目標設定
HeadlessなRaspberry Pi3 Model Bを想定し，以下を実現することを目指す．
- Jupyter notebookが自動起動し，リモートPCからの接続を受け付ける．
- LANなしでPCと1対1で繋いでも，LANを介して繋いでもJupyterに接続できる．
- PythonからOpenCVを使うことができる．
想定する環境
- RPi3 : Raspberry Pi3本体
- PC : RPi3を操作するためのWindows / macOS / Linux機
の２つのデバイスが同一ネットワークに接続されているとする．より具体的には
- RPi3とPCがハブを介して接続している
- RPi3とPCが有線で1:1接続されている
のどちらでもよいとする．またPCが特にWindowsの場合は，Bonjour for Windowsをインストールしておくこととする．これはRPi3のIPアドレスが不明の場合でも，raspberrypi.localという名前でアクセスできるようにするため（Raspbianのavahiデーモンが実現している機能）．
制限事項
以下の点はあえて解決しないままとする．
- セキュリティについては必要最低限のまま（外部公開は想定しない）．
- インストールがすべて終わった状態であればPCと1:1接続した際にインターネット接続がなくてもOKだが，インストール中はパッケージやソースコードをダウンロードするためにインターネット接続が必要．最初からPCと1:1接続する場合は，PC側でNATしてあげる必要がある．
- Windowsなら「インターネット接続の共有（ICS）」機能を使う．例えばPCが無線LANでインターネットに接続されているなら，無線インターフェースで「インターネット接続の共有」を有効にし，その際に「ホームネットワーク接続」としてRPiと接続している有線インタフェースを指定する．この設定を行うと「ホームネットワーク接続」で有効にしたインタフェースでDHCPサーバが動き始めるので，一度RPiとのLANケーブルを抜き差しすればRPiにDHCPでアドレスが割り当てられる．インストール後にインターネット接続の共有を解除してもよいし，このまま使い続けてもよい．
- RPi3を無線LANで接続しない．
- 無線LANのパスワードなどを設定する必要があるので，今回はパス．
- LANに複数台のRaspberry Piが存在する場合，
raspberrypi.localがどのデバイスになるかは予測しがたい．LANには今回使用する１台だけが存在すると仮定する．
初期設定
以下ではOSとしてRaspbianを新規インストール，つまりディスクイメージをSDカードに書きこむところからスタートすることとする．
RaspbianのインストールとSSHアクセスの有効化
- RasobianをMicroSDにインストール．
- RASPBIAN STRETCH WITH DESKTOP (Version:November 2017)を使用．
- JAISTのミラーから2017-11-29-raspbian-stretch.zipを取得．
- 実際にはWindowsで作業したので，MicroSDのパーティションを全部消して（「コンピュータの管理」内の「ディスクの管理」より），SD Formatterでフォーマットしてから，Win32 Disk ImagerでOSイメージを書き込んだ．
- RASPBIAN STRETCH WITH DESKTOP (Version:November 2017)を使用．
- MicroSDをPCでマウントし，第1パーティション（FAT32．ラベルは「boot」．Windowsなら「boot」というボリューム名のついたドライブに見える）に
sshという名前の空のファイルを作る． - RPiを起動
SSH接続
上記のようにbootパーティションにsshというファイルが存在すると，ブート時にsshデーモンが起動する．そこでPCから
> ssh pi@raspberrypi.local
としてssh接続をする（デフォルトのユーザpiの初期パスワードはraspberry）．なおPCがWindowsの場合，
などを使うことができるが，BoW環境のsshでは接続できない（/etc/resolv.confにDNSサーバが直書きされているからmDNSで名前解決できない？）．
そのほかの設定
- 以下のインストール作業にはそれなりの時間がかかるので，
tmuxをインストールしておいて適宜detouchできるようにする． - 必要に応じて
lv,vimもインストールしておく．
Jupyter
インストール
pipでインストールする．
$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get upgrade
$ sudo apt-get install python3 python3-dev build-essential python-pip
$ sudo pip3 install --upgrade pip
$ sudo pip3 install jupyter
設定
JNSを参考にJupyterの設定ファイル（~/.jupyter/jupyter_notebook_config.py）を作る以下のスクリプトを作成して実行する．ただしパスワードは別途設定することにしてここでは書き込まない．
#!/bin/bash
# script name: configure_jupyter.sh
# last modified: 2017/03/05
# sudo: no
if [ $(id -u) = 0 ]
then
echo "to be run as $(logname)"
exit 1
fi
# generate config and create notebook directory
# if notebook directory exists, we keep it (-p)
# if configuration file exeists, we overwrite it (-y)
jupyter notebook -y --generate-config
cd $home
mkdir -p notebooks
target=~/.jupyter/jupyter_notebook_config.py
# set up dictionary of changes for jupyter_config.py
declare -A arr
app='c.NotebookApp'
arr+=(["$app.open_browser"]="$app.open_browser = False")
arr+=(["$app.ip"]="$app.ip ='*'")
arr+=(["$app.port"]="$app.port = 8888")
arr+=(["$app.enable_mathjax"]="$app.enable_mathjax = True")
arr+=(["$app.notebook_dir"]="$app.notebook_dir = '/home/$(logname)/notebooks'")
