Pythonでタイムラプス　その２（フェードイン）

　Python初心者のための目的志向のプログラミング。前回記述した、連番JPEGからのシンプルなタイムラプス動画作成コードを一部編集し、開始と終了フレームに対してフェードイン、フェードアウトを加えて、もう少しもっともらしい動画に仕立てます。

　これも結論数行の追加でできました。前回のコードに20行程度加えるだけで完成してしまいました。

やりたいこと
方針
コード
解説
まとめ

やりたいこと

　適当に設置したカメラでインターバル撮影した複数のJPEGから、タイムラプス動画を作る。適当に設置したので、画角はずれており、残したい画像が必ずしも中心にないため、画像のトリミングを行う。また、三脚が傾いていたため、その補正（回転）も行う。（キャンプ場で設置時フレーミングしないです。ズームも未調整で設置をした前提の画像）

（ここまで前回完成）

　開始に真っ黒からのフェードイン。終了に真っ黒へのフェードアウト。を加えます。

方針

　真っ黒フレーム（画像）を用意して、それに対してフレーム番号をもとに、アルファブレンド（フェード）していく。

コード

　前回のコードとほとんど変わっていません。間違い探しレベル。

import os
import cv2
import numpy as np
 
ROOT_PATH = 'E:\\tmp\\photo4'       #ソース画像が置いてあるパス
SAVE_FILE = 'E:\\tmp\\photo4.mp4'   #出力動画
WIDTH = 1920    #動画出力幅
HEIGHT = 1080   #動画入力幅
FPS = 10.0      #フレームレート
FADE = 5        #フェードイン・フェードアウトフレーム数
 
###############################
# imgをrotateだけ回転しshiftだけずらす
def convert(img, shift,angle,scale):
    # img    ソース画像
    # shift  シフト量(shift[0] x方向,shift[1] y方向)
    # rotate 回転角度（度）
     
    height, width = img.shape[:2]
    center = (int(width / 2), int(height / 2))
    trans = cv2.getRotationMatrix2D(center, angle, scale)
    trans[0, 2] -= int(shift[0])
    trans[1, 2] -= int(shift[1])
 
    return cv2.warpAffine(img, trans, (WIDTH, HEIGHT), cv2.INTER_CUBIC)
 
###############################
def main():
 
    #ファイル取得
    files = os.listdir(ROOT_PATH)
 
    shift = [-39,-178]
    angle = -2
    scale = 1.0
 
    # 画像入力
    fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc('m','p','4','v')
    video = cv2.VideoWriter(SAVE_FILE, fourcc, FPS, (WIDTH, HEIGHT))
    mask = np.zeros((HEIGHT,WIDTH,3), dtype="uint8")    #フェードするフレーム（真っ黒を想定）
 
    for i,file in enumerate(files[:FADE]):
        img = cv2.imread(ROOT_PATH + "\\" + file)
        print("FADE IN:" + ROOT_PATH + "\\" + file)
        frame = convert(img,shift,angle,scale)
        alpha = i/FADE
        blended = cv2.addWeighted(frame, alpha, mask, 1 - alpha, 0)
        video.write(blended)
 
    for file in files[FADE:-FADE]:
        img = cv2.imread(ROOT_PATH + "\\" + file)
        print(ROOT_PATH + "\\" + file)
        frame = convert(img,shift,angle,scale)
        video.write(frame)
 
    for i,file in enumerate(files[-FADE:]):
        img = cv2.imread(ROOT_PATH + "\\" + file)
        print("FADE: OUT" + ROOT_PATH + "\\" + file)
        frame = convert(img,shift,angle,scale)
        alpha = 1-(i+1)/FADE
        blended = cv2.addWeighted(frame, alpha, mask, 1 - alpha, 0)
        video.write(blended)
 
    video.release()
 
if __name__ == '__main__':
    main()

