はじめに

Pythonの依存関係を管理するツールであるPoetryを使って、Raspberry Pi 4（OS：Raspbian Lite）上に OpenCV4 の環境構築をした際、個人的にいくつかハマったポイントがあったので、ここにメモとして残しておきます。

間違いや改善点などがありましたら、指摘していただけると幸いです。

なお、Poetryがあらかじめインストールされていることを前提としています。
Poetryのインストールや使い方に関しては、こちらの記事が参考になると思います。

環境

Raspberry Pi 側の環境は以下のようになっています。


機種	Raspberry Pi 4 Model B 4GB
OS	Raspbian Buster Lite
Poetry version	1.0.5
Python	3.7.3
X Server	X.Org X Server 1.20.4

バージョン情報を確認した際のコマンドと実行結果

$ lsb_release -a
No LSB modules are available.
Distributor ID: Raspbian
Description:    Raspbian GNU/Linux 10 (buster)
Release:        10
Codename:       buster
$ sudo cat /etc/debian_version
10.3
$ poetry --version
Poetry version 1.0.5
$ python3.7 -V
Python 3.7.3
$ Xorg -version

X.Org X Server 1.20.4
X Protocol Version 11, Revision 0
Build Operating System: Linux 4.15.0-48-generic armv8l Raspbian
Current Operating System: Linux pi4b-02 4.19.97-v7l+ #1294 SMP Thu Jan 30 13:21:14 GMT 2020 armv7l
Kernel command line: coherent_pool=1M 8250.nr_uarts=0 cma=64M cma=256M  smsc95xx.macaddr=DC:A6:32:70:FB:B0 vc_mem.mem_base=0x3ec00000 vc_mem.mem_size=0x40000000  console=ttyS0,115200 console=tty1 root=PARTUUID=6c586e13-02 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait
Build Date: 05 June 2019  12:49:54PM
xorg-server 2:1.20.4-1+rpt1 (https://www.debian.org/support)
Current version of pixman: 0.36.0
        Before reporting problems, check http://wiki.x.org
        to make sure that you have the latest version.

また、動作確認として画像を表示する際X転送を利用しいます。
動作確認の際に用いた、クライアント側の環境は以下のようになっています。


OS	Windows 10 Pro（バージョン：1903）
SSH クライアント	WSL 1（Ubuntu 18.04）
VcXsrv X Server	Version 1.20.6.0(12 Jan 2020)

仮想環境の作成

作業ディレクトリに移動し、以下のコマンドで仮想環境を作成する。

$ cd ~/work/OpencvPythonExperiment/  # 任意の作業ディレクトリへ移動
$ python3.7 -m venv .venv  # 仮想環境を作成

なお、仮想環境を作成する際以下のようなメッセージが表示されることがある。（きちんと調べたわけではないが、pipがインストールされていない環境だと以下のようなメッセージが表示される？）

$ python3.7 -m venv .venv
The virtual environment was not created successfully because ensurepip is not
available.  On Debian/Ubuntu systems, you need to install the python3-venv
package using the following command.

    apt-get install python3-venv

You may need to use sudo with that command.  After installing the python3-venv
package, recreate your virtual environment.

この場合、以下のコマンドを実行することで解決した。

$ sudo apt update
$ sudo apt upgrade
$ sudo apt install python3.7-venv  # マイナーバージョンを明示的に指定し、インストール
$ python3.7 -m venv .venv  # 仮想環境を作成

OpenCV のインストール

pyproject.toml ファイルの作成

作業ディレクトリに移動し、以下のコマンドで対話的にpyproject.tomlファイルを作成できる。

$ poetry init
（以下略）

適当に入力していったら、以下のようなファイルが生成された。
自分でpyproject.tomlファイルを作成するのが面倒な人は、以下の内容をそのままコピペすればとりあえず大丈夫だと思う。

pyproject.toml

name = "opencv-python-experiment"
version = "0.1.0"
description = ""
authors = ["Takahiro55555"]

[tool.poetry.dependencies]
python = "^3.7"

[tool.poetry.dev-dependencies]

