Pythonで作る簡単監視カメラ　Raspberry Pi + カメラモジュール + 焦電型赤外線センサー

# はじめに
Raspberry Piとカメラモジュール等の部品を組み合わせて、監視カメラ:camera_with_flash:を作りました。
焦電型赤外線センサーで検知を行い、赤外線検知時に画像を保存します。また、Flaskを使用してブラウザからモニタリングができます。

焦電型赤外線センサーは、周囲の人や動物から発せられる赤外線（熱）を検知します。また、動きのある熱源に反応して出力を行います。最大検知距離は気温等の環境条件により、8mほどです。

本記事は、Raspberry Piとカメラモジュール並びに焦電型赤外線センサーを使用したレシピです。

**コンセプトは手間をかけることなく全て、Pythonで作ることをテーマに作りました。**

本プログラムは全てPythonでできています。
htmlファイルもPythonで生成しています。

![スクリーンショット 2018-08-05 15.24.48.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/221759/5e6fd5ea-7695-24d0-7d34-a15ee98790fa.png)

## 全体概要
フロントはFlaskを使用して、表示するhtmlファイルはPythonで生成しています。
焦電型赤外線センサーで検知時に、画像はFlaskの静的ファイルディレクトリであるstaticディレクトリに保存します。また、合わせてファイル名をSQLiteのデータベースに保存し、htmlファイル内では最新20件のファイル名を取り出してテーブル表示させています。

**ポイントは、保存した画像のファイル名を取り出すときにURLを指定してアクセスできるように実装しました。本プログラムは100行未満で、生成されるhtmlファイルもわずか約4KB程度です。**

![監視システム.jpg](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/221759/1de44bd8-6385-cccd-824b-6a6172451667.jpeg)

ブラウザよりファイル名を選択してクリックすると、http://<IP Address>/static/<File Name>にアクセスすることでFlaskのstaticディレクトリ以下の画像を参照します。

![スクリーンショット 2018-08-05 15.24.23.png](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/221759/1a8bca6a-1430-be2d-eb6c-94511583230d.png)



## 構成
必要な部品は以下になります。

- 部品一覧

| 部品      |   数量 |
|:---------|:-----------|:-----------|
|Raspberry Pi PiNoir Camera V2  　|１個　|
|焦電型赤外線センサー 　　|１個　|
|ジャンパー線（メス-メス） 　　|３本　|

![写真 2018-08-05 14 04 47.jpg](https://qiita-image-store.s3.amazonaws.com/0/221759/f17dfe5b-9493-44c2-0c0a-2145d1dcea16.jpeg)

## プログラム
Flaskを起動するプログラム（Flask.py）を実行するディレクトリに、templatesとstaticディレクトリを作成します。

デーベース処理は、以前書いた[Raspberry Piで計測したデータをグラフ化　全部のせPython（SQLite + Bokeh + Flask）で作るグラフアプリ](https://qiita.com/Brutus/items/383acea6b2d294b45b6b)より流用しました。

### camera.py

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

import picamera
import time
import RPi.GPIO as GPIO
import sqlite3
import datetime

PICTURE_WIDTH = 800
PICTURE_HEIGHT = 600
SAVEDIR = "/home/pi/python/static/"
INTAVAL = 10
SLEEPTIME = 5
SENSOR_PIN = 9

GPIO.cleanup()
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(SENSOR_PIN, GPIO.IN)

cam = picamera.PiCamera()
cam.resolution = (PICTURE_WIDTH,PICTURE_HEIGHT)
st = time.time() - INTAVAL

# データベースに書き込み
def sqlite_insert():
    dbname = '/home/pi/python/monitoring.db'
    con = sqlite3.connect(dbname)
    cur = con.cursor()
    output_time = datetime.datetime.now()
    output_time = "{0:%Y-%m-%dT%H:%M:%SZ}".format(output_time)
    data = (output_time, (filename))
    cur.execute('insert into monitoring (date, filename) values (?,?)', (data))
    con.commit()
    con.close()

# データベースから取り出し
def sqlite_select():
    dbname = '/home/pi/python/monitoring.db'
    con = sqlite3.connect(dbname)
    cur = con.cursor()
    cur.execute('SELECT filename FROM monitoring order by date desc limit 20')
    global fn
    fn = [(y[0]) for y in cur.fetchall()]
    con.close()

