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TTGO-Camera による定点観測・WEBサーバ経由の画像公開
2020.03.04

YouTubeでポイントを説明しています。画像をクリックすると再生できます。

今回は、TTGO-Cameraを用いて定点観測した画像をWEB公開する仕組みを構築します。

TTGO-Camera の画像を直接インターネットに流すのではなく、WEBサーバ側から定期的にTTGO-Cameraを呼び出して画像を取得・保存して、 保存した画像の中から最新の画像を公開します。

■TTGO T-Camera ESP32 WROVER & PSRAM Camera Module ESP32-WROVER-B OV2640 Camera Module 0.96 OLED (魚眼レンズ)


TTGO T-Camera はイメージセンサーにOV2640(オムニビジョン)を搭載、UXGA(1600×1200)解像度での撮影が可能です。 ESP32に小型LCD、人感センサーが付き、PSRAMは8Mバイトです。 技適取得済みですので安心して使用できます。

【T-Camera specification】
Master Chip: esp32 dual-core
Protocol: Wi-Fi 802.11 b/g/n & Bluetooth 4.2 BLE & BR/EDR
Flash: 4MBytes
PSRAM: 8MBytes
Display: SSD1306 I2C(OLED液晶128×64)
PIR: AS312(モーションセンサー)
Uart Chip: CP2104
Charging chip: IP5306 I2C
Camera: OV2640(カメラ2M pixel)

■TTGO T-Camera 動作確認
予め、GitHubで公開されているサンプルプログラムが書き込まれているので、 USBから電源供給すると、アクセスポイントモード(AP-Mode)で起動します。

WiFi接続に、TTGO-CAMERA-XX:XXを選択します。


http://2.2.2.1に接続すると設定画面が表示されます。
設定画面上部の解像度(Resolution)を適当に変更して、画面を下のほうにスクロール、[Start Stream]を押します。


カメラからの映像が表示されます。TTGO-Cameraの基板にカメラが逆さに取り付けられているので、画像の上下が逆になっています。


■開発環境・WEB公開環境
【開発環境】
プログラムのビルド、TTGO-Camera への書込み、画像ファイル転送テストを行います。
Platform : Raspberry Pi 2 Model B (ARMv7)
Distribution : Raspbian Stretch
【WEB公開環境】
TTGO-Camera からの定期的な画像取得およびその画像を公開します。
Platform : Raspberry Pi 3 Model B+
Distribution : ubuntu 18.04.3 server

■ライブラリ・ダウンロード

Interface 2020年 04 月号
今回の内容はこちらを参考にしています。一読されると理解を深められると思います。

使用するソースコードは下記よりダウンロードしてください。
Interface 2020年4月号 マイクロIoTカメラ
IF2004A.zip を解凍して、
→[IF2004A]
→[esp32_ttgo]
→[ttgo_wifi_httpd]
→[esp32_cam2]
→esp32_cam2.ino を使用します。


esp32-camera-master.zip
ソース解析用にこちらもダウンロードしておきましょう。

■esp32_cam2.inoの編集・ビルド

開発環境にはARMv7あるいはARMv8のラズベリーパイが必要です。後述しますが、TTGO-Camera を固定ローカルIPアドレスでブロードバンドルータに WiFi接続するようにプログラムの書き換えを行います。
また、プログラムを書き込むために、Raspberry Pi と TTGO-Camera をUSB接続します。

プログラムのビルドには、Platformioを使用します。
Arduino開発環境構築 PlatformIO

まずは、接続デバイスを確認します
$ platformio device list
/dev/ttyUSB0
------------
Hardware ID: USB VID:PID=10C4:EA60 SER=01B86EA3 LOCATION=1-1.5
Description: CP2104 USB to UART Bridge Controller

