樹莓派+python+OpenCV等打造智能家居遠程監控系統

前言

前幾天，在食堂吃飯，本來每天中午的新聞三十分換成了視頻監控。我們已經習慣了，前十分鐘看著領導都很忙，中間十分鐘中國人民都很幸福，後十分鐘別的國家都生活在水深火熱裡，順便跟同事談談國家大事。突然主角換成了我們自己，便毫無抬頭的慾望。

恰巧最近也有在接觸大屏監控的解決方案，於是乎，就索性拿樹莓派實驗了一把，做一個智能監控系統。

軟硬件清單

• 讀卡器以及 SD 卡(裝系統用)
• 攝像頭一枚，支持 USB
• SSH連接工具(SecureCRT，Xshell)
• 寬帶、路由器(家中常備)
• 裝好系統的樹莓派 3B+ 一隻(充電器、CPU散熱風扇等)

在開始之前照常先秀一下這半成品的監控系統，是不是醜到爆！？

監控系統

市面上有很多開源的攝像頭管理軟件，比如 motion、mjpg-streamer，當然我們也可以用 Python 自己實現更智能的監控系統。

下面，我們分別來介紹以上三種方案。

motion

安裝：

1. sudo apt-get install motion

打開 motion daemon 守護進程，讓他可以一直在後臺運行

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. #設置分辨率
5. width 800
6. height 600
7. #關閉 localhost 的限制
8. stream_localhost off

運行 motion：

1. sudo motion

停止 motion：

1. killall motion 或者 service motion stop

現在我們的攝像頭已經變成了一臺網絡攝像頭。在chrome瀏覽器下訪問 http://:8081 即可看到攝像頭當前拍攝的畫面。

不得不說，真的很耗CPU，差不多持續在60%左右，並且有一定的延遲，卡頓特別嚴重。

mjpg-streamer

先安裝依賴：

1. sudo apt-get install libjpeg8-dev cmake

下載 mjpg-streamer-master 軟件：

1. wget http://github.com/jacksonliam/mjpg-streamer/archive/master.zip
2. unzip master.zip
3. cd mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental
4. # 編輯配置文件
5. vim plugins/input_raspicam/input_raspicam.c

進去之後搜索fps，也就是按一下/鍵，然後輸入fps，然後回車將fps、高度、寬度修改，參考下圖：

然後退出到mjpg-streamer-master/mjpg-streamer-experimental路徑，編譯：

1. sudo make clean all

啟動攝像頭：

1. //啟動普通 USB攝像頭
2. ./mjpg_streamer -i "./input_uvc.so" -o "./output_http.so -w ./www"
3. //啟動樹莓派專用攝像頭
4. ./mjpg_streamer -i "./input_raspicam.so" -o "./output_http.so -w ./www"
5. //openwrt下啟動,8090端口
6. mjpg_streamer -i "input_uvc.so -f 10 -r 320*240" -o "output_http.so -p 8090 -w www"

如果出現以下錯誤：

多插拔幾次攝像頭興許就可以了。

多參數啟動：

1. sudo mjpg_streamer -i "./input_uvc.so -r 640x480 -f 10 -n" -o "./output_http.so -p 8080 --w ./www"

密碼訪問

1. # userid:password 改成自己的就可以
2. sudo mjpg_streamer -i "./input_uvc.so -r 640x480 -f 10 -n" -o "./output_http.so -p 8080 --w ./www -c userid:password"

在瀏覽器中打開，外網自備穿透：

1. http://:8080
2. http://:8080/?action=stream

最終畫面：

這個就流暢多了，CPU差不多也佔到五六十的樣子，不過無礙，畢竟是4核。

Python 實現

上面兩種方式只能做到瀏覽器監控訪問，非局域網還得搭個穿透才能訪問，看似華麗，其實並沒有實際卵用。

為了更加智能的實現監控告警，下面我們採用Python +OpenCV+Wechat 實現。

安裝 OpenCV

安裝基礎組件：

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

然後安裝 OpenCV：

1. sudo pip3 install opencv-python

一般情況，你是不可能安裝成功的，99.999% 會出現以下錯誤：

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

這可能是由於網速太慢了，沒有下載完整的文件，所以不完整的文件的md5和期望的不一樣。

我們首先下載 whl 文件到本地：

1. # 瀏覽器直接訪問就可以
2. https://www.piwheels.org/simple/opencv-python/opencv_python-3.4.4.19-cp35-cp35m-linux_armv7l.whl

