OpenCV 最新版のビルドとインストール，CUDA 対応可能（ソースコードを使用）（Windows 上）

ユースケース: OpenCV を Windows で使いたい．CUDA に対応させたい．OpenCV の最新版を追いかけたい．

ここで行うこと: Windows で OpenCV (最新版) をソースコードからビルドする． Python 用の OpenCV パッケージもビルドする．

参考 Web ページ: https://jamesbowley.co.uk/accelerating-opencv-4-build-with-cuda-intel-mkl-tbb-and-python-bindings/

謝辞：OpenCV および関連ソフトウエア類の作者に感謝します

前準備

Python のインストール

Windows での Python のインストール手順は，「別のページ」で説明している.

git, cmake, wget, 7zip のインストール

Windows での git, cmake, wget, 7zip のインストール手順は，「別のページ」で説明している.

以下，Windows に Python, git, cmake, wget, 7zip をインストール済みであるものとして説明を続ける．

MSVC ビルドツール (Build Tools) のインストール

前準備として、MSVC ビルドツールのインストールを終えておくこと

MSVC ビルドツール (Build Tools) のインストールについては、「別のページ」で説明している

(NVIDIA GPU を使うとき）NVIDIA グラフィックスボード・ドライバ，NVIDIA CUDA ツールキットのインストール

Windows でのインストール手順の詳細は，「別のページ」で説明している

参考Webページ:

NVIDIA CUDA ツールキット: https://developer.nvidia.com/cuda-toolkit
NVIDIA CUDA ツールキットのインストール手順: http://docs.nvidia.com/cuda/cuda-installation-guide-microsoft-windows/
NVIDIA ドライバダウンロード: https://www.nvidia.co.jp/Download/index.aspx?lang=jp

(NVIDIA GPU を使うとき）NVIDIA cuDNN のインストール

Windows でのインストール手順の詳細は，別ページで説明している

インストールの要点：https://developer.nvidia.com/cudnn から cuDNN を入手し，C:\Program Files\NVIDIA GPU Computing Toolkit\CUDA\v10.1 などに展開（解凍）し，パスを通しておくこと．

（オプション）OpenBLAS のインストール

OpenBLAS と連携させたいときは、前もって OpenBLAS をインストールしておく

Windows でのインストール手順は、「OpenBLAS をソースコードからビルドして、インストール（clang, flang を使用）（Windows 上）」で説明している

（オプション）VTK のインストール

VTK と連携させたいときは、前もって VTK をインストールしておく

Windows での VTK のインストール手順は、「Windows で VTK 最新版をソースコードからビルドして、インストールする（MSVC ビルドツール (Build Tools) を使用）」で説明している

（オプション）Python 2.7 を使いたいとき

Python 2.7 を使うときは、次のような手順で、OpenCVとの連携等に必要になるPythonパッケージをインストールしておく

Windows で，コマンドプロンプトを管理者として実行．
Python 2 にnumpy パッケージをインストール
```
C:\Python27\Scripts\pip install --no-deps -U numpy
```
Python の numpy, flake8 パッケージをインストール
```
pip install -U numpy
pip install -U flake8
```

OpenCV のインストール（ソースコードを使用）

OpenCV を C:\opencv, C:\opencv_contrib, にインストールする

VS 2019用 x64 Native Tools コマンドプロンプトを開く
Windows のメニューで「Visual Studio 2019」の下の「x64 Native Tools コマンドプロンプト (Command Prompt)」（あるいは類似名のもの）を選ぶ
※ 「x64 Native Tools コマンドプロンプト (Command Prompt)」がないときは， MSVC ビルドツールのインストールを行う． MSVC ビルドツールのインストール手順は，「別のページ」で説明している.

ディレクトリを削除する

mkdir C:\tools
cd C:\tools
rmdir /s /q opencv
rmdir /s /q opencv_contrib

OpenCV と OpenCV contrib のソースコードをダウンロード

cd C:\tools
git clone https://github.com/opencv/opencv.git
git clone https://github.com/opencv/opencv_contrib.git