/dev/ttyAMA0
------------
Hardware ID: 3f201000.serial
Description: ttyAMA0
利用できるボードを確認します
$ platformio boards "espressif32"
Platform: espressif32
=======================================================================
ID            MCU    Frequency    Flash    RAM     Name
------------  -----  -----------  -------  ------  --------------------
esp32cam      ESP32  240MHz       4MB      320KB   AI Thinker ESP32-CAM
.....
開発環境の初期化を行います
$ mkdir ~/TTGO-Camera
$ cd ~/TTGO-Camera
$ platformio init -b esp32cam

esp32_cam2.ino を初期化により作成された srcディレクトリの下にコピーします。

余談ですが、はじめは開発環境に手軽なRaspberry Pi Zero Wを使おうと思ってました。
下記は、Raspberry Pi Zero W でビルドした結果です。
$ platformio run

Processing esp32cam (platform: espressif32; framework: arduino; board: esp32cam)
-----------------------------------------------------------------------
PlatformManager: Installing espressif32
Downloading [####################################] 100%
Unpacking [####################################] 100%
espressif32 @ 1.11.2 has been successfully installed!
The platform 'espressif32' has been successfully installed!
The rest of packages will be installed automatically depending on your build environment.
PackageManager: Installing tool-esptoolpy @ ~1.20600.0
tool-esptoolpy @ 1.20600.0 has been successfully installed!
PackageManager: Installing toolchain-xtensa32 @ ~2.50200.0
Error: Could not find a version that satisfies the requirement '~2.50200.0' for your system 'linux_armv6l'

platformioは以下のURLからパッケージを探します。
http://dl.platformio.org/packages/manifest.json

manifest.jsonの中身をみてみると
....
"toolchain-xtensa32": [
 {
  "sha1": "78fd686e27d2619a2691150a25015ab44ae5d7ca",
  "system": [
   "linux_armv7l",
   "linux_armv8l"
  ],
  "url": "http://dl.platformio.org/packages/toolchain-xtensa32-linux_armv7l-2.50200.80.tar.gz",
  "version": "2.50200.80"
 },
....
linux_armv61 は対象外なので、パッケージをダウンロードできませんでした。

開発環境をRaspberry Pi 2 (ARMv7)に換えてビルドします。
$ platformio run
Processing esp32cam (platform: espressif32; board: esp32cam; framework: arduino)
----------------------------------------------------------------
PlatformManager: Installing espressif32
Downloading [##########################] 100%
Unpacking [##########################] 100%
espressif32 @ 1.11.2 has been successfully installed!
The platform 'espressif32' has been successfully installed!
The rest of packages will be installed automatically depending on your build environment.
PackageManager: Installing framework-arduinoespressif32 @ ~3.10004.191002
Downloading [##########################] 100%
Unpacking [##########################] 100%
framework-arduinoespressif32 @ 3.10004.200129 has been successfully installed!
PackageManager: Installing toolchain-xtensa32 @ ~2.50200.0
Downloading [##########################] 100%
Unpacking [##########################] 100%
toolchain-xtensa32 @ 2.50200.80 has been successfully installed!
PackageManager: Installing tool-esptoolpy @ ~1.20600.0
tool-esptoolpy @ 1.20600.0 has been successfully installed!
Verbose mode can be enabled via `-v, --verbose` option
CONFIGURATION: https://docs.platformio.org/page/boards/espressif32/esp32cam.html
PLATFORM: Espressif 32 1.11.2 > AI Thinker ESP32-CAM
HARDWARE: ESP32 240MHz, 320KB RAM, 4MB Flash
DEBUG: Current (esp-prog) External (esp-prog, iot-bus-jtag, jlink, minimodule, olimex-arm-usb-ocd, olimex-arm-usb-ocd-h, olimex-arm-usb-tiny-h, olimex-jtag-tiny, tumpa)
PACKAGES: framework-arduinoespressif32 3.10004.200129 (1.0.4), toolchain-xtensa32 2.50200.80 (5.2.0), tool-esptoolpy 1.20600.0 (2.6.0)
Converting esp32_cam2.ino
LDF: Library Dependency Finder -> http://bit.ly/configure-pio-ldf
LDF Modes: Finder ~ chain, Compatibility ~ soft
Found 26 compatible libraries
Scanning dependencies...
Dependency Graph
|-- 1.0.1
|-- 1.0
Building in release mode
Compiling .pio/build/esp32cam/src/esp32_cam2.ino.cpp.o
Generating partitions .pio/build/esp32cam/partitions.bin
/home/pi/TTGO-Camera/src/esp32_cam2.ino:40:21: fatal error: SSD1306.h: No such file or directory

