树莓派+python+OpenCV等打造智能家居远程监控系统

最近在接触大屏监控的解决方案，于是乎，就索性拿树莓派实验了一把，做一个智能监控系统。

软硬件清单

在开始之前照常先秀一下这半成品的监控系统，是不是丑到爆！？

监控系统

市面上有很多开源的摄像头管理软件，比如 motion、mjpg-streamer，当然我们也可以用 Python 自己实现更智能的监控系统。

下面，我们分别来介绍以上三种方案。

motion

安装：

1. sudo apt-get install motion

打开 motion daemon 守护进程，让他可以一直在后台运行

1. sudo vim /etc/default/motion
2. ＃no修改成yes:
3. start_motion_daemon=yes

修改 motion 的配置文件：

1. sudo vim /etc/motion/motion.conf
2. #deamon off 改成 on
3. deamon on
4. #设置分辨率
5. width 800
6. height 600
7. #关闭 localhost 的限制
8. stream_localhost off

运行 motion：

1. sudo motion

停止 motion：

1. killall motion 或者 service motion stop

现在我们的摄像头已经变成了一台 络摄像头。在chrome浏览器下访问 http://<树莓派IP>:8081 即可看到摄像头当前拍摄的画面。

不得不说，真的很耗CPU，差不多持续在60%左右，并且有一定的延迟，卡顿特别严重。

mjpg-streamer

先安装依赖：

1. sudo apt-get install libjpeg8-dev cmake

下载 mjpg-streamer-master 软件：

1. wget http://github.com/jacksonliam/mjpg-streamer/archive/master.zip
2. unzip master.zip
3. cd mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental
4. vim plugins/input_raspicam/input_raspicam.c

进去之后搜索fps，也就是按一下/键，然后输入fps，然后回车将fps、高度、宽度修改，参考下图：

然后退出到

mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental路径，编译：

1. sudo make clean all

启动摄像头：

1. //启动普通 USB摄像头
2. ./mjpg_streamer -i “./input_uvc.so” -o “./output_http.so -w ./www”
3. //启动树莓派专用摄像头
4. ./mjpg_streamer -i “./input_raspicam.so” -o “./output_http.so -w ./www”
5. //openwrt下启动,8090端口
6. mjpg_streamer -i “input_uvc.so -f 10 -r 320*240” -o “output_http.so -p 8090 -w www”

如果出现以下错误：

多插拔几次摄像头兴许就可以了。

多参数启动：

1. sudo mjpg_streamer -i “./input_uvc.so -r 640×480 -f 10 -n” -o “./output_http.so -p 8080 –w ./www”

密码访问

1. # userid:password 改成自己的就可以
2. sudo mjpg_streamer -i “./input_uvc.so -r 640×480 -f 10 -n” -o “./output_http.so -p 8080 –w ./www -c userid:password”

在浏览器中打开，外 自备穿透：

1. http://<树莓派IP>:8080
2. http://<树莓派IP>:8080/?action=stream

最终画面：

这个就流畅多了，CPU差不多也占到五六十的样子，不过无碍，毕竟是4核。

Python 实现

上面两种方式只能做到浏览器监控访问，非局域 还得搭个穿透才能访问，看似华丽，其实并没有实际卵用。

为了更加智能的实现监控告警，下面我们采用Python +OpenCV+Wechat 实现。

安装 OpenCV

安装基础组件：

1. sudo apt-get update
2. sudo apt-get install libjpeg-dev libatlas-base-dev libjpeg-dev libtiff5-dev libpng12-dev libqtgui4 libqt4-test libjasper-dev

然后安装 OpenCV：

1. sudo pip3 install opencv-python

一般情况，你是不可能安装成功的，99.999% 会出现以下错误：

1. Collecting opencv-python
2. Downloading https://www.piwheels.org/simple/opencv-python/opencv_python-3.4.4.19-cp35-cp35m-linux_armv7l.whl (7.4MB)
3. 45% |██████████████▍ | 3.3MB 15kB/s eta 0:04:20
4. THESE PACKAGES DO NOT MATCH THE HASHES FROM THE REQUIREMENTS FILE. If you have updated the package versions, please update the hashes. Otherwise, examine the package contents carefully; someone may have tampered with them.
5. opencv-python from https://www.piwheels.org/simple/opencv-python/opencv_python-3.4.4.19-cp35-cp35m-linux_armv7l.whl#sha256=329d9d9fdd62b93d44a485aeaab4602c6f5b8555ea8bcc7dbcdc62c90cfe2c3f:
6. Expected sha256 329d9d9fdd62b93d44a485aeaab4602c6f5b8555ea8bcc7dbcdc62c90cfe2c3f
7. Got 869c7994c40b84ac09f244f768db9269d52d3265d376441e8516a47f24711ef2

这可能是由于 速太慢了，没有下载完整的文件，所以不完整的文件的md5和期望的不一样。

我们首先下载 whl 文件到本地：

1. # 浏览器直接访问就可以
2. https://www.piwheels.org/simple/opencv-python/opencv_python-3.4.4.19-cp35-cp35m-linux_armv7l.whl

然后上传到树莓派，使用以下命令安装：

1. sudo pip3 install opencv_python-3.4.4.19-cp35-cp35m-linux_armv7l.whl

如果出现以下代码，说明安装成功：

1. Processing ./opencv_python-3.4.4.19-cp35-cp35m-linux_armv7l.whl
2. Requirement already satisfied: numpy>=1.12.1 in /usr/lib/python3/dist-packages (from opencv-python==3.4.4.19)
3. Installing collected packages: opencv-python
4. Successfully installed opencv-python-3.4.4.19