[build-system]
requires = ["poetry>=0.12"]
build-backend = "poetry.masonry.api"

OpenCVのインストール

以下のコマンドを実行し、OpenCV をインストールしようとしたが失敗した。

$ poetry add opencv-contrib-python

具体的には、以下のようなエラーが表示された。

[EnvCommandError]
Command ['/home/pi/work/OpencvPythonExperiment/.venv/bin/pip', 'install', '--no-deps', 'opencv-contrib-python==4.2.0.34'] errored with the following return code 1, and output:
Looking in indexes: https://pypi.org/simple, https://www.piwheels.org/simple
Collecting opencv-contrib-python==4.2.0.34
  Could not find a version that satisfies the requirement opencv-contrib-python==4.2.0.34 (from versions: 3.4.2.16, 3.4.2.17, 3.4.3.18, 3.4.4.19, 3.4.6.27, 3.4.7.28, 4.0.1.24, 4.1.0.25, 4.1.1.26)
No matching distribution found for opencv-contrib-python==4.2.0.34

エラーを見てみると、インストールしようとしている OpenCV のバージョンが、インストール可能な OpenCV のバージョンのリストに含まれていないためエラーが発生したようである。

そこで、インストール可能な OpenCV のバージョンを明示的に指定し再度インストールを試みたが、新たなエラーが発生した。

$ poetry add opencv-contrib-python=4.1.1.26

具体的には、以下のようなエラーが表示された。

[EnvCommandError]
Command ['/home/pi/work/OpencvPythonExperiment/.venv/bin/pip', 'install', '--no-deps', 'opencv-contrib-python==4.1.1.26'] errored with the following return code 1, and output:
Looking in indexes: https://pypi.org/simple, https://www.piwheels.org/simple
Collecting opencv-contrib-python==4.1.1.26
  Downloading https://www.piwheels.org/simple/opencv-contrib-python/opencv_contrib_python-4.1.1.26-cp37-cp37m-linux_armv7l.whl (15.9MB)
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.
    opencv-contrib-python==4.1.1.26 from https://www.piwheels.org/simple/opencv-contrib-python/opencv_contrib_python-4.1.1.26-cp37-cp37m-linux_armv7l.whl#sha256=8000d53db64bc9b5b093d9cae4cecb540af97f1dfdd967d8ac29bc5f5032528b:
        Expected sha256 8000d53db64bc9b5b093d9cae4cecb540af97f1dfdd967d8ac29bc5f5032528b
             Got        47247bbcadb068654922b0d94b3cc5f8437a3ab74d549668efec2e489a5f21aa

そこで、仮想環境内のpipをアップデートした後、再度 OpenCV のインストールを試みたら無事インストールが成功した。

$ .venv/bin/pip install -U pip
$ poetry add opencv-contrib-python=4.1.1.26

OpenCV の import 時のエラーと解決法

さっそく、OpenCV を使おうとしたがimport時に以下のようなエラーが発生した。

$ poetry shell
(.venv) $ python
Python 3.7.3 (default, Dec 20 2019, 18:57:59)
[GCC 8.3.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import cv2
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "/home/pi/work/OpencvPythonExperiment/.venv/lib/python3.7/site-packages/cv2/__init__.py", line 3, in <module>
    from .cv2 import *
ImportError: libhdf5_serial.so.103: cannot open shared object file: No such file or directory

エラーと対応するパッケージのインストール

こちらの記事を参考にして、不足しているパッケージをインストールした。
自分の環境では、上記の参考記事でインストールしている一部のパッケージのバージョンが古くなっていたり不足しているものがあったため、修正・追加したものを以下に示す。

なお、以下でインストールしているパッケージをまとめたものを先に示す。

sudo apt install libhdf5-103
sudo apt install libharfbuzz0b
sudo apt install liblapack3
sudo apt install libatlas-base-dev
sudo apt install libwebp6
sudo apt install libtiff5
sudo apt install libjasper1
sudo apt install libilmbase23
sudo apt install libopenexr23
sudo apt install libavcodec-extra58
sudo apt install libavformat58
sudo apt install libswscale5
sudo apt install libqtgui4
sudo apt install libqt4-test

HDF5

Error.txt

ImportError: libhdf5_serial.so.103: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install libhdf5-103

HarfBuzz

Error.txt

ImportError: libharfbuzz.so.0: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install libharfbuzz0b

???