# htmlファイル生成
def html_create():
    url = "http://<IP Address>:5000/static/"
    with open("/home/pi/python/templates/monitoring.html", "w") as file:
     file.write("<!doctype html>")
     file.write("<html lang=\"en\">")
     file.write("<head>")
     file.write("<meta charset=\"utf-8\">")
     file.write("<meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width, initial-scale=1, shrink-to-fit=no\">")
     file.write("<link rel=\"stylesheet\" href=\"https://stackpath.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.1.3/css/bootstrap.min.css\" integrity=\"sha384-MCw98/SFnGE8fJT3GXwEOngsV7Zt27NXFoaoApmYm81iuXoPkFOJwJ8ERdknLPMO\" crossorigin=\"anonymous\">")
     file.write("<title>Monitoring system</title>")
     file.write("</head>")
     file.write("<body>")
     file.write("<h1 class=\"display-4\">Monitoring system</h1>")
     file.write("<div class=\"alert alert-warning\" role=\"alert\"><input type=\"button\" value=\"Reload\" class=\"btn btn-info\" onclick=\"window.location.reload(true);\"> A simple warning alert—check it out!</div>")
     file.write("<table class=\"table table-striped\">")
     file.write("<thead class=\"thead-dark\">")
     file.write("<tr>")
     file.write("<th scope=\"col\">Filename</th>")
     file.write("</tr>")
     file.write("</thead>")
     file.write("<tbody>")
     for i in fn:
         file.write("<tr>")
         file.write("<th scope=\"row\"><a href=" + url + i + ">" + i + "</a></th>")
         file.write("</tr>")
     file.write("</tbody>")
     file.write("</table>")
     file.write("<script src=\"https://code.jquery.com/jquery-3.3.1.slim.min.js\" integrity=\"sha384-q8i/X+965DzO0rT7abK41JStQIAqVgRVzpbzo5smXKp4YfRvH+8abtTE1Pi6jizo\" crossorigin=\"anonymous\"></script>")
     file.write("<script src=\"https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/popper.js/1.14.3/umd/popper.min.js\" integrity=\"sha384-ZMP7rVo3mIykV+2+9J3UJ46jBk0WLaUAdn689aCwoqbBJiSnjAK/l8WvCWPIPm49\" crossorigin=\"anonymous\"></script>")
     file.write("<script src=\"https://stackpath.bootstrapcdn.com/bootstrap/4.1.3/js/bootstrap.min.js\" integrity=\"sha384-ChfqqxuZUCnJSK3+MXmPNIyE6ZbWh2IMqE241rYiqJxyMiZ6OW/JmZQ5stwEULTy\" crossorigin=\"anonymous\"></script>")
     file.write("</body>")
     file.write("</html>")

while True:
    if (GPIO.input(SENSOR_PIN) == GPIO.HIGH) and (st + INTAVAL < time.time()):
       st = time.time()
       filename = time.strftime("%Y%m%d-%H:%M:%S") + ".jpg"
       save_file = SAVEDIR + filename
       cam.capture(save_file)
       sqlite_insert()
       sqlite_select()
       html_create()
    time.sleep(SLEEPTIME)

```

### Flask.py

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

from flask import Flask, render_template

app = Flask(__name__)
@app.route('/')
def index():
    return render_template('monitoring.html')
app.run(host='0.0.0.0', debug=True)
```

## ナレッジ

- **Pythonによるhtmlの生成**  
本プログラム作成にあたり、htmlを生成するライブラリを探しました。パーサーなどはみつかりましたが、使えそうなhtmlを生成するライブラリは見つからなかったので、with openで書いて生成しました。
- **データベースにおける画像の保存形式**  
画像をデータベースに保存するときの考慮点が、画像データを直接保存するか、パスで保存するかだと思いますが、本プログラムは実装を簡単にするため、ファイル名で保存しています。セキュリテイ的にはデータベースに画像を保存した方がいいと考えますが、ケースバイケースだと思うので、アプリに合わせた保存形式の選択（※）を。

（※）画像をデータベースに保存すると容量を消費するので、AWS等クラウドを使用した開発を行うなら、画像データはデータベースに保存しない方が、ウェブサイトのレスポンスを大きく改善し、ウェブアプリケーションのスケールに対して役立ちます。

- **焦電型センサーの耐久性**  
焦電型センサーは消耗品です。壊れると人がいないのに誤検知するので、動きがおかしいと思ったときはセンサーを確認しましょう。（※）

（※）GPIOの接続を間違えると、センサーが熱くなり簡単に壊れます。

- **Bootstrap**   
本プログラムのデザインはBootstrapを使用しています。CDNで読み込むことで、ファイルのダウンロード不要、ブラウザキャッシュの高速化、何より実装が楽です。最低限、たったの3行書けば利用できます。

# さいごに
Raspberry Pi使えばネットワークカメラ不要です。
応用として、外部からアクセスできるようにすればインターネットカメラとして利用もできますが、インターネット接続をする場合はセキュリテイ対策を行いましょう。

監視カメラは、介護、ペット、防犯等利用用途はたくさんあります。また、Messaging APIなどのAPIと組み合わせれば、通知する仕組みも簡単にできます。

夏休みシーズン:sunflower:なので、自由研究の工作にいかかでしょうか。