基于YOLOv8/YOLOv7/YOLOv6/YOLOv5的快递包裹检测系统(Python+PySide6界面+训练代码)

摘要:本文介绍了一种基于深度学习的快递包裹检系统系统的代码,采用最先进的YOLOv8算法并对比YOLOv7、YOLOv6、YOLOv5等算法的结果·,能够准确识别图像、视频、实时视频流以及批量文件中的快递包裹。文章详细解释了YOLOv8算法的原理,并提供了相应的Python实现代码、训练数据集,以及基于PySide6的用户界面(UI)。该系统实现了对图像中快递包裹的准确识别和分类,并包含了基于SQLite的登录注册管理、一键更换YOLOv5/v6/v7/v8模型以及界面自定义修改等功能。本文旨在为相关领域的研究人员和新入门的朋友提供一个参考,完整代码资源文件以及数据集可以在文末的下载链接中获取。本文结构如下:

➷点击跳转至文末所有涉及的完整代码文件下载页☇

YOLOv8/v7/v6/v5项目合集:https://mbd.pub/o/bread/mbd-ZZuXmZpw
YOLOv8/v5项目完整资源:https://mbd.pub/o/bread/mbd-ZZuXmJhu
YOLOv7项目完整资源:https://mbd.pub/o/bread/mbd-ZZuXmJ9x
YOLOv6项目完整资源:https://mbd.pub/o/bread/mbd-ZZuXlppt


前言

        在当今社会,随着电子商务的迅猛发展,快递物流行业迎来了前所未有的增长。据统计,全球快递包裹的数量每年都在以双位数的速度增长,这不仅给物流企业带来了巨大的经济效益,同时也提出了更高的物流处理效率和准确性要求。快递包裹检测系统作为提升物流自动化水平的关键技术,能够有效识别和分类运输中的包裹,显著提高分拣效率,减少人力成本,降低失误率,对于提升物流配送的速度和质量具有重要的意义。

        近年来,机器视觉技术,尤其是基于深度学习的目标检测算法,已经在快递包裹检测领域取得了显著的应用成果。YOLO[1](You Only Look Once)系列算法作为目标检测领域的先锋,以其高效、准确的特性受到了广泛关注。从YOLOv5到YOLOv8,每一次迭代更新都带来了性能的显著提升和算法的优化改进,为快递包裹检测提供了更加强大和灵活的技术支持。此外,其他如EfficientDet、Mask R-CNN等算法也在精度和速度上不断进步,为复杂场景下的包裹检测提供了更多的解决方案。

        此外,基于Transformer的目标检测模型,如DETR和其后续改进版本,通过直接在全图范围内进行目标检测,消除了传统检测框架中的一些复杂组件,简化了学习流程。这种方法在处理复杂背景和遮挡情况下的包裹时,表现出了良好的鲁棒性。

        YOLOv5[2],作为系列中的一个重要版本,因其优秀的平衡性能和速度而被广泛应用于快递包裹检中。随后,YOLOv6[3]和YOLOv7[4]的发布,通过改进网络结构和训练策略,进一步提高了检测的准确率和速度。YOLOv8[5]在快递包裹检测中的应用表现出了前所未有的效率和准确性。YOLOv8通过改进网络架构、优化训练策略和引入更高效的特征融合技术,显著提升了对小物体的检测性能,这对于识别尺寸不一的快递包裹尤为重要。

        然而,尽管技术不断进步,快递包裹检测系统的研究与应用仍面临着一系列挑战。例如,如何在复杂背景和多样光照条件下保持高准确率,如何处理不同大小和形态的包裹,以及如何实现在高流量条件下的实时检测等。这些挑战促使研究者不断探索新的算法改进方法、优化模型结构和提高计算效率。

        本博客在快递包裹检测领域的研究中作出了重要贡献,不仅介绍了最先进的YOLOv8算法的应用,还提供了一套完整的系统实现和深入的技术分析。具体贡献如下:

