下スクリプトを実行するとARマーカーが出力されます(ar.png)
githubのopcv_outputARmark02.pyを実行すると他のマーカーも出力できます。

opcv_outputARmark01.py

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-

import cv2
aruco = cv2.aruco
dictionary = aruco.getPredefinedDictionary(aruco.DICT_4X4_50)

def arGenerator():
    fileName = "ar.png"
    # 0: ID番号，150x150ピクセル
    generator = aruco.drawMarker(dictionary, 0, 150)
    cv2.imwrite(fileName, generator)
    img = cv2.imread(fileName)

arGenerator()

スクリプトの実行コマンド

$ python opcv_outputARmark01.py

出力されるマーカーar.pngです。

サンプルスクリプトの概要

githubに格納したデータの概要です。

ファイル名	検出対象	描画	出力
opcv_outputARmark01.py	－	ARマーカー	画像
opcv_outputARmark02.py	－	ARマーカー	画像
opcvCapImg01_drawID.py	画像	ID
opcvCapImg02_drawText.py	画像	文字
opcvCapImg03_drawLine.py	画像	線
opcvCapImg04_drawRectangle.py	画像	四角形
opcvCapImg05_drawCircle.py	画像	円
opcvCapImg06_drawPolylines.py	画像	多角形
opcvCapImg07_drawIMG.py	画像	画像
opcvCapImg08_drawAxis.py	画像	3D軸
opcvCapVideo01_drawID.py	動画	ID	－
opcvCapVideo02_drawID_outMP4.py	動画	ID	動画
opcvCapVideo03_drawRectangle_outMP4.py	動画	四角形	動画
opcvCapVideo04_drawText_outMP4.py	動画	文字	動画
opcvCapVideo05_drawAxis_outMP4.py	動画	3D軸	動画
opcvCapVideo06_drawImg_outMP4.py	動画	画像	動画
opcvCapVideo07_drawVideo_outMP4.py	動画	動画	動画
(dummy)test-mapping.mp4____.txt	－	－	－
(dummy)test-video.mp4____.txt	－	－	－
test-img01.png	－	－	－
test-img02.png	－	－	－
test-img03.png	－	－	－
test-mapping.png	－	－	－

カラム説明
- 検出対象
  - ARマーカーを検出する対象
  - 画像
    - PNG形式の画像を使用します
  - 動画
    - 以下3種類の形式を含みます
      - MP4形式の動画
        
        ストリーミング(ラズパイ＋カメラ)
        
        カメラデバイス（WindowsPC＋カメラ）
- 描画
  - 検出したARマーカーに付与する情報の種類
  - (ID, 文字, 画像, 動画など)
- 出力
  - 実行結果をファイル出力する形式
  - (画像, 動画)
ダミーファイル
- mp4ファイルの変わりにダミーのテキストファイルを格納している
- (dummy)test-mapping.mp4____.txt
  - test-mapping.mp4のダミーファイル
  - https://youtu.be/S-h031SBLaQ
- (dummy)test-video.mp4____.txt
  - test-video.mp4のダミーファイル
  - https://youtu.be/qlqU_y5hu0k
- 動画データはこちらでダウンロードできます
  - https://note.com/agw/n/na2f22f876228
画像ファイル
- ARマーカー検出用の画像
  - test-img01.png
  - test-img02.png
  - test-img03.png
- マッピング用の画像
  - test-mapping.png

画像からマーカーを検出するスクリプト

[IMG-01] IDを描画:opcv_outputARmark01.py

aruco.drawDetectedMarkers(img, corners, ids, (0,255,0))で検出した全てのARマーカーに対し、IDとマーカーの4隅を頂点とした四角形を描画します。

