stellarHD は、標準の UVC(USB Video Class)インターフェイス上で 2 つのビデオフォーマットを公開します:
- MJPEG — JPEG 圧縮フレーム。高フレームレート(最大 60 FPS)とライブ表示に最適。
- YUYV — 非圧縮 4:2:2 raw ビデオ。元の未処理のピクセルデータ(マシンビジョン、フォトグラメトリ、科学イメージング)が必要な場合に最適。
このガイドは、YUYV(RAW) キャプチャに焦点を当てています。本物の raw フレームを取得し、ディスクに保存し、検査のために変換する方法です。また、輝度(Y)チャンネルのみが実際の画像データを含む モノクロ stellarHD モデル に固有の詳細についても説明します。
YUYV は非圧縮であるため、MJPEG よりもはるかに多くの USB 帯域幅を消費します。その結果、raw モードは高解像度では低いフレームレートに制限されます。サポートされる解像度/フレームレートの組み合わせについては、stellarHD 技術仕様を参照してください。 必要環境
これらのコマンドには、v4l-utils、GStreamer、および FFmpeg がインストールされた Linux コンピューターが必要です:
sudo apt install v4l-utils ffmpeg \
libgstreamer1.0-dev libgstreamer-plugins-base1.0-dev gstreamer1.0-tools \
gstreamer1.0-x gstreamer1.0-plugins-base gstreamer1.0-plugins-good \
gstreamer1.0-plugins-bad gstreamer1.0-libav gstreamer1.0-plugins-ugly
YUYV と MJPEG の違いを理解する
| YUYV(非圧縮) | MJPEG |
|---|
| 圧縮 | なし(4:2:2 非圧縮) | JPEG 圧縮 |
| ユースケース | Raw ピクセルデータ、解析 | 高フレームレート、ライブプレビュー |
| フレームレート | 高解像度では低い | 最大 60 FPS |
| ファイルサイズ | フレームあたり width × height × 2 バイト | 可変(小さい) |
| 直接表示可能 | いいえ(raw バイト) | はい(各フレームが JPEG) |
YUYV は YUY2 と記述されます。
「YUYV」は非圧縮ですが、センサー raw ではありません。 カメラの用語において、raw とはセンサーから直接出力された未処理の ベイヤーモザイク を意味します — ピクセルあたり 1 つのカラーサンプルであり、デモザイク、ホワイトバランス、色変換を行う前のものです。YUYV 4:2:2(YUY2)は別物であり、カメラの 既に処理済みの出力 です — ベイヤーデータはカメラ上でデモザイクされ、YUV 色空間に変換され、彩度サブサンプリング(4:2:2 では 2 つの輝度サンプルごとに 2 つの彩度サンプルを格納)されています。これはカラーモデルとモノクロモデルの両方に当てはまります: 出力は非圧縮ですが、それでも処理されサブサンプリングされています。stellarHD は UVC 経由で基礎となるベイヤー/センサー raw データを公開しません。そのため、raw モザイクを取得したり、独自のデモザイクパイプラインを実行することは できません。このガイドにおける「raw」は、非圧縮ピクセルデータ を意味し、センサー raw ではありません。
ステップ 1 — デバイスノードの特定
stellarHD を接続すると、カーネルが複数の V4L2 デバイスノードを作成します。YUYV と MJPEG の両方は、グループの 最初の ノードで公開されます。
出力例:
stellarHD Leader: stellarHD Lea (usb-0000:00:14.0-6):
/dev/video4 # <-- このノードが YUYV と MJPEG の両方を出力します
/dev/video5
/dev/media2
/dev/video4 を使用するノードです。以下のコマンドでは、ご自身のノードに置き換えてください。
キャプチャの前に、カメラが提供しているフォーマット、解像度、フレームレートを確認します:v4l2-ctl -d /dev/video4 --list-formats-ext
YUYV(非圧縮 4:2:2)と MJPG(MJPEG 圧縮)の両方のエントリが表示されているはずです。 ステップ 2 — RAW フレームを 1 枚キャプチャする
v4l2-ctl を使用して、フル解像度で非圧縮 YUYV フレームを 1 つキャプチャします:
v4l2-ctl -d /dev/video4 \
--set-fmt-video=width=1600,height=1200,pixelformat=YUYV \
--stream-mmap \
--stream-count=1 \
--stream-to=frame_1600x1200.yuyv
frame_1600x1200.yuyv に書き込みます。
フレームサイズを確認する
完全な raw フレームは正確に width × height × 2 バイトであるべきです:
