【嵌入式开发系统04】Unbuntu下图像处理开源软件库 Opencv3.4.11的安装、编译及应用初步

本文目的是主要介绍了怎样安装opencv，如何用opencv编译程序打开一个图片或者摄像头等，并为之后的人脸识别系统打了基础。

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（一）什么是Opencv？

开源计算机视觉(OpenCV)是一个主要针对实时计算机视觉的编程函数库。
OpenCV的应用领域包括:

应用领域
2D和3D功能工具包
运动估计
面部识别系统
手势识别
人机交互
移动机器人
动作理解
物体识别
分割和识别
实体影像立体视觉:来自两个摄像机的深度感知
运动中的结构(SFM)
运动跟踪
增强现实

为了支持上述一些领域，OpenCV包括一个统计机器学习库，其中包含:

统计机器学习库
提升(Boosting)
决策树学习
梯度提升树
期望最大化算法
k最近邻算法
朴素贝叶斯分类器
人工神经网络
随机森林
支持向量机(SVM)
深层神经网络(DNN)

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（二）Opencv的下载

1.安装准备

安装cmake：

sudo apt-get install cmake

2.依赖环境

sudo apt-get install build-essential libgtk2.0-dev libavcodec-dev libavformat-dev libjpeg-dev libswscale-dev libtiff5-dev
sudo apt-get install libgtk2.0-dev
sudo apt-get install pkg-config

3.下载Opencv

● 官网下载opencv-3.4.11版本https://opencv.org/releases/。
注意：可以直接在虚拟机中使用浏览器（我的是chrome）进行下载，国外官网下载地址：https://github.com/opencv/opencv/releases，不推荐在国外网址上下载，非常慢。建议先在Windows下载完成，然后复制到ubantu home目录下
●直接下载压缩包https://codeload.github.com/opencv/opencv/zip/refs/tags/3.4.11

（三）Opencv的安装

1.复制解压压缩包

● 在解压缩包之前，将 opencv-3.4.11.zip 复制到 home 文件夹下，再解压缩。
●输入解压命令

unzip opencv-3.4.11.zip

2.使用 cmake 安装 opencv

2.1 首先进入解压后的文件夹：opencv-3.4.11

● 输入命令命令：

cd opencv-3.4.11

● 首先进入 root 用户，并更新一下。

sudo su
sudo apt-get update

2.2 接着再执行这条命令安装 cmake

● 输入相应的命令：

sudo apt-get install cmake

注意：我之前已经安装过 cmake ，所以你的执行结果会和我的执行结果略有差异，不用担心出错。
● 输入命令，安装依赖库。

sudo apt-get install build-essential libgtk2.0-dev libavcodec-dev libavformat-dev libjpeg.dev libtiff5.dev libswscale-dev libjasper-dev

注意：
● 由于我执行这条语句时，出现了错误：无法覆盖 libjasper-dev ，因为已经存在了，所以我执行这条命令的时候删掉最后一个库：libjasper-dev，如下图红色方框内。
● 在主机中使用 ctrl+c 复制命令，再虚拟机中使用快捷键 ctrl+shift+v 粘贴命令即可，前提是虚拟机安装了 VMware Tools，而 VMware Tools 的安装网上有很多教程，这里就不再赘述。

2.3创建一个编译文件夹mkdir build

输入命令：

mkdir build
cd build

● 使用 cmake 编译参数，或者使用第二条默认参数，都可以的。

cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=Release -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local …
cmake …

3.使用 make 创建编译

● 仍然是在 build 文件夹下进行。

sudo make

编译完成。

4.安装

● 输入安装命令。

sudo make install

安装完成。

5.配置环境

● 修改 opencv.conf 文件，打开后的文件是空的，添加 opencv 库的安装路径：/usr/local/lib。

sudo gedit /etc/ld.so.conf.d/opencv.conf

● 保存后会看到之前的警告信息，不用担心，正常情况。

● 更新系统共享链接库.