智能监控主要代码：

1. # -*- coding: utf-8 -*-
2. # import 进openCV的库
3. import cv2
4. import os
5. import time
6. from wxpy import *
7. “””
8. 树莓派打造智能看门狗
9. sudo pip3 install opencv-python
10. sudo pip3 install wechat_sender
11. “””
12. # 登录微信
13. bot = Bot()
14. my_friend = bot.friends().search(‘监控狗’)[0]
15. # 调用摄像头检测人脸并截图
16. def camera(window_name, path_name):
17. # Linux 不显示图形界面
18. # cv2.namedWindow(window_name)
19. cap = cv2.VideoCapture(0)
20. # 告诉OpenCV使用人脸识别分类器
21. classfier = cv2.CascadeClassifier(os.getcwd()+”/haarcascade/haarcascade_frontalface_alt.xml”)
22. # 识别出人脸后要画的边框的颜色，RGB格式, color是一个不可增删的数组
23. color = (0, 255, 0)
24. num = 0
25. while cap.isOpened():
26. ok, frame = cap.read() # 读取一帧数据
27. if not ok:
28. break
29. # 将当前桢图像转换成灰度图像
30. grey = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
31. # 人脸检测，1.2和2分别为图片缩放比例和需要检测的有效点数
32. faceRects = classfier.detectMultiScale(grey, scaleFactor=1.2, minNeighbors=3, minSize=(32, 32))
33. if len(faceRects) > 0: # 大于0则检测到人脸
34. for faceRect in faceRects: # 单独框出每一张人脸
35. x, y, w, h = faceRect
36. num = num+1
37. # 将当前帧保存为图片
38. img_name = “%s/%d.jpg” % (path_name, num)
39. image = frame[y – 10: y + h + 10, x – 10: x + w + 10]
40. cv2.imwrite(img_name, image, [int(cv2.IMWRITE_PNG_COMPRESSION), 9])
41. print(“有人来了~~~”)
42. alarm(num)
43. # 延迟 60s，不要太频繁的发送，知道来了就可以了
44. time.sleep(60)
45. # 画出矩形框
46. cv2.rectangle(frame, (x – 10, y – 10), (x + w + 10, y + h + 10), color, 2)
47. # 显示当前捕捉到了多少人脸图片了
48. font = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX
49. cv2.putText(frame, ‘num:%d/1000’ % (num), (x + 30, y + 30), font, 1, (255, 0, 255), 4)
50. # 显示图像 Linux 下注释掉即可
51. # cv2.imshow(window_name, frame)
52. c = cv2.waitKey(10)
53. if c & 0xFF == ord(‘q’):
54. break
55. # 释放摄像头并销毁所有窗口
56. cap.release()
57. cv2.destroyAllWindows()
58. def alarm(num):
59. my_friend.send(‘有人闯进卧室了!’)
60. my_friend.send_image(os.getcwd()+”/dog/”+str(num)+”.jpg”)
61. if __name__ == ‘__main__’:
62. camera(“watchdog”, os.getcwd()+”/dog”)

运行脚本，系统会自动生成一个二维码，使用微信扫描登录即可：

1. python3 watchdog.py

然后，把你的狗头对准摄像头，神奇的事情就这么发生了。

有点小遗憾的是，启动脚本后，Python 进程 CPU 占用率居然高达300+，平均每个 CPU 差不多80+的样子，心疼我的小风扇一秒钟。

小结

如果你比较追求精致，还是不要这么搞了，这套方案离小米 络监控视摄像头功能差远了，到手价只要189，而一个树莓派的板子就 200+。

如果你喜欢瞎折腾，还是蛮好的，不仅能学到知识，还能体会到其中的乐趣，最重要的是可以随心所欲的接入可以实现的任何功能。

另附树莓派介绍

树莓派是什么：

Raspberry Pi是一款外形接近信用卡大小的电脑，可以插入到电视里也可以外接键盘。 它具备一个小电脑的功能，可以用于电子工程，也可以像台式电脑一样，做许多事情：如电子表格，文字处理，浏览互联 和玩游戏。

树莓派起源：

2008年一群学术和技术人员组成了树莓派基金会。因为看到学生们对计算机科学的兴趣下降，他们想出用低成本的计算机来激励孩子，无障碍的应用计算机。2012年3月，他们正式发售了树莓派这个小型单板计算机，旨在促进学校和发展中国家的基础计算机科学教育。因此，Raspberry Pi不包括键盘、鼠标和外壳这些外设。中文译名”树莓派”。

为什么叫树莓派？

这是为了向过去那些成功的以水果命名的计算机公司致敬，比如：苹果、橘子计算机系统（一家成立于1979年的英国微机公司）、杏子计算机（一家成立于80年代中期的英国个人电脑公司）、橡子计算机（一家在1978年成立于英国剑桥的计算公司）。”Pi”源于最初的想法：一台只能运行Python编程语言的小型计算机。

树莓派最大的特点：

体积小巧&便宜——在京东商城买树莓派3，标价为310元；在亚马逊美国商城Raspberry Pi 3 model B更是只需要37美金。

树莓派的用途：

应该说，树莓派的一经推出就大获成功。赢得了全球各地人们的喜爱，从宇航员到计算机爱好者。实际的用途三天三夜也说不完。这里只能做几个简单介绍。

最新的让爱好者们兴奋的树莓派应用案例是：成立于2017年初的AI创业公司 XNOR.AI，他们的程序甚至可以部署在价值5美元的树莓派上，通过连接摄像头实现实时视频分析。