1600 × 1200 × 2 = 3,840,000 bytes (~3.8 MB)
ステップ 3 — RAW フレームを PNG に変換する
Raw YUYV バイトは直接表示できません。FFmpeg を使用してフレームを PNG に変換し、検査します:
ffmpeg \
-f rawvideo \
-pixel_format yuyv422 \
-video_size 1600x1200 \
-i frame_1600x1200.yuyv \
frame.png
FFmpeg には、raw ファイルの正確なピクセル形式(yuyv422)と解像度(-video_size)を指定する必要があります。Raw ビデオにはヘッダーがないため、これらの値がキャプチャと一致しない場合、画像が歪んだり破損したりして表示されます。
モノクロ stellarHD モデル
UVC の仕様上のクセにより、モノクロ stellarHD は、センサーに色情報がないにもかかわらず、出力を YUYV 4:2:2 として公開します。
Y(輝度) チャンネルのみが実際の画像を含みます。U および V(彩度) チャンネルはダミー/固定値であり、無視できます。
モノクロフレームをフルカラーとして変換すると、無意味な彩度データから偽の色合いが表示される可能性があります。グレースケールのみを抽出してください:
ffmpeg \
-f rawvideo \
-pixel_format yuyv422 \
-video_size 1600x1200 \
-i frame_1600x1200.yuyv \
-vf format=gray \
mono.png
カメラが本当にモノクロであるかを確認する
ffplay で raw ファイルを直接再生します。画像が自然にグレースケールに見える場合、彩度チャンネルは一定です:
ffplay \
-f rawvideo \
-pixel_format yuyv422 \
-video_size 1600x1200 \
frame_1600x1200.yuyv
GStreamer パイプライン
ライブ raw ストリームを表示する
gst-launch-1.0 \
v4l2src device=/dev/video4 ! \
video/x-raw,format=YUY2,width=1600,height=1200,framerate=5/1 ! \
videoconvert ! \
autovideosink
raw フレームを 1 枚ディスクに保存する
gst-launch-1.0 -e \
v4l2src device=/dev/video4 num-buffers=1 ! \
video/x-raw,format=YUY2,width=1600,height=1200,framerate=5/1 ! \
filesink location=frame.yuyv
MJPEG でより高速なプレビュー
YUYV は高解像度では低いフレームレートに制限されるため、スムーズなリアルタイムプレビューが必要な場合は MJPEG を使用してください:
gst-launch-1.0 \
v4l2src device=/dev/video4 ! \
image/jpeg,width=1600,height=1200,framerate=30/1 ! \
jpegdec ! \
videoconvert ! \
autovideosink
OpenCV / Python での輝度抽出
raw フレームを下流で処理し、センサーがモノクロの場合、フレームをカラーとして扱うのではなく、輝度チャンネルを抽出します。
# YUYV フレームは 3 チャンネル配列として読み込まれ、Y チャンネルが実際の画像
gray = frame[:, :, 0]
import cv2
gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_YUV2GRAY_YUY2)
OpenCV ガイド
stellarHD を OpenCV で使用する完全なガイドをご覧ください。
トラブルシューティング
出力ファイルのサイズが間違っている
完全な raw フレームは正確に width × height × 2 バイトです。それより小さいファイルは通常、キャプチャが中断されたか、要求された解像度が YUYV モードでサポートされていないことを意味します — v4l2-ctl -d /dev/video4 --list-formats-ext を確認してください。
変換された画像が歪んでいたり乱れている
FFmpeg に渡される -pixel_format と -video_size は、キャプチャと正確に一致する必要があります。Raw ビデオにはヘッダーがないため、不一致があるとレイアウトが破損します。
モノクロカメラなのに画像に色がついて見える
モノクロセンサーでは彩度チャンネルに実データはありません。上記のように -vf format=gray(FFmpeg)で再変換するか、Y チャンネルを抽出してください(OpenCV)。
YUYV のフレームレートが低すぎる
これは想定通りです — 非圧縮ビデオは帯域幅を大量に消費します。解像度を下げ、フレームレートを下げるか、ライブ表示のために MJPEG に切り替えてください。 