sudo ldconfig

● 配置 bash ，修改 bash.bashrc 文件。

sudo gedit /etc/bash.bashrc

● 在文件末尾加入：

PKG_CONFIG_PATH=$PKG_CONFIG_PATH:/usr/local/lib/pkgconfig
export PKG_CONFIG_PATH

● 保存退出，然后执行如下命令使得配置生效。

source /etc/bash.bashrc

● 再进行更新。

sudo updatedb

● 接下来查看 opencv 的版本信息。

pkg-config --modversion opencv

♥安装成功！

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（四）应用实例

1.需求分析

● 编写一个打开图片进行特效显示的代码 test1.cpp（见opencv编程参考资料 ）；
注意gcc编译命令: gcc test1.cpp -o test1 pkg-config --cflags --libs opencv
1）请解释这条编译命令，它是如何获得opencv头文件、链接lib库文件的路径的？
2）改用make+makefile方式编译 上述程序（用变量命名格式写makefile文件，并包括 clean选项)
● 练习使用opencv库编写打开摄像头压缩视频的程序。参考示例代码1和示例代码2。并回答：
1）如果要求打开你硬盘上一个视频文件来播放，请问示例代码1第7行代码如何修改？
2）在示例代码1第9行的while循环中，Mat是一个什么数据结构？ 为什么一定要加一句waitKey延时代码，删除它行不行？
3）示例代码1代码会在while循环中一直运行，你如果试图用鼠标关闭图像显示窗口，会发现始终关不掉。需要用键盘Ctrl+C 强制中断程序，非常不友好。如何改进？

2.编写一个打开图片进行特效显示的代码

2.1首先创建一个代码存放文件夹 code

● 输入命令：

touch test1.cpp

2.2创建一个 test1.cpp 文件

● 输入命令：

gedit test1.cpp

● 输入或粘贴相应代码：

#include 
#include 
using namespace cv;
using namespace std;
int main(int argc, char** argv)
{
	CvPoint center;
    double scale = -3; 

	IplImage* image = cvLoadImage("lena.jpg");
	argc == 2? cvLoadImage(argv[1]) : 0;
	
	cvShowImage("Image", image);
	
	
	if (!image) return -1; 	center = cvPoint(image->width / 2, image->height / 2);
	for (int i = 0;i<image->height;i++)
		for (int j = 0;j<image->width;j++) {
			double dx = (double)(j - center.x) / center.x;
			double dy = (double)(i - center.y) / center.y;
			double weight = exp((dx*dx + dy*dy)*scale);
			uchar* ptr = &CV_IMAGE_ELEM(image, uchar, i, j * 3);
			ptr[0] = cvRound(ptr[0] * weight);
			ptr[1] = cvRound(ptr[1] * weight);
			ptr[2] = cvRound(ptr[2] * weight);
		}

	Mat src;Mat dst;
	src = cvarrToMat(image);
	cv::imwrite("test.png", src);

    cvNamedWindow("test",1);  	imshow("test", src);
	 cvWaitKey();
	 return 0;
}

● 编译文件，执行命令：

gcc test1.cpp -o test1 pkg-config --cflags --libs opencv

注意： gcc编译器：gcc + 文件名 + -o + 输出文件流名称 +` 支持包。
● 编译出错了，需要用 C++ 编译器编译你的接口模块。将 gcc 改为 g++ 后就正确了，可以看到有了可执行文件 test1 。

g++ test1.cpp -o test1 pkg-config --cflags --libs opencv

● 在用同文件夹下准备一张图片，文件名为：huiyuan.jpg。

● 输出结果，执行以下命令：

./test1

● 发现出现问题，输入以下命令，进行解决。

sudo apt-get install libcanberra-gtk-module

● 最后得到结果如下：

2.3编译命令的解释

● 注意gcc编译命令:

gcc test1.cpp -o test1 pkg-config --cflags --libs opencv

● 解释这条编译命令，它是如何获得opencv头文件、链接lib库文件的路径。

命令	解释含义
pkg-config	检查库的版本号。如果所需要的库的版本不满足要求，它会打印出错误信息，避免链接错误版本的库文件。获得编译预处理参数，如宏定义，头文件的位置。获得链接参数，如库及依赖的其它库的位置，文件名及其它一些连接参数。自动加入所依赖的其它库的设置。
–cflags	用来指定程序编译时所需要的头文件所在目录
–lib	指定程序所需要的动态链接库目录

