Hướng dẫn cài OpenCV 4.3.0 trên Raspberry Pi

Hôm nay chúng ta cùng cài đặt OpenCV, một thư viện mã nguồn mở hàng đầu cho thị giác máy tính (computer vision), xử lý ảnh, máy học và các tính năng tăng tốc GPU trong hoạt động thời gian thực. Chúng ta sẽ dùng thư viện này ứng dụng vào việc xử lý ảnh và nhận dạng các đối tượng (Người, vật thể ...) với Raspberry Pi và Camera CSI cho Raspberry Pi.

Tải về Wireless Network Watcher để tìm IP của Pi (cũng có thể dùng để xem IP các thiết bị khác đang kết nối wifi của bạn). 

Mật khẩu: hano.cf

Giao diện chương trình như ở hình dưới, bạn kiếm tên thiết bị Pi ở mục Device Name, nhìn tương ứng qua có địa chỉ IP của nó hiện là 192.168.100.9

Tải Putty (SSH – telnet client) bản mới nhất về

Mở Putty và nhập vào như sau 

- Hostname: nhập vào địa chỉ IP của Pi, ở bước trên đã tìm được là 192.168.100.9

- Port 22

Bấm Open. 

Màn hình terminal đến Pi sẽ hiện lên như sau nếu không có lỗi

Nhập vào thông tin đăng nhập như sau: 

- User: pi (nếu nhập sai tên đăng nhập, tắt putty và mở lại) 

- Password : raspberry

Sau khi đăng nhập thành công màn hình sẽ hiện lên như thế này

Nhập lệnh sau vào terminal:

$ sudo raspi-config

 Sau đó, chọn mục Advanced Options

 Tiếp theo, chọn mục Expand Filesystem

 Bấm OK

Bấm Finish

Bấm Yes

Sau khi khởi động lại hệ thống, tập tin của bạn đã được mở rộng bao gồm tất cả không gian có sẵn trên thẻ MicroSD của bạn. Bạn có thể kiểm tra bằng cách nhập lệnh

$ df -h

Gỡ bỏ Wolfram Engine and LibreOffice để làm trống ~1GB bộ nhớ Raspberry Pi

$ sudo apt-get purge wolfram-engine
$ sudo apt-get purge libreoffice*
$ sudo apt-get clean
$ sudo apt-get autoremove

Cập nhật các gói hiện có bằng cách nhập lần lượt 2 lệnh sau

$ sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade

Cài đặt công cụ phát triển

$ sudo apt-get install build-essential cmake pkg-config

Cài đặt một số gói I/O hình ảnh cho phép tải các định dạng hình ảnh khác nhau như JPEG, PNG, TIFF…

$ sudo apt-get install libjpeg-dev libtiff5-dev libjasper-dev libpng-dev

Cài đặt gói video I/O cho phép tải các định dạng video khác nhau 

$ sudo apt-get install libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev libv4l-dev

$ sudo apt-get install libxvidcore-dev libx264-dev

Cài đặt thư viện phát triển GTK (công cụ tạo giao diện đồ họa) để biên soạn module phụ của OpenCV, cho phép hiển thị hình ảnh trên màn hình và xây dựng các giao diện GUI đơn giản

$ sudo apt-get install libfontconfig1-dev libcairo2-dev
$ sudo apt-get install libgdk-pixbuf2.0-dev libpango1.0-dev
$ sudo apt-get install libgtk2.0-dev libgtk-3-dev

Cài đặt các gói tối ưu hóa (cải thiện các phép toán ma trận cho OpenCV) 

$ sudo apt-get install libatlas-base-dev gfortran

Cài đặt thư viện HDF5 datasets và Qt GUIs

$ sudo apt-get install libhdf5-dev libhdf5-serial-dev libhdf5-103
$ sudo apt-get install libqtgui4 libqtwebkit4 libqt4-test python3-pyqt5

Cài đặt python 3 và pip

$ sudo apt-get install python3-dev

$ wget https://bootstrap.pypa.io/get-pip.py

$ sudo python get-pip.py
$ sudo python3 get-pip.py

$ sudo rm -rf ~/.cache/pip

Cài đặt virtualenv và virtualenvwrapper

$ sudo pip install virtualenv virtualenvwrapper

$ nano ~/.bashrc

Di chuyển con trỏ đến cuối cùng của file

Thêm vào những dòng sau

# virtualenv and virtualenvwrapper

export WORKON_HOME=$HOME/.virtualenvs

export VIRTUALENVWRAPPER_PYTHON=/usr/bin/python3

source /usr/local/bin/virtualenvwrapper.sh

Khi hoàn thành các bạn sử dụng tổ hợp phím để thoát Ctrl + X, sau đó nhấn chọn Y và Enter để lưu file

Reload lại

$ source ~/.bashrc

Tạo Python 3 virtual environment
$ mkvirtualenv cv -p python3

Tùy theo phiên bản mà một số bạn có thể mắc lỗi environment ‘/home/pi/.virtualenvs/cv’ does not contain an activate script

