ウェブカメラ2台をUSBハブに繋ぐと正常動作しません

Question

実現したいこと

ウェブカメラの画像をpythonで表示・保存しようとしています。
ウェブカメラ（0、1、2とします）は3台あって、各々PC本体のUSBポートまたはUSBハブに接続して使用します。
0と1をPC本体のUSBポートに、2をUSBハブに接続すると3つの画面を順番に保存することができました。
0をPC本体のUSBポートに、1と2をUSBハブに接続すると0と1の画面しか保存できず、2の画面は保存できず、下のようなエラーメッセージが出ました。原因と対策を教えてください。

発生している問題・エラーメッセージ

C:・・・\Python\testCV157
[ WARN:1@20.231] global cap_msmf.cpp:471 `anonymous-namespace'::SourceReaderCB::OnReadSample videoio(MSMF): OnReadSample() is called with error status: -1072875772
[ WARN:1@20.245] global cap_msmf.cpp:483 `anonymous-namespace'::SourceReaderCB::OnReadSample videoio(MSMF): async ReadSample() call is failed with error status: -1072875772
[ WARN:0@20.253] global cap_msmf.cpp:1759 CvCapture_MSMF::grabFrame videoio(MSMF): can't grab frame. Error: -1072875772
Traceback (most recent call last):
  File "・・・\Python\testCV157\testCV157.py", line 37, in <module>
    schedule.run_pending()
  File "・・・\Python\Python311\Lib\site-packages\schedule\__init__.py", line 822, in run_pending
    default_scheduler.run_pending()
  File "・・・\Python\Python311\Lib\site-packages\schedule\__init__.py", line 100, in run_pending
    self._run_job(job)
  File "・・・\Python\Python311\Lib\site-packages\schedule\__init__.py", line 172, in _run_job
    ret = job.run()
          ^^^^^^^^^
  File "・・・\Python\Python311\Lib\site-packages\schedule\__init__.py", line 693, in run
    ret = self.job_func()
          ^^^^^^^^^^^^^^^
  File "・・・\Python\testCV157\testCV157.py", line 30, in job
    cv2.imwrite(fname2, frame2)
cv2.error: OpenCV(4.7.0) D:\a\opencv-python\opencv-python\opencv\modules\imgcodecs\src\loadsave.cpp:783: error: (-215:Assertion failed) !_img.empty() in function 'cv::imwrite'

該当のソースコード

import cv2
import datetime
import schedule
import time

capture0 = cv2.VideoCapture(0)
capture1 = cv2.VideoCapture(1)
capture2 = cv2.VideoCapture(2)

def job():#一台ずつ順番に撮影し、その時刻で保存する
    ret, frame0 = capture0.read()
    strdate0=datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%dT%H%M%S.%f') 
    fname0=".\\files3\\"+"image0_" + strdate0 + ".png"
    cv2.imwrite(fname0, frame0) 
    
    ret, frame1 = capture1.read()
    strdate1=datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%dT%H%M%S.%f') 
    fname1=".\\files3\\"+"image1_" + strdate1 + ".png"
    cv2.imwrite(fname1, frame1)
    
    ret, frame2 = capture2.read()
    strdate2=datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%dT%H%M%S.%f') 
    fname2=".\\files3\\"+"image2_" + strdate2 + ".png"
    cv2.imwrite(fname2, frame2)

#do job every 10 seconds
schedule.every(1/6).minutes.do(job)

while True:
  schedule.run_pending()
  time.sleep(1)

試したこと

デバイスマネージャ→カメラで、HD USB Cameraは3台とも正常動作していることを確認しました。

別のPythonプログラムを実行した結果は以下の通りです。
port number 0 Find!
port number 1 Find!
port number 2 Find!
Number of connected camera: 3

cv2.CAP_DSHOW(DirectShow)を明示的に指定して実行した結果、0と1には正しい画像が保存されていましたが、2には真っ暗な画像が保存されていました。ソースコードは以下の通りです。

def job():
    for camera_number in range(0, 3):
        #  for windows -> cv2.CAP_DSHOW
        cap = cv2.VideoCapture(camera_number,cv2.CAP_DSHOW)
        ret, frame = cap.read()
        
        if camera_number==0:
            strdate0=datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%dT%H%M%S.%f') 
            fname0=".\\files4\\"+"image0_" + strdate0 + ".png"
            cv2.imwrite(fname0, frame) 
        
        elif camera_number==1:
            strdate1=datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%dT%H%M%S.%f') 
            fname1=".\\files4\\"+"image1_" + strdate1 + ".png"
            cv2.imwrite(fname1, frame)  
    
        elif camera_number==2:
            strdate2=datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%dT%H%M%S.%f') 
            fname2=".\\files4\\"+"image2_" + strdate2 + ".png"
            cv2.imwrite(fname2, frame)  

