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

  • 读卡器以及 SD 卡(装系统用)
  • 摄像头一枚,支持 USB
  • SSH连接工具(SecureCRT,Xshell)
  • 宽带、路由器(家中常备)
  • 装好系统的树莓派 3B+ 一只(充电器、CPU散热风扇等)
  • 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。

  • 事实上,现在,有两个树莓派绕地球运转,在国际空间站进行实验。 英国宇航员蒂姆·佩克正在领导“太空Pi”项目,让英国在校生们编写程序进行实验,而蒂姆会把这些程序在太空运行。
  • 在地球上,南安普敦大学的一个计算机工程师团队把64个派组建成自己的超级计算机!每个派有一个16GB的存储卡,使其成为一个1TB的超级计算机。就像组装一套乐高玩具,制造商说,是一个理想的树莓派的学校项目。
  • 有一群极客正在组建一个自主海面无人舰艇(即:无人驾驶船),树莓派被用作这个舰艇的大脑。这架配备了传感器的无人舰艇将游遍大西洋,沿途采集科学数据。他们把这艘船成为“鱼派”,令人着迷。
  • 教孩子(或自己)学习编程。
  • 轻松实现一个媒体中心或一个永远在线的下载机器。
  • 智能家居系统(定时开关灯光,远程开关家中的电子设备)
  • 制作一个简易的人脸识别系统
  • 用来进行比特币挖矿
  • 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。

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