*****************************************************************
* Looking for SSD1306.h dependency? Check our library registry!
*
* CLI > platformio lib search "header:SSD1306.h"
* Web > https://platformio.org/lib/search?query=header:SSD1306.h
*
*****************************************************************

#include "SSD1306.h"

compilation terminated.
Compiling .pio/build/esp32cam/libe19/Wire/Wire.cpp.o
Compiling .pio/build/esp32cam/libd94/WiFi/ETH.cpp.o
*** [.pio/build/esp32cam/src/esp32_cam2.ino.cpp.o] Error 1
============== [FAILED] Took 210.86 seconds =============

SSD1306.h が見つからないと言われたので、まずはライブラリを検索します。
$ platformio lib search "header:SSD1306.h"

$ platformio lib search "header:SSD1306.h"

ESP8266_SSD1306
===============
#ID: 562
I2C display driver for SSD1306 OLED displays connected to ESP8266, ESP32, Mbed-OS
Compatible platforms: Espressif 32, Espressif 8266
Authors: Daniel Eichhorn, ThingPulse, Fabrice Weinberg

ESP8266 and ESP32 OLED driver for SSD1306 displays
==================================================
#ID: 2978
I2C display driver for SSD1306 OLED displays connected to ESP8266, ESP32, Mbed-OS
Compatible platforms: Espressif 32, Espressif 8266
Authors: ThingPulse, Fabrice Weinberg

ssd1306
=======
#ID: 1904
Display driver for VGA, SSD1306, SSD1325/SSD1327, SSD1331, SSD1351, ILI9163/ST7735, ILI9341, PCD8544.
Compatible platforms: Atmel AVR, Atmel megaAVR, Atmel SAM, Espressif 32, Espressif 8266,,,,
Authors: Alexey Dynda
....

互換プラットフォームが適合するものだけでも複数のライブラリが見つかります。
https://github.com/lewisxhe/esp32-camera-series のREADME をみてみます
・OLED requires esp8266-oled-ssd1306 library support
のリンクをクリックすると、
ThingPulse OLED SSD1306 (ESP8266/ESP32/Mbed-OS)
に飛びます。
It is also available as a platformio library. Just execute the following command:
platformio lib install 562
とあるので、検索結果の先頭で表示されたライブラリが該当します。

$ platformio lib install 562
Library Storage: /home/pi/TTGO-Camera/.pio/libdeps/esp32cam
LibraryManager: Installing id=562
Downloading  [####################################]  100%
ESP8266_SSD1306 @ 4.1.0 has been successfully installed!
$ platformio run
無事にビルドが完了しました。警告は無視しましょう。

■プログラムの書換え

esp32_cam2.ino を開いて、プログラムを書き換えます。
TTGO-Camera のIPアドレスの固定化、連続モードの解除、画像サイズ変更、表示補正を行います。 また、直接ブラウザ表示しないので、余計なヘッダー情報も出力しないようにしています。

$ vi src/esp32_cam2.ino

#define WIFI_SSID "*************" ← ネットワーク環境に合わせて
#define WIFI_PASSWD "*************" ← 設定してください

 // capture and send
 // while (1) { ← ループをコメントアウト
 ......
 size_t hlen = snprintf((char *)tmp_buf, 64, _STREAM_PART, _jpg_buf_len);
 //if ((res = httpd_resp_send_chunk(req, (const char *)tmp_buf, hlen)) != ESP_OK) return res;
 if ((res = httpd_resp_send_chunk(req, (const char *)_jpg_buf, _jpg_buf_len)) != ESP_OK) return res;
 //if ((res = httpd_resp_send_chunk(req, _STREAM_BOUNDARY, strlen(_STREAM_BOUNDARY))) != ESP_OK) return res;
 if (fb->format != PIXFORMAT_JPEG) free(_jpg_buf);
 esp_camera_fb_return(fb);
 ......
 // } // while
 // return res;