#arr+=(["$app.password"]="$app.password =\
#'sha1:81f7fe53c0e5:0c1ddb2ff6bb83d83639c29e4cf6b4cb30ff7617'")
# apply changes to jupyter_notebook_config.py
# change or append
for key in ${!arr[@]};do
if grep -qF $key ${target}; then
# key found -> replace line
sed -i "/${key}/c ${arr[${key}]}" $target
else
# key not found -> append line
echo "${arr[${key}]}" >> $target
fi
done
続いてパスワードを設定する．パスワードを設定しないと，毎回ランダムに決まるトークンを入力するように促されるのでかえって面倒．
$ jupyter notebook password
Enter password:
Verify password:
[NotebookPasswordApp] Wrote hashed password to /home/pi/.jupyter/jupyter_notebook_config.json
自動起動
Jupyterが自動起動するように設定（参考にしたサイト：https://qiita.com/mt08/items/edb9bcaeaa416d3e5319 ）．
[Unit]
Description=Jupyter notebook
[Service]
Type=simple
PIDFile=/var/run/jupyter-notebook.pid
ExecStart=/usr/local/bin/jupyter notebook
User=pi
Group=pi
WorkingDirectory=/home/pi/notebooks
Restart=always
RestartSec=10
[Install]
WantedBy=multi-user.target
sudo systemctl start jupyter
sudo systemctl enable jupyter
sudo systemctl status jupyter
接続テスト
ここまででwebブラウザから http://raspberrypi.local:8888/ にアクセスすると，パスワードを入力する画面が表示されるはずである．接続できない場合，webブラウザのプロキシ設定も確認すること．
OpenCV
ここを参考にソースからビルドする（だいたいコンパイルに約２時間かかる．MicroSDのスピード次第？）．ただしgcc-6の場合はエラーが出るので，途中でcmake/OpenCVPCHSupport.cmakeに
- SET(_PCH_isystem_prefix "-isystem")
+ SET(_PCH_isystem_prefix "-I")
を入れる点に注意（参考：OpenCV Issue #6517, OpenLightingProject Issue #1125）．
sudo apt-get install -y build-essential cmake pkg-config
sudo apt-get install -y libjpeg-dev libtiff5-dev libjasper-dev libpng-dev
sudo apt-get install -y libatlas-base-dev gfortran libeigen3-dev
sudo apt-get install -y libgtk2.0-dev
sudo apt-get install -y libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev libv4l-dev libxvidcore-dev libx264-dev
wget -O - http://github.com/opencv/opencv/archive/3.4.0.zip > opencv.zip
unzip opencv.zip
cd ~/opencv-3.4.0/
cat<<EOD | patch -p1
--- opencv-3.4.0.orig/cmake/OpenCVPCHSupport.cmake 2017-12-31 15:29:51.550167481 +0000
+++ opencv-3.4.0/cmake/OpenCVPCHSupport.cmake 2017-12-31 15:30:00.500101155 +0000
@@ -24,7 +24,7 @@
ENDIF()
SET(_PCH_include_prefix "-I")
- SET(_PCH_isystem_prefix "-isystem")
+ SET(_PCH_isystem_prefix "-I")
SET(_PCH_define_prefix "-D")
ELSEIF(CMAKE_GENERATOR MATCHES "^Visual.*$")
EOD
mkdir build
cd build
cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE \
-D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local \
-D INSTALL_PYTHON_EXAMPLES=ON \
-D BUILD_EXAMPLES=ON ..
make -j4
sudo make install
sudo ldconfig
そのほかのパッケージ
$ sudo pip3 install matplotlib scipy pandas scikit-learn scikit-image plotly
pandasのインストールにはそれなりの時間がかかる（１時間くらい）．
動作確認
webブラウザで http://raspberrypi.local:8888/ にアクセスして，新しいnotebookを作る．以下を実行できればOK．
import numpy as np
import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
print(cv2.__version__)
保存
この時点でのMicroSDをイメージファイルとして保存しておくと，同じことを他のRPiで行いたいときに便利かもしれない．Win32 Disk Imagerを使う場合，MicroSDに２つのパーティションがあるのでどちらのドライブを選択すれば…と迷うが，どちらでもよい．Read Only Allocated Partitionsにはチェックを入れること（そうしないと微妙にサイズが異なるMicroSDに書き込めなくなるというか，そういうことが無いように最初からやや小さめのパーティションを作っておくべきだし，バックアップするときもそれを反映させなさい，ということか？）．