Python 3 のバージョンを調べる
バージョン 3.6 系列なのか、バージョン 3.7 系列なのか、調べる．この情報はあとで使う．
下の実行例では、Python のバージョンは 3.7 系列（3.7.3） である
```
python --version
```
Python 3 の場所を調べる
「C:\Users\user\AppData\Local\Programs\Python\Python37\Python.exe」のように表示される．この結果は，あとの設定で使う．
```
where python
```
cmake の実行
cmake でのオプションについて
- 「cmake -G "Visual Studio 16 2019"」
  下の手順は「cmake -G "Visual Studio 16 2019"」とある通り、 Visual Studio 2019 の MSVC ビルドツール (Build Tools) を使う場合の手順である．
- パスの区切りは「\」でなくて「/」
  「C:\tools」ではなくて「C:/tools」のようにしている．「\」は使わずに「/」を使う．これは、opencv_contrib の modules 下の cmake のエラーを回避するため．
- Python 2 の設定
  -DPYTHON2_LIBRARY=C:/Python27/libs/python27.lib」は，実際の自分のパソコンのファイルを検索し、実際に存在するファイル名を設定すること
- Python 3 の設定
  次の設定は，実際の自分のパソコンのファイルを検索し、実際に存在するファイル名を設定すること
  - -DPYTHON_DEFAULT_EXECUTABLE=C:/Users/user/AppData/Local/Programs/Python/Python37/python.exe
  - -DPYTHON3_EXECUTABLE=C:/Users/user/AppData/Local/Programs/Python/Python37/python.exe
  - -DPYTHON3_INCLUDE_DIR=C:/Users/user/AppData/Local/Programs/Python/Python37/include
  - -DPYTHON3_LIBRARY=C:/Users/user/AppData/Local/Programs/Python/Python37/libs/python37.lib
  - -DPYTHON3_NUMPY_INCLUDE_DIRS=C:/Users/user/AppData/Local/Programs/Python/Python37/lib/site-packages/numpy/core/include
  ※ 先ほど調べた Python 3 のバージョンが、Python 3.6 系列のときは「python36.lib」となり、 Python 3.7 系列のときは「python37.lib」のようにとなる．
cmake の実行手順例は次の通り
```
cd c:\tools
cd opencv
rmdir /s /q build
mkdir build
cd build
del CMakeCache.txt
"C:\Program Files\Cmake\bin\cmake" -G "Visual Studio 16 2019" -T host=x64 ^
-DCMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE ^
-DOPENCV_EXTRA_MODULES_PATH=C:\tools\opencv_contrib\modules ^
-DINSTALL_TESTS=ON ^
-DINSTALL_C_EXAMPLES=ON ^
-DWITH_PYTHON=ON ^
-DINSTALL_PYTHON_EXAMPLES=ON ^
-DBUILD_opencv_pytbhon2=ON ^
-DPYTHON_DEFAULT_EXECUTABLE=C:/Users/user/AppData/Local/Programs/Python/Python37/python.exe ^
-DPYTHON2_EXECUTABLE=C:/Python27/python.exe ^
-DPYTHON2_INCLUDE_DIR=C:/Python27/include ^
-DPYTHON2_LIBRARY=C:/Python27/libs/python27.lib ^
-DPYTHON2_NUMPY_INCLUDE_DIRS=C:/Python27/lib/site-packages/numpy/core/include ^
-DBUILD_opencv_python3=ON ^
-DPYTHON3_EXECUTABLE=C:/Users/user/AppData/Local/Programs/Python/Python37/python.exe ^
-DPYTHON3_INCLUDE_DIR=C:/Users/user/AppData/Local/Programs/Python/Python37/include ^
-DPYTHON3_LIBRARY=C:/Users/user/AppData/Local/Programs/Python/Python37/libs/python37.lib ^
-DPYTHON3_NUMPY_INCLUDE_DIRS=C:/Users/user/AppData/Local/Programs/Python/Python37/lib/site-packages/numpy/core/include ^
-DBUILD_EXAMPLES=ON ^
-DWITH_OPENGL=ON ^
-DOPENCV_ENABLE_NONFREE=OFF ^
..
```
cmake でのオプションの調整
- Intel MKL を使いたいとき ※「w_mkl_2019.4.245.exe」をインストール済み，そして，「C:\Program Files (x86)\IntelSWTools\compilers_and_libraries_2019\windows\redist\intel64_win\tbb\vc_mt」にパスが通っているとする．
  上に書いた cmake でのオプションに、次を付け加える
```
-DWITH_MKL=ON ^
-DMKL_USE_MULTITHREAD=ON ^
-DWITH_TBB=ON ^
-DMKL_WITH_TBB=ON ^
```
- NVIDIA CUDA ツールキット, NVIDIA cuDNN を使いたいとき
  上に書いた cmake でのオプションに、次を付け加える
```
-DWITH_CUDA=ON ^
-DCUDA_FAST_MATH=ON ^
-DWITH_CUBLAS=ON ^
-DWITH_CUDNN=ON ^
-DWITH_NVCUVID=ON ^
-DOPENCV_DNN_CUDA=ON ^
-DCUDA_ARCH_PTX=7.5 ^
-DBUILD_opencv_cudaimgproc=OFF ^
```
  ※ 「-DCUDA_ATCH_PTX=7.5」は，CUDA PTX 7.5 用のみをビルドすることにして，ビルド時間短縮のため
  ※ 「-DBUILD_opencv_cudaimgproc=OFF ^」は 2018/12時点のコンパイルエラーの回避のため
- VTK を使いたいとき
  上に書いた cmake でのオプションに、次を付け加える．
  ※ Windows での VTK のインストール手順は、「Windows で VTK 最新版をソースコードからビルドして、インストールする（MSVC ビルドツール (Build Tools) を使用）」で説明している
```
-DWITH_VTK=ON ^
-DVTK_DIR="C:\tools\VTK" ^
```
- OpenNI2 を使いたいとき
  上に書いた cmake でのオプションに、次を付け加える．
  ※ Windows でのインストール手順は、「Windows で libPCL 1.9.0, Boost, Eigen, OpenNI 2.2, NITE2 のインストール」で説明している
```
-DWITH_OPENNI2=ON ^
-DOPENNI2_INCLUDE="C:\Program Files\OpenNI2\include" ^
-DOPENNI2_LIB="C:\Program Files\OpenNI2\lib" ^
-DOPENNI2_REDIST="C:\Program Files\OpenNI2\Redist" ^
```
- OpenBLAS を使いたいとき
  上に書いた cmake でのオプションに、次を付け加える．
  ※ Windows での OpenBLAS のインストールは「OpenBLAS をソースコードからビルドして、インストール（clang, flang を使用）（Windows 上）」で説明している
```
-DOpenBLAS_LIB="C:/tools/OpenBLAS/lib/openblas.lib" ^
-DOpenBLAS_INCLUDE_DIR="C:/tools/OpenBLAS/include/openblas" ^
-DWITH_LAPACK=ON ^
-DLAPACK_LIBRARIES="C:/tools/lapack-release/lib/lapack.lib" ^
-DLAPACK_INCLUDE_DIR="C:/tools/lapack-release/CBLAS/include" ^
-DLAPACK_CBLAS_H="C:/tools/lapack-release/CBLAS/include/cblas.h" ^
```
cmake の実行結果の確認
Python 2, Python 3 のところが自動設定されるので確認する．
※ 下図のとおりになるとは限らない．
※ 最後のコマンドの実行の結果，エラーメッセージが出た場合には，自動設定がうまくいっていない．設定を変えてやり直す．
※ 但し，Python 2 を使わない場合，Python 3 を使わない場合は，Python の部分がうまく設定されていなくても無視すること．
ソースコードからビルドし、インストールする
```
cmake --build . --config RELEASE --target INSTALL
```
結果の確認
エラーメッセージが出ていないことを確認．
※ 黄色の警告メッセージは無視しても良い