Để fix lỗi này cần edit lại file virtualenvwrapper.sh
$ sudo nano +85 /usr/local/bin/virtualenvwrapper.sh

Tìm dòng VIRTUALENVWRAPPER_ENV_BIN_DIR="usr/lib/bin" và đổi thành VIRTUALENVWRAPPER_ENV_BIN_DIR="bin"

Sau đó, tạo lại Python 3 virtual environment
$ mkvirtualenv cv -p python3

Cài PiCamera API để dùng Module Raspberry Pi Camera
$ pip install "picamera[array]"

Tải xuống OpenCV 4.x.x (phiên bản bao nhiêu tùy bạn lựa chọn). Để biết thêm về các phiên bản OpenCV hiện có, bạn truy cập vào đây 

Tính đến thời điểm này thì OpenCV 4.3.0 đang là bản mới nhất nên chúng ta sẽ tải nó về.

$ cd ~

$ wget -O opencv.zip https://github.com/opencv/opencv/archive/4.3.0.zip

$ unzip opencv.zip

$ mv opencv-4.3.0 opencv

Nếu muốn tải phiên bản OpenCV khác thì thay vào phần tô đỏ 4.3.0

Ví dụ, muốn tải phiên bản OpenCV 4.1.1 thì thay thành dòng lệnh

$ wget -O opencv.zip https://github.com/opencv/opencv/archive/4.1.1.zip

Cài kho lưu trữ opencv_contrib. Lưu ý: Đảm bảo phiên bản opencv và opencv_contrib của bạn giống nhau (trong trường hợp này là 4.3.0). Nếu số phiên bản không khớp nhau, có khả năng bạn sẽ gặp phải lỗi compile-time hoặc runtime errors.

$ wget -O opencv_contrib.zip https://github.com/opencv/opencv_contrib/archive/4.3.0.zip

$ unzip opencv_contrib.zip

$ mv opencv_contrib-4.3.0 opencv_contrib

Tăng kích thước swap space để cho phép OpenCV biên dịch với tất cả bốn lõi của Raspberry PI mà không bị treo biên dịch do vấn đề bộ nhớ

$ sudo nano /etc/dphys-swapfile

Các bạn thực hiện tăng kích thước swap space của mình bằng việc sửa đổi từ CONF_SWAPSIZE  = 100 thành CONF_SWAPSIZE = 2048

Khi hoàn thành các bạn sử dụng tổ hợp phím để thoát Ctrl + X, chọn Y và Enter để lưu file. 

Để kích hoạt swap space mới, hãy khởi động lại swap service

$ sudo /etc/init.d/dphys-swapfile stop

$ sudo /etc/init.d/dphys-swapfile start

Vào virtual environment cv

$ workon cv

Cài đặt numpy

$ pip install numpy

Biên dịch và cài đặt OpenCV 4.x.x cho Python 3

$ cd opencv

$ mkdir build 

$ cd build 

$ cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE \
 -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local \
 -D OPENCV_EXTRA_MODULES_PATH=~/opencv_contrib/modules \
 -D ENABLE_NEON=ON \
 -D ENABLE_VFPV3=ON \
 -D BUILD_TESTS=OFF \
 -D INSTALL_PYTHON_EXAMPLES=OFF \
 -D OPENCV_ENABLE_NONFREE=ON \
 -D CMAKE_SHARED_LINKER_FLAGS=-latomic \
 -D BUILD_EXAMPLES=OFF ..

Giờ chúng ta có thể biên dịch chương trình một cách bình thường.

$ make -j4

-j4 là viết tắt của số lõi để sử dụng khi biên soạn OpenCV. Vì chúng ta đang sử dụng Raspberry Pi 3 nên sẽ tận dụng tất cả bốn lõi của bộ vi xử lý để xử lý nhanh hơn.

Cài đặt OpenCV vào hệ thống bằng lệnh

$ sudo make install

$ sudo ldconfig

Đổi kích thước swap space về ban đầu 

$ sudo nano /etc/dphys-swapfile
CONF_SWAPSIZE  = 100 

Khi hoàn thành các bạn sử dụng tổ hợp phím để thoát Ctrl + X, chọn Y và Enter để lưu file. Kích hoạt lại swap space

$ sudo /etc/init.d/dphys-swapfile stop

$ sudo /etc/init.d/dphys-swapfile start

Tạo sym-link

$ cd /usr/local/lib/python3.7/site-packages/cv2/python-3.7

$ sudo mv cv2.cpython-37m-arm-linux-gnueabihf.so cv2.so

$ cd ~/.virtualenvs/cv/lib/python3.7/site-packages/

$ ln -s /usr/local/lib/python3.7/site-packages/cv2/python-3.7/cv2.so cv2.so

Kiểm tra python, virtual environment và OpenCV sau khi cài đặt

$ cd ~
$ workon cv
$ python

>>> import cv2

>>> cv2.__version__