2.4改用make+makefile方式编译

● 需求：用变量命名格式写makefile文件，并包括 clean选项
● 按照之前的方式，我们先创建一个文件夹，这里命名为“mm”，并将一个.jpg的图片放置其中：

mkdir mm
cd mm

● 在mm文件夹下创建一个aidian.c的文件，同时将（1）中的代码写入其中：
（要将之前的"huiyuan.jpg"改为"mei.jpg"）

● 接下来，再创一个makefile文件，由于题目要求通过变量命名格式写makefile文件，因此，makefile文件内容如下：

gedit makefile

● 输入相应的命令，避免发生报错。

g++ pkg-config --cflags opencv -o aidian aidian.c pkg-config --libs opencv

● 输出结果：

make
./aidian

● 可以发现两种方法，处理出来的结果相同。

3.使用opencv库编写打开摄像头压缩视频的程序

3.1虚拟机获取摄像头权限

● 使用快捷键 Win + R ，输入 services.msc ，并回车。

● 找到 VMware USB Arbitration S… 服务，确保启动了。
● 点击 “ 虚拟机 ” ，然后点击 “ 设置(S)… ”。

● 选择 “ USB控制器 ” ，将 “ USB兼容性 ” 设置为 “ USB 3.1 ” ，并点击确定。

● 选择 “ 虚拟机 ” ，再选择 “ 可移动设备 ” ，再选择 “ Quanta USB2.0 VGA UVC WebCam ” ，最后点击 “ 连接 ” ，再弹出的窗口内点击 “ 确定 ” 。
● 虚拟机右下角这个摄像头图标有个小绿点，则连接成功。

3.2播放视频

● 创建一个 test2.cpp 文件。

touch test2.cpp
gedit test2.cpp

● 输入或粘贴以下代码。

#include 
using namespace cv;
int main()
{
	//从摄像头读取视频
	VideoCapture capture("man.mp4");
	//循环显示每一帧
	while(1){
		Mat frame;//定义一个Mat变量，用于存储每一帧的图像
		capture >> frame;//读取当前帧
		if(frame.empty())//播放完毕，退出
			break;
		imshow("读取视频帧",frame);//显示当前帧
		waitKey(30);//掩饰30ms
	}
	system("pause");
	return 0;
}

作用解释：
● 如果语句：VideoCapture capture(0)，后面的参数设置为 0 ，则从摄像头读取视频并循环显示每一帧；如果设置为一个视频的文件名，比如：man.mp4 ，则会将视频读取并循环显示每一帧。
● while 循环体中的 Mat 数据结构其实是一个点阵，对应图像上的每一个点，点的集合形成了一帧图像，有关 Mat 详解请看：OpenCV中Mat数据结构
● 语句：waitKey(30) ，中的参数单位是 ms 毫秒，也就是每一帧间隔 30 ms ，该语句时不能删除的，否则会执行错误，无法播放视频或录制视频。
● 准备一个小视频，我这里准备了 ningyu.mp4 。

● 编译 test2.cpp 文件。

g++ test2.cpp -o test2 pkg-config --cflags --libs opencv
./test2

得到结果如下：

3.3录制视频

● 创建一个 test3.cpp 。

touch test3.cpp
gedit test3.cpp

● 输入或粘贴以下代码：

/*********************************************************************
打开电脑摄像头，空格控制视频录制，ESC退出并保存视频RecordVideo.avi
*********************************************************************/
#include
#include 
#include
#include
using namespace cv;
using namespace std;

int main()
{
	//打开电脑摄像头
	VideoCapture cap(0);
	if (!cap.isOpened())
	{
		cout << "error" << endl;
		waitKey(0);
		return 0;
	}

	//获得cap的分辨率
	int w = static_cast<int>(cap.get(CV_CAP_PROP_FRAME_WIDTH));
	int h = static_cast<int>(cap.get(CV_CAP_PROP_FRAME_HEIGHT));
	Size videoSize(w, h);
	VideoWriter writer("RecordVideo.avi", CV_FOURCC('M', 'J', 'P', 'G'), 25, videoSize);
	
	Mat frame;
	int key;//记录键盘按键
	char startOrStop = 1;//0  开始录制视频； 1 结束录制视频
	char flag = 0;//正在录制标志 0-不在录制； 1-正在录制

	while (1)
	{
		cap >> frame;
		key = waitKey(100);
		if (key == 32)//按下空格开始录制、暂停录制   可以来回切换
		{
			startOrStop = 1 - startOrStop;
			if (startOrStop == 0)
			{
				flag = 1;
			}
		}
		if (key == 27)//按下ESC退出整个程序，保存视频文件到磁盘
		{
			break;
		}

		if (startOrStop == 0 && flag==1)
		{
			writer << frame;
			cout << "recording" << endl;
		}
		else if (startOrStop == 1)
		{
			flag = 0;
			cout << "end recording" << endl;
			