cmake の設定で，NVIDIA CUDA ツールキット, NVIDIA cuDNN を使うように設定したときは、次のような結果になる
Windowsのシステム環境変数Pathの設定
次を追加する
```
C:\Tools\opencv\build\bin\release
```
Python 関係のファイルもインストールされていることを確認
```
dir C:\Users\user\AppData\Local\Programs\Python\Python37\lib\site-packages\cv2
```
※ Python 関係のファイルがインストールされていない場合でも，Python ローダ (python loader) を使用することは推奨しない．（Python ローダの利用では，エラーが出たときに，Python のインストールからやり直す可能性がある．Python ローダをよく知らずに実行するのは避けること）
Python でOpenCV のバージョン確認
```
python -c "import cv2; print( cv2.__version__ )"
```
※ このとき「Original error was: DLL failed: 指定されたモジュールが見つかりません」というエラーメッセージが出ることがある．
- Windows のシステム環境変数 Path に「C:\Tools\Anaconda3\Library\bin」、「C:\Tools\opencv\build\bin\release」を追加してから、 新しいコマンドプロンプトで実行してみる
OpenCV の「cmake でのオプション」に VTK, OpenNI2, OpenBLAS を使うように設定したとき、このメッセージが出ることがあります．システム環境変数 Path の設定で直ると思っていますが、確認できていません。

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