Comments

[maisumakun]

同時に動かそうとするとバスパワーの電力が不足する、なんてことはないでしょうか？

[melian]

接続されているウェブカメラは1台ですが、似た様な問題が報告されていて、原因は AntiVirus ソフトウェア(Kaspersky)との事です。

Video Capture from webcam only works when debugging · Issue #23119 · opencv/opencv
https://github.com/opencv/opencv/issues/23119

[fana]

USBハブを使うと帯域がどうの～みたいな話があったような？

[8524ba23]

別のPythonプログラムと同じように
MSMF(Microsoft Media Foundation) の代わりに
cv2.CAP_DSHOW(DirectShow)を明示的に指定して実行した結果を本文に追記ください。

[yyicp]

>can110様
追記しましたので、ご確認ください。
ソースは下手くそだと思いますので、その点は申し訳ありません。
よろしくお願いします。

[yyicp]

>maisumakun様
コメントありがとうございます。
今私が使用しているハブはAC100Vで駆動しているものなので、
残念ながらパワー不足という可能性は低いと思います。

>melian様
コメントありがとうございます。
私が使用しているPCのウイルスソフトはAntiVirusではなく、Trend Microです。

>fana様
コメントありがとうございます。
帯域の問題かもしれないとのご指摘、頭に入れておきます。

[8524ba23]

「別のPythonプログラム」を実行したら「Number of connected camera: 3」以外にも
カメラ番号と実際の画像ファイルができると思います。
その結果（正常or異常）も記載ください。（カメラ番号が0,1,3など飛んでいないか？）

[yyicp]

>can110様
「別のPythonプログラム」の実行結果を追記しました。
カメラ番号は0、1、2です。
各画像は正常です。

[8524ba23]

あとプログラムの違いとしては
- cap.read()の戻り値（成否）も確認している
- 正常だった３秒後にファイル保存している
くらいなので、その部分も動きを合わせてみるのは試してみる価値あると思います。

[退会済みユーザー]

fanaさんが書いていますが、USB機器（USBハブも含みます）は「つなぐだけ」で帯域を浪費するようです。特に高解像度のカメラだとこの傾向が顕著で、まともに動かそうとするとたぶんUSBのポートごとにコントローラがないとうまくいきません（普通はUSBポート4つでコントローラ1つくらいと思います）。
なので、（VGAのような低解像度でない限り、）カメラ3つは動作が不安定になります。

他の質問にも書いたことがありますがUSB機器はデバグ用位にとらえて、ちゃんとやるにはLANで動くカメラかmipi接続のカメラにした方が良いです。

[yyicp]

>fourteenlength様、fana様
コメントありがとうございます。
自分でも少し調べてみました。
ご指摘のように、USBハブを用いてUSBカメラの複数台同時接続には帯域不足という問題があることが分かりました。

私の今回の状況では、現象がほぼ定常なので、各USBカメラの取得画像が同時であることを諦めて
複数のカメラ画像を順番に保存するということで解決しました。
コードは「別のPythonプログラム」を参考に書きました。

皆様、どうもありがとうございました。

Answer 1

import cv2
import time
import datetime

# カメラ画像を順番に保存するコード（撮影時刻の同時性を諦める）
def check_camera_connection_display(save_flag=True):
    for j in range(0,3):#各カメラが保存する枚数
        for camera_number in range(0, 3):#カメラの数
            cap = cv2.VideoCapture(camera_number,cv2.CAP_DSHOW)
    
            ret, frame = cap.read()

            if ret is True:
                start = time.time()

                while True:
                    elasped_time = time.time() - start
                    ret2, frame = cap.read()
                    gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

                    if elasped_time > 3.0:
                        if save_flag :
                        # save data file
                            strdate=datetime.datetime.now().strftime('%Y%m%dT%H%M%S.%f') 
                            fname=".\\files\\"+ str(camera_number) +"_" + strdate + ".png"
                            cv2.imwrite(fname, gray)  
        
                        break

    #               cv2.imshow(f'Camera Number: {camera_number}',gray)

                    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
                        break

            cap.release()
            cv2.destroyAllWindows()

if __name__ == '__main__':
    check_camera_connection_display(save_flag=True)