% sudo apt-get install python2.7-dev python3.4-dev #などなど。
% cd /path/to/opencv/source/root
% mkdir build; cd build
% cmake -DBUILD_opencv_python2=ON -DBUILD_opencv_python3=ON ..

一方で、rootがないなどの状況でpython2.7-devなどのパッケージがシステムにない場合は、例えばpyenvを使って一時的にpythonをユーザ環境に入れそのパスを参照させることで、Python対応こみでビルドすることが可能です。
（ビルドがおわったら一時的に入れたPython環境は消してOKです）

% pyenv install miniconda2-latest
% pyenv install miniconda3-latest
% cmake -DCMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE -DCMAKE_INSTALL_PREFIX=$HOME \
        -DBUILD_opencv_python2=ON \
        -DPYTHON2_EXECUTABLE=`pyenv local miniconda2-latest; pyenv which python` \
        -DPYTHON2_INCLUDE_DIR=`pyenv local miniconda2-latest; python -c 'from distutils.sysconfig import get_python_inc; print(get_python_inc())'` \
        -DPYTHON2_NUMPY_INCLUDE_DIRS=`pyenv local miniconda2-latest; python -c 'import numpy; print(numpy.get_include())'` \
        -DPYTHON2_LIBRARIES=`find $PYENV_ROOT/versions/miniconda2-latest/lib -name 'libpython*.so'` \
        -DBUILD_opencv_python3=ON \
        -DPYTHON3_EXECUTABLE=`pyenv local miniconda3-latest; pyenv which python` \
        -DPYTHON3_INCLUDE_DIR=`pyenv local miniconda3-latest; python -c 'from distutils.sysconfig import get_python_inc; print(get_python_inc())'` \
        -DPYTHON3_NUMPY_INCLUDE_DIRS=`pyenv local miniconda3-latest; python -c 'import numpy; print(numpy.get_include())'` \
        -DPYTHON3_LIBRARIES=`find $PYENV_ROOT/versions/miniconda3-latest/lib -name 'libpython*.so'` \
        ..

このとき、CMakeを走らせたときの序盤にこんなメッセージが出たり（PythonLibsを見つけられてなかったり、意図したのと違うものを見つけに行ってる）、

 -- Found PythonInterp: /home/xxxx/.pyenv/versions/miniconda2-latest/bin/python (found suitable version "2.7.14", minimum required is "2.7")
 -- Found PythonLibs: /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libpython2.7.so (found suitable exact version "2.7.14")
 -- Found PythonInterp: /home/xxxx/.pyenv/versions/miniconda3-latest/bin/python (found suitable version "3.6.3", minimum required is "3.4")
 -- Could NOT find PythonLibs (missing:  PYTHON_LIBRARIES PYTHON_INCLUDE_DIRS) (found suitable exact version "3.6.3")

CMakeの最後の結果表示のときにこんなメッセージが出たり（LibrariesがNO）、

 --   Python 2:
 --     Interpreter:                 /home/xxxx/.pyenv/versions/miniconda2-latest/bin/python (ver 2.7.14)
 --     Libraries:                   NO
 --     numpy:                       /home/xxxx/.pyenv/versions/miniconda2-latest/lib/python2.7/site-packages/numpy/core/include (ver 1.14.0)
 --     packages path:               lib/python2.7/site-packages
 --
 --   Python 3:
 --     Interpreter:                 /home/xxxx/.pyenv/versions/miniconda3-latest/bin/python (ver 3.6.3)
 --     Libraries:                   NO
 --     numpy:                       /home/xxxx/.pyenv/versions/miniconda3-latest/lib/python3.6/site-packages/numpy/core/include (ver 1.14.0)
 --     packages path:               lib/python3.6/site-packages

正しく指定したはずのライブラリのパスをCMakeがどうも認識してくれない様子のときは、CMakeのバージョンを疑ってみてください

% cmake --version
cmake version 2.8.12.2

2.8系では、うまくPythonのライブラリをみつけてくることができないようです。
OpenCVの提供するCMakeLists.txtのcmake_minimum_requiredは（Linuxであれば）2.8になっているので、特に怒られることなく進んでしまう、というのが罠でした（今回取り上げたかなり限定的なシチュエーション以外ではそれで問題なく動くためです）。
より新しいCMake 3.5などを使ってください。

特にUbuntu14.04をまだ使っていたりした場合は、標準でapt-getしたものは2.8までになります。
野良ビルドするなり、PPAにするなり、新しいUbuntuに乗り換えるなりするといいです。

自分用メモ。

さて、OpenCVで画像をロードするのを速くしたくて、JPEGについてはlibjpeg-turboというのが使えることを知りました。
libjpeg-turboはlibjpegをSIMDなどによって高速化したものでAPIレベルの互換性を保っています。
条件が良ければデコードが数倍速くなるということで、これをOpenCVに組み込んでビルドする方法をメモ。

OpenCVビルド職人の朝は早い。「contribが必要な仕事だと緊張が走るね」プロセッサやOSに応じて最適な設定でビルドするのが彼の仕事だ。ARMへは人一倍のこだわりを見せる。「CUDAさえ切ればものの数分で終わるんだがな…」そう語る背中には、積み重ねた経験値の高さがにじむ。

— おさかなさん (@sakanazensen) 2017年2月1日

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