		}
		imshow("picture", frame);
	}
	cap.release();
	writer.release();
	destroyAllWindows();
	return 0;
}

● 编译并执行 test3.cpp 文件：

g++ test3.cpp -o test3 pkg-config --cflags --libs opencv
./test3

同样这里可以得到一个比较明显的结果，就不作演示了。

4.问题解决

● 如果要求打开你硬盘上一个视频文件来播放，请问示例代码1第7行代码如何修改？
● 打开硬盘上一个视频文件来播放，可将程序中的语句改为 cpp VideoCapture capture(“name.mp4”)其中“name.mp4”为视频名字
代码如下：

#include 
using namespace cv;
int main()
{
	//从摄像头读取视频
	VideoCapture capture("man.mp4");//VideoCapture capture(0)；打开man.mp4视频文件
	//循环显示每一帧
	while(1){
		Mat frame;//定义一个Mat变量，用于存储每一帧的图像
		capture >> frame;//读取当前帧
		if(frame.empty())//播放完毕，退出
			break;
		imshow("读取视频帧",frame);//显示当前帧
		waitKey(30);//掩饰30ms
	}
	system("pause");
	return 0;
}

● 在示例代码1第9行的while循环中，Mat是一个什么数据结构？ 为什么一定要加一句waitKey延时代码，删除它行不行？
答：while循环体中的 Mat 数据结构其实是一个点阵，对应图像上的每一个点，点的集合形成了一帧图像。语句：waitKey(30) ，中的参数● 单位是 ms 毫秒，也就是每一帧间隔 30ms，该语句时不能删除的，否则会执行错误，无法播放视频或录制视频。
示例代码1代码会在while循环中一直运行，你如果试图用鼠标关闭图像显示窗口，会发现始终关不掉。需要用键盘Ctrl+C 强制中断程序，非常不友好。
因此进行改进代码如下：

#include 
using namespace cv;
int main()
{
VideoCapture capture(0);
while(1)
{
Mat frame;
capture >> frame;
imshow("读取视频帧",frame);
if(frme.empt())//
{
break;
}//
waitKey(30);
}
system("pause");
return 0;
}

或者

#include
#include 
#include
#include
using namespace cv;
using namespace std;
int main()
{
	//打开电脑摄像头
	VideoCapture cap(0);
	if (!cap.isOpened())
	{
		cout << "error" << endl;
		waitKey(0);
		return 0;
	}

	//获得cap的分辨率
	int w = static_cast<int>(cap.get(CV_CAP_PROP_FRAME_WIDTH));
	int h = static_cast<int>(cap.get(CV_CAP_PROP_FRAME_HEIGHT));
	Size videoSize(w, h);
	VideoWriter writer("RecordVideo.avi", CV_FOURCC('M', 'J', 'P', 'G'), 25, videoSize);
	
	Mat frame;
	int key;//记录键盘按键
	char startOrStop = 1;//0  开始录制视频； 1 结束录制视频
	char flag = 0;//正在录制标志 0-不在录制； 1-正在录制

	while (1)
	{
		cap >> frame;
		key = waitKey(100);
		if (key == 32)//按下空格开始录制、暂停录制   可以来回切换
		{
			startOrStop = 1 - startOrStop;
			if (startOrStop == 0)
			{
				flag = 1;
			}
		}
		if (key == 27)//按下ESC退出整个程序，保存视频文件到磁盘
		{
			break;
		}

		if (startOrStop == 0 && flag==1)
		{
			writer << frame;
			cout << "recording" << endl;
		}
		else if (startOrStop == 1)
		{
			flag = 0;
			cout << "end recording" << endl;
			
		}
		imshow("picture", frame);
	}
	cap.release();
	writer.release();
	destroyAllWindows();
        return 0;
}

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（五）总结

本文目的是主要介绍怎样安装opencv，如何用opencv编译程序打开一个图片或者摄像头等，并为之后的人脸识别系统打了基础，以及操作实例的示范。
寄语：筠心似君子，澹如自相持。
   聊胜于无，在迷失方向的时候，坚定回想。
   为所求福报之人，肃清阻碍，铭记此身应许予祝福之人一梦！

参考文献：
https://blog.csdn.net/ssj925319/article/details/109231145
https://blog.csdn.net/public669/article/details/99044895
https://blog.csdn.net/chichu261/article/details/84981412
https://cungudafa.blog.csdn.net/article/details/84451066