 ....
 IPAddress fixed_ip( 192, 168, 11, 30); // for fixed IP Address
 IPAddress gateway( 192, 168, 11, 1); // Gateway Address
 IPAddress subnet(255, 255, 255, 0); // Subnet Mask
 IPAddress DNS( 192, 168, 11, 1); // DNS server
 WiFi.config(fixed_ip, gateway, subnet, DNS);

 Wire.begin(I2C_SDA, I2C_SCL);

 if (psramFound()) {
  config.frame_size = FRAMESIZE_XGA; // 1024x768
  config.jpeg_quality = 10;
  config.fb_count = 2;

 ....
 oled.init();

参考:espressif/esp32-camera パラメタ一覧
Ref.https://github.com/espressif/esp32-camera
Ref.https://github.com/espressif/esp32-camera/blob/master/driver/include/sensor.h
Ref.https://github.com/espressif/esp32-camera/blob/master/driver/include/esp_camera.h

ビルドしたコードを、TTGO-Camera にアップロードします。
$ platformio run -t upload

ラズパイから、TTGO-Cameraの応答を確認します。
$ ping 192.168.11.30
PING 192.168.11.30 (192.168.11.30) 56(84) bytes of data.
64 bytes from 192.168.11.30: icmp_seq=1 ttl=255 time=1150 ms
64 bytes from 192.168.11.30: icmp_seq=2 ttl=255 time=126 ms
.....

■公開WEBサーバの設定

WEBサーバの構築は「ラズパイで自宅WEBサーバ構築 全16回」を参考にしてください。

TTGO-Camera を開発環境のラズパイから外して、電力供給用のUSBケーブルに繋ぎます。

カメラ画像取得用スクリプト作成
取得する画像は防犯目的も考慮して、上書き保存は行わず、日付をフォルダー名として作成し、 その下に、ファイル名 '時刻.jpg' として保存します。
また、TTGO T-Camera はカメラが逆さまに取り付けられているので、逆さまに映った画像を180℃回転させています。
<WEBサーバのドキュメントルート>
 +-<TTGO-Camera>
  +--<20200302>
  |  +-000000.jpg
  |  +-000500.jpg
  |  +-....
  |  +-235500.jpg
  +--<20200303>
  |  +-....
  +--<20200304>
  |  +-....
  +--....

$ vi ~/TTGO-Camara/scripts/getImage.php
<?php
	$folder = '/home/pi/www-root/TTGO-Camera/'.date('Y-m-d');
	if (!file_exists($folder)) mkdir($folder,0777);
	$savePath = $folder.'/'.date('His').'.jpg';
	$fp = fopen($savePath,'w');

	$ch = curl_init("http://192.168.11.30/");
	curl_setopt($ch, CURLOPT_FILE, $fp); 
	curl_setopt($ch, CURLOPT_HEADER, false); 
	curl_exec($ch);
	curl_close($ch);

	fclose($fp);

	$source = imagecreatefromjpeg($savePath);
	$rotate = imagerotate($source, 180, 0);
	imagejpeg($rotate, $savePath, -1);
	imagedestroy($source);
	imagedestroy($rotate);
?>
crontab 設定
5分おきに画像を取得します。
$ vi ~/TTGO-Camara/scripts/getImage.sh
#!/bin/bash
#
SCRIPTDIR=/home/pi/TTGO-Camera/scripts
INCPATH=.:/usr/lib/php
/usr/bin/php -d include_path=$INCPATH $SCRIPTDIR/getImage.php > getImage.log 2>&1
$ chmod a+x getImage.sh