然後上傳到樹莓派，使用以下命令安裝：

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

如果出現以下代碼，說明安裝成功：

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

智能監控主要代碼：

1. # -*- coding: utf-8 -*-
2. # import 進openCV的庫
3. import cv2
4. import os
5. import time
6. from wxpy import *
7. """
8. 樹莓派打造智能看門狗
9. sudo pip3 install opencv-python
10. sudo pip3 install wechat_sender
11. """
12. # 登錄微信
13. bot = Bot()
14. my_friend = bot.friends().search('監控狗')[0]
15. # 調用攝像頭檢測人臉並截圖
16. def camera(window_name, path_name):
17. # Linux 不顯示圖形界面
18. # cv2.namedWindow(window_name)
19. # 視頻來源，來自USB攝像頭
20. cap = cv2.VideoCapture(0)
21. # 告訴OpenCV使用人臉識別分類器
22. classfier = cv2.CascadeClassifier(os.getcwd()+"/haarcascade/haarcascade_frontalface_alt.xml")
23. # 識別出人臉後要畫的邊框的顏色，RGB格式, color是一個不可增刪的數組
24. color = (0, 255, 0)
25. num = 0
26. while cap.isOpened():
27. ok, frame = cap.read() # 讀取一幀數據
28. if not ok:
29. break
30. # 將當前楨圖像轉換成灰度圖像
31. grey = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
32. # 人臉檢測，1.2和2分別為圖片縮放比例和需要檢測的有效點數
33. faceRects = classfier.detectMultiScale(grey, scaleFactor=1.2, minNeighbors=3, minSize=(32, 32))
34. if len(faceRects) > 0: # 大於0則檢測到人臉
35. for faceRect in faceRects: # 單獨框出每一張人臉
36. x, y, w, h = faceRect
37. num = num+1
38. # 將當前幀保存為圖片
39. img_name = "%s/%d.jpg" % (path_name, num)
40. image = frame[y - 10: y + h + 10, x - 10: x + w + 10]
41. cv2.imwrite(img_name, image, [int(cv2.IMWRITE_PNG_COMPRESSION), 9])
42. print("有人來了~~~")
43. alarm(num)
44. # 延遲 60s，不要太頻繁的發送，知道來了就可以了
45. time.sleep(60)
46. # 畫出矩形框
47. cv2.rectangle(frame, (x - 10, y - 10), (x + w + 10, y + h + 10), color, 2)
48. # 顯示當前捕捉到了多少人臉圖片了
49. font = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX
50. cv2.putText(frame, 'num:%d/1000' % (num), (x + 30, y + 30), font, 1, (255, 0, 255), 4)
51. # 顯示圖像 Linux 下注釋掉即可
52. # cv2.imshow(window_name, frame)
53. c = cv2.waitKey(10)
54. if c & 0xFF == ord('q'):
55. break
56. # 釋放攝像頭並銷燬所有窗口
57. cap.release()
58. cv2.destroyAllWindows()
59. def alarm(num):
60. my_friend.send('有人闖進臥室了!')
61. my_friend.send_image(os.getcwd()+"/dog/"+str(num)+".jpg")
62. if __name__ == '__main__':
63. camera("watchdog", os.getcwd()+"/dog")

運行腳本，系統會自動生成一個二維碼，使用微信掃描登錄即可：

1. python3 watchdog.py

然後，把你的狗頭對準攝像頭，神奇的事情就這麼發生了。

有點小遺憾的是，啟動腳本後，Python 進程 CPU 佔用率居然高達300+，平均每個 CPU 差不多80+的樣子，心疼我的小風扇一秒鐘。

小結

如果你比較追求精緻，還是不要這麼搞了，這套方案離小米網絡監控視攝像頭功能差遠了，到手價只要189，而一個樹莓派的板子就 200+。

如果你喜歡瞎折騰，還是蠻好的，不僅能學到知識，還能體會到其中的樂趣，最重要的是可以隨心所欲的接入可以實現的任何功能。

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關鍵字: 中央處理器 樹莓 Wget