解説

　追加コードに対して説明します。

mask = np.zeros((HEIGHT,WIDTH,3), dtype="uint8")    #フェードするフレーム（真っ黒を想定）

　で出力サイズと同じだけのRGB 3chを想定した真っ黒（画素値全部０）の画像(mask)を生成しています。zerosでゼロ埋めされます。グレースケールの画像が入ってきたら残念ながら駄目でしょうね。白に向かってフェードさせたければ、

mask = np.full((HEIGHT,WIDTH,3),255, dtype="uint8")    #フェードするフレーム（真っ白を想定）

としてあげればよさそうです。この255の部分を任意の値にすればグレーへのフェードもできます。

続いてfor文。3つのフェーズに分けています。フェードイン、通常、フェードアウト定数FADEでループを区切っています。

　まずフェードイン

1	`for` `i,file` `in` `enumerate(files[:FADE]):`

　リストの区間の指定が、いかにもpythonらしい記述。まだ慣れません。

　続いて通常の箇所

1	`for` `file` `in` `files[FADE:-FADE]:`

　普通です。FADEから最後-FADEまでのループ

　そしてフェードアウト

1	`for` `i,file` `in` `enumerate(files[-FADE:]):`

　このマイナスの区間指定も慣れない。

　エラー処理はしていません。全フレーム数はFADEの2倍より多くある前提です。またFADEは1より大きい正の整数を前提としています。これも性善説に立っています。

　ここで見慣れないenumerateという関数ですが、これこういう時にはすごく便利で、indexも同時に返してくれます。なので、

 for 変数1,変数2, in enumerate(list)

　とすると変数1にindexが、変数2にlistの中身が返ってきます。今回fade in/outの時にindex番号が必要なので、別途カウンタを回すよりクールに書けてます。（知らなきゃこんな書き方できないな…）

　まずフェードイン。これはindex iを使って、現在の画像frameと、黒を示すmaskとのアルファブレンド比率alphaを求めています。その後addWeighted関数でアルファブレンドしているだけです。これはOpenCVの関数。iが小さいほどmaskの比率が高いことになります。

alpha = i/FADE
blended = cv2.addWeighted(frame, alpha, mask, 1 - alpha, 0)

　ここでframeにあたる画像の作り方ですが、これは前回の解説にあるように、オリジナルの画像から切り出して変換するだけで、コードの変更は加えていません。

　同様にフェードアウト。これはフェードインの逆をやっているだけです。アルファブレンド比率alphaの計算ですが、１から先ほどの計算結果を引く形で逆転させています。フレームが進むほどmaskの比率が高くなります。（i+1してるのは最後真っ黒で終わるため）

alpha = 1-(i+1)/FADE
blended = cv2.addWeighted(frame, alpha, mask, 1 - alpha, 0)

　enumerate関数の仕様でしょう。リストの途中（-FADE）からループを回していますが、iは0から始まっています。

　これだけです。FADEで指定したフレーム数だけフェードイン、フェードアウトします。それ以外のフレームに対しての処理は以前のコードのままです。

まとめ

　とりあえず簡単なコードの追加でフェードイン、フェードアウトする動画が作れました。記述量を少なくして、わかりやすくすることを優先させたので、エラー処理や、イン・アウトのフレーム数を同じにするなど、一部手抜コードになっていますが、さほど困りません。（残念なのはFADEを０にしてもフェードなくした動画にはならない…）

　同じような記述のfor文が、3つに分かれてしまったのが少しダサいですが、これよりスマートな書き方が思いつきませんでした。処理時間考慮しなければfor文にifをネストさせるんだろうなぁ。このあたりが処理速度気にしたCの癖なのかな。がトータル70行です。まぁいいか。

　黒からのフェードインを入れると動画のサムネイル表示が黒くなってしまって、どんな動画だかわからない問題があったりするので、その場合はフェードインだけは捨ててもいいかもしれません。するとさらに行数は減ります。

　次は画角のパン、ズームのエフェクトを入れようと思います。