$ sudo vi /etc/crontab

*/5 * * * * root /home/pi/TTGO-Camera/scripts/getImage.sh >/dev/null 2>&1

$ sudo service cron restart

※画像ファイルの削除
画像ファイルは防犯用途も考慮して、上書き保存ではなく、日時による新規作成の方法を用いています。
画像ファイルの削除もスクリプトファイルを作成して、定期的に古い画像を削除するようにするとよいと思います。

WEBページへの埋め込み
PHPで書かれた動的ページに埋め込む場合は、下記のようなコードを組み込みます。
<?php
	......
	$web_dir = '/TTGO-Camera/'.date('Y-m-d').'/';
	$dirpath = '/home/pi/www-root'.$web_dir;
	$dir = opendir($dirpath);
	while (false !== ($filenames[] = readdir($dir))) ;
	closedir($dir);
	rsort($filenames);
	if( is_file( $dirpath.$filenames[0]) ) {
		echo '<img src="'.$web_dir.$filenames[0].'">';
	}
	......
?>
 ↓次のようなタグが挿入されます
<img src="/TTGO-Camera/2020-03-02/231500.jpg">


【深層学習関連】
20.11.21 深層学習 第1回環境整備
20.12.19 深層学習 第2回マルコフ連鎖・自動歌詞生成
21.01.02 深層学習 第3回コード進行解析

【画像処理関連】

20.05.28 画像処理 第1回トイカメラ
20.06.09 画像処理 第2回カメラモジュール制御
20.06.28 画像処理 第3回リアルタイムクロック
20.07.08 画像処理 第4回電源回路
20.10.27 画像処理 第5回自作デジカメ初号機完成
20.11.10 画像処理 第6回ドーナツデジカメ
【音楽関連】

20.01.05 第1回 abcjs 楽譜作成・演奏スクリプト
20.01.09 I2S通信によるハイレゾ音源再生
20.01.18 MIDI再生:FM音源YMF825+Arduino編
20.01.24 FM音源YMF825+micro:bit編
20.02.13 Piano Hat & Rosegarden
20.06.22 波形処理 第1回 音の波と三角関数
20.07.22 波形処理 第2回 平均律と純正律
20.08.26 波形処理 第3回 黒鍵と白鍵
21.01.02 深層学習 第3回 コード進行解析
21.01.16 波形処理 第4回 コード演奏
【WEBサイト構築関連】

19.10.15 第1回 前準備
19.10.20 第2回 Ubuntu Server インストール
19.10.27 第3回 Ubuntu Server 詳細設定
19.10.28 番外編 無線LAN接続設定
19.11.02 第4回 Apache WEBサーバ設定
19.11.05 第5回 PHP 設定
19.11.10 第6回 MySQL 設定
19.11.11 第7回 DNS (bind) 設定
19.11.16 第8回 メールサーバ(Postfix)設定・前編
19.11.21 第9回 メールサーバ(Postfix)設定・後編
19.11.24 第10回 ファイアウォール(iptables) 設定
19.11.25 第11回 crontab 設定
19.12.01 第12回 運用準備
19.12.03 第13回 Windowsパソコンに開発環境を作る
19.12.05 第14回 WEBサーバー公開
19.12.10 第15回 動的サイト制作
19.12.11 第16回 簡単なアクセスカウンターを作る
20.03.04 TTGO-Camera による定点観測・WEB公開
【開発環境関連】

19.12.19 Raspbian Stretch LITE インストール
19.12.19 ファイル共有 dokany + Win-sshfs
19.12.26 Arduino開発環境構築 PlatformIO
【SNS関連】

20.03.18 テキスト読み上げ gTTS
20.04.24 Twitter-LINE連携によるビジネス活用
20.05.19 テキスト読み上げ AquesTalk pico LSI
【周辺機器関連】