Error.txt

ImportError: liblapack.so.3: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install liblapack3

???

Error.txt

ImportError: libcblas.so.3: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install libatlas-base-dev

WebP

Error.txt

ImportError: libwebp.so.6: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install libwebp6

???

Error.txt

ImportError: libtiff.so.5: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install libtiff5

Jasper

Error.txt

ImportError: libjasper.so.1: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install libjasper1

???

Error.txt

ImportError: libImath-2_2.so.23: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install libilmbase23

OpenEXR

Error.txt

ImportError: libIlmImf-2_2.so.23: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install libopenexr23

FFmpeg関連

Error.txt

ImportError: libavcodec.so.58: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install libavcodec-extra58

Error.txt

ImportError: libavformat.so.58: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install libavformat58

Error.txt

ImportError: libswscale.so.5: cannot open shared object file: No such file or director

-> sudo apt install libswscale5

Qt関連

Error.txt

ImportError: libQtGui.so.4: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install libqtgui4

Error.txt

ImportError: libQtTest.so.4: cannot open shared object file: No such file or directory

-> sudo apt install libqt4-test

パッケージの不足以外に起因するエラー

こちらの記事を参考にし、無事解決した。

Error.txt

ImportError: /home/pi/work/OpencvPythonExperiment/.venv/lib/python3.7/site-packages/cv2/cv2.cpython-37m-arm-linux-gnueabihf.so: undefined symbol: __atomic_fetch_add_8

.bashrcを変更する前に、上記の記事の解決策が上手くいくかどうかを検証する。

$ poetry shell  # 仮想環境をactivateする
(.venv) $ export LD_PRELOAD=/usr/lib/arm-linux-gnueabihf/libatomic.so.1  # 上記の記事に記述されていた解決策
(.venv) $ python  # 動作確認
Python 3.7.3 (default, Dec 20 2019, 18:57:59)
[GCC 8.3.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import cv2
>>> cv2.__version__
'4.1.1
>>> exit()  # インタプリタを終了する

試しに、OpenCV のバージョンを確認したところ、無事に確認できた。
なので、.bashrcに以下のように追記する。

$ echo "export LD_PRELOAD=/usr/lib/arm-linux-gnueabihf/libatomic.so.1" >> ~/.bashrc
$ poetry shell  # 仮想環境をactivateする
(.venv) $ python  # 動作確認
Python 3.7.3 (default, Dec 20 2019, 18:57:59)
[GCC 8.3.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import cv2
>>> cv2.__version__
'4.1.1'

こちらも、エラーが発生しないことを確認できた。

OpenCV を実際に使ってみる

試しに OpenCV を使って、画像を表示してみる。
なお、画像ファイル（lenna.png）はあらかじめ.venvがあるディレクトリに置いています。

$ ls -a
.  ..  lenna.png  poetry.lock  pyproject.toml  .venv
$ poetry shell  # 仮想環境をactivateする
(.venv) $ python
Python 3.7.3 (default, Dec 20 2019, 18:57:59)
[GCC 8.3.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import cv2
>>> import cv2
>>> img = cv2.imread("lenna.png")
>>> cv2.imshow("color",img)
>>> cv2.waitKey(0)  # 画像ウィンドウを選択し、何かキーを押すとインタプリタに再度入力ができるようになる
235
>>> cv2.destroyAllWindows()

以下のように無事に表示された（X転送を使用）。

補足

エラーと対応するパッケージのインストールで参考にした記事では、以下のようにGtk3もインストールしていた。

ImportError: libgtk-3.so.0: cannot open shared object file: No such file or directory

-> libgtk-3-0 (libgtk-3-dev)

自分の環境ではGtk3関連のエラーは発生しなかったが、Gtk3関連のエラーが発生した場合は参考になるかもしれない。

参考文献