[IMG-02] 文字を描画:opcvCapImg02_drawText.py

cv2.putText(・・・)で文字を描画します。サンプルではマーカーの4隅の座標を描画しました。

[IMG-03] 線を描画:opcvCapImg03_drawLine.py

cv2.line(・・・)で直線を描画します。

[IMG-04] 四角形を描画:opcvCapImg04_drawRectangle.py

cv2.rectangle(・・・)で四角形を描画します。

[IMG-05] 円を描画:opcvCapImg05_drawCircle.py

cv2.circle(・・・)で円を描画します。

[IMG-06] 多角形を描画:opcvCapImg06_drawPolylines_outImg.py

cv2.polylines(・・・)で多角形を描画します。

[IMG-07] 画像を描画

[IMG-08] 3D軸を描画

動画からマーカーを検出するスクリプト

※動画 test-video.mpを使用した実行結果を紹介します。

[VIDEO-01] IDを描画:opcvCapVideo01_drawID.py

マーカーを検出しIDを描画します。他の動画系のサンプルと違い結果を動画出力しません。

https://youtu.be/XVpjjGrzeAw

[VIDEO-02] IDを描画し動画ファイルを出力:opcvCapVideo02_drawID_outMP4.py

[VIDEO-01]と同様に、マーカーを検出しIDを描画します。

https://youtu.be/XVpjjGrzeAw

[VIDEO-07] 動画を描画し動画ファイルを出力:opcvCapVideo07_drawVideo_outMP4.py

検出したマーカーに動画ファイル(MP4)を描画します。出力した動画には、マーカーに合わせて描画した動画が含まれない(?)らしく、出力した動画には正しく描画されませんでした。

https://youtu.be/jqJlxl5lzkI

カメラデバイスやストリーミングを使用する場合

cv2.VideoCapture(・・・)は、カメラデバイスやMJPEG-Streamerにも対応しています。
cv2.VideoCapture(0)でカメラデバイスを、cv2.VideoCapture("http://{IP Address}:8090/?action=stream")でストリーミングを指定します。

以下の図のようにストリーミングに対しマーカー検出/描画ができるようになります。

ここの動画系のサンプルスクリプトで、カメラデバイス、ストリーミングが使用できることは確認しました。

ここのスクリプトでカメラデバイスやストリーミングを使う例を紹介します。opcvCapVideo07_drawVideo_outMP4.pyだと、以下に抜粋した変数targetVideo,outputVideoの値を変更すれば使用できます。

opcvCapVideo07_drawVideo_outMP4.py

# --- 抜粋 --- #

#targetVideo = 0 # カメラデバイス
#targetVideo = "test-video.mp4" # 動画
#targetVideo = "http://{IP Address}:8090/?action=stream" # MJPG-Streamer
targetVideo = "test-video.mp4"

#mappingVideo= 0 # カメラデバイス
mappingVideo= "test-mapping.mp4" # 動画
#mappingVideo= "http://{IP Address}:8090/?action=stream" # MJPG-Streamer
outputVideo= "editV07.mp4"

# --- 抜粋 --- #

例）ストリーミングからマーカーを検出し画像を描画した場合のサンプル

2021年、最初の作品は"合わせ鏡AR"です。#protoout #opencv pic.twitter.com/F1kZA6JtyT
— suo-takefumi (@zsipparu) January 1, 2021

例）ストリーミングからマーカーを検出し動画(MP4)を描画した場合のサンプル

"合わせ鏡AR" の動画バージョン
牛がキョロキョロしてます。#丑 #protoout #opencv #AR pic.twitter.com/FPn5ZWqvO1
— suo-takefumi (@zsipparu) January 1, 2021

参考：ストリーミングサーバーの構築

MJPG-Streamerのインストールはこちらを参考にしました。
https://qiita.com/suo-takefumi/items/2ae5527869dc13d038a9

まとめ

OpenCVの使い方を調べたのでその情報をまとめました。
OpenGLだと3Dオブジェクトも扱えるらしいので、そっちも調べようと思います。

[OpenCV]ArUcoマーカー検出のサンプルスクリプト