20.01.01 1280x800 HDMI MONITOR
20.01.12 micro:bitをコマンドラインで使う
20.02.04 サーマルプリンタを使う
20.03.27 M5Stackキーボードを利用する
20.06.29 液晶キャラクターディスプレイLCD1602A
20.08.03 Seeeduino XIAO
20.08.09 LGT8F328P - Arduino clone
20.09.18 電流計測モジュール INA219
【その他】

19.12.13 モバイルバッテリーによる瞬間停電対策
20.02.04 電子組版 upLaTeX
20.04.10 電卓を制御して数字を表示する
20.05.06 箱庭回路 蓄電&昇圧回路
20.09.04 箱庭回路 センサーライト
20.09.29 シガーライターIC s090c
20.10.13 自動給水装置 LM393+NE555
20.12.05 FM放送受信 TEA5767

 トランジスタ技術 2021年1月号
特集: アナログ回路はノイズと闘う ~システムの性能を維持して安定な動作を実現するために~
Interface 2021年1月号
☆特集 Jetson/ラズパイ/PCで自習 Python画像処理100 ☆特別付録:コンピュータ手帳2021
日経Linux 2021年 1月号
★超保存版・冊子付録   Ubuntu完全対応 Linuxコマンド逆引き大辞典   264項目 ★付録DVD 特集連動2本入り「Ubuntu 20.10 日本語Remix」「Ubuntu Server20.10」
ラズパイマガジン2020年12月号
温度、距離、におい、圧力など、さまざまな種類のセンサー350種類を一挙に紹介します。特性や価格を示した一覧表を用意したので、用途に合った適切な製品を選べます。そのうちの34種類のセンサーは、仕組みから配線図まで図解で分かりやすく解説します。
15Stepで踏破 自然言語処理アプリケーション開発入門
エンジニアの実務に役立つ知識に絞り、独自に15の学習ステップを体系化しました。 数値計算にNumPy、形態素解析にMeCab、機械学習にscikit-learn、ディープラーニングに Keras等を使い、Pythonのコードを記述し動かしていきます。
プログラミング・ビットコイン ―ゼロからビットコインをプログラムする方法

Linuxサーバーがゼロから作れる本
このLinuxを使いこなす上で一番手っ取り早いのが自分でLinuxサーバーを構築してみることです。 WindowsやMacのパソコンしか使ったことが無い人でも理解できるよう、 しくみや手順の解説を丁寧にまとめ上げた、ゼロからのサーバー入門ガイドです。

Raspberry Pi 3 Model B V1.2 (日本製) 国内正規代理店品
【仕様概要】CPU:ARM 1.2GHz 4コア、GPU:2コア 3D・動画支援、RAM:1GB、ネットワーク:LAN/Wi-Fi/Bluetooth、インターフェース:USB/HDMI/オーディオ/GPIO(UART/I2C/I2S/SPI...)。

Arduino Nano
ATmega328搭載/ 動作電圧: 5V/ 入力電源電圧(推奨):7~12V/ デジタル入出力ピン: 14本/ PWMチャンネル: 6本/ アナログ入力チャンネル: 8本/ 直流電流(1ピン当り最大): 40 mA/ 直流電流(3.3Vピン、1ピン当り最大): 50 mA/ Flashメモリ: 32 KB (ATmega328) 内2KBはブートローダーで使用/ SRAM: 2 KB (ATmega328)/ EEPROM: 1 KB (ATmega328)/ Clock Speed: 16 MHz
逆引き PIC電子工作 やりたいこと事典
機能が豊富で、速度・アナログ制御・省電力性・コストの面でもアドバンテージをもつPICマイコン。そんなPICマイコンの使い方を、目的別にやりたいことから引ける、逆引きタイプのガイドブックです。
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電子メールの配送システムの中核を担うプログラム「MTA」(Message Transfer Agent)のひとつが、「Postfix」です。 この全容を記した本です。 すところなく解説していきます。
DNSがよくわかる教科書
本書では、DNSの仕組みから、ドメイン名のルール、主なリソースレコードの内容、コマンドによる動作確認、DNSの運用ノウハウ、DNSSECの基礎知識まで、順を追ってやさしく解説します。

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