  1. 采用最先进的YOLOv8算法进行快递包裹检测:本文通过采用最新的YOLOv8算法,展现了在快递包裹检测领域中相比于YOLOv7、YOLOv6、YOLOv5等早期算法的显著优势。详细介绍了YOLOv8算法的原理和应用过程,为读者提供了一个高效、精确的快递包裹检测方案,开辟了新的研究和实践路径。
  2. 利用PySide6实现友好的快递包裹检测系统界面:通过使用Python的PySide6库,本文展示了如何开发一个直观、易用的快递包裹检测系统。这一贡献不仅提高了YOLOv8算法在实际应用中的可接受度,也促进了快递包裹检测技术的普及和应用。
  3. 集成登录管理功能,增强系统安全性:本文设计的登录管理功能为系统使用提供了安全保障,同时也为将来引入更多个性化服务和功能奠定了基础。
  4. 对YOLOv8模型进行深入研究与性能评估:通过对YOLOv8模型的综合评估,包括精度、召回率以及在不同条件下的性能表现,本文为读者提供了关于该算法深度理解和实际应用效果的全面视角。
  5. 提供完整的数据集和代码资源包:为了促进读者的实践学习和研究,本文分享了完整的数据集和代码资源包。这不仅使得实验结果能够被直接复现,还为进一步的研究和开发提供了宝贵的资源。

1.数据集介绍

        在当前的机器视觉研究和应用中,高质量的数据集是至关重要的。为了深入研究和开发一个高效的快递包裹检测系统,我们精心构建并介绍了一个综合性的目标检测数据集。本数据集共包含10,393张标注图像,其中9,087张用于训练,855张用于验证,以及451张用于测试。这种划分确保了在模型训练期间有足够的数据可用,同时留出独立的验证集和测试集以评估模型的泛化能力和实际性能。

        我们的数据集呈现了丰富的多样性,旨在通过不同预处理和增强手段提高模型的鲁棒性。具体地,我们对图像实施了50%的概率水平翻转,模拟了包裹在现实世界中可能的不同朝向。此外,图像以-15到+15度的角度随机旋转,以适应包裹在传送带上可能出现的任意旋转状态。为了应对不同光照条件的挑战,我们还随机调整了图像的曝光度,范围在-25%到+25%之间。在模拟相机焦点不准确或运动模糊的同时,图像还经历了0到3.75像素的随机高斯模糊。而对于图像传感器的噪声或传输过程中的图像损失,我们选择了对9%的像素点施加椒盐噪声的方法。

        对于目标检测数据集而言,标注框的数量、尺寸、位置以及形状分布等因素都至关重要。我们的数据集标注框数量充足,训练集的实例数量远远超过验证集和测试集,这为模型提供了丰富的学习材料。从标注框的尺寸分布来看,大部分包裹具有中等尺寸,并且形状规则,这反映了快递包裹在实际物流中的常见特点。值得注意的是,大多数标注框集中在图像中心区域,这种分布特点提示我们在后续的模型训练中可能需要引入更多的数据增强策略,以改善模型对图像边缘区域的识别能力。

        每张图像都经过了精确的标注,以确保模型能够从中学习到如何识别和分类不同的包裹。博主使用的标签及其对应的中文名称如下所示:

Chinese_name = {"0": "包裹", "box": "纸箱", "snake-in-cardboard-boxes": "塑料袋"}

        此外,我们的数据集中的包裹形状分布相对集中,主要呈现为接近正方形或长方形的宽高比,这符合快递包裹的一般形态。然而,为了进一步增强模型的泛化能力,将来可能需要考虑引入形状更加多样的包裹图像。总的来说,我们的数据集通过这些详细的预处理和增强措施,确保了模型能够在各种条件下都有良好的表现,为快递包裹检测领域的研究提供了一个坚实的基础。


2. 系统界面效果

        系统以PySide6作为GUI库,提供了一套直观且友好的用户界面。下面,我将详细介绍各个主要界面的功能和设计。

(1)系统提供了基于SQLite的注册登录管理功能。用户在首次使用时需要通过注册界面进行注册,输入用户名和密码后,系统会将这些信息存储在SQLite数据库中。注册成功后,用户可以通过登录界面输入用户名和密码进行登录。这个设计可以确保系统的安全性,也为后续添加更多个性化功能提供了可能性。

(2)在主界面上,系统提供了支持图片、视频、实时摄像头和批量文件输入的功能。用户可以通过点击相应的按钮,选择要进行快递包裹检的图片或视频,或者启动摄像头进行实时检测。在进行快递包裹检时,系统会实时显示检测结果,并将检测记录存储在数据库中。

(3)此外,系统还提供了一键更换YOLOv8/v5模型的功能。用户可以通过点击界面上的"更换模型"按钮,选择不同的YOLOv8模型进行检测。与此同时,系统附带的数据集也可以用于重新训练模型,以满足用户在不同场景下的检测需求。

(4)为了提供更个性化的使用体验,这里系统支持界面修改,用户可以自定义图标、文字等界面元素。例如,用户可以根据自己的喜好,选择不同风格的图标,也可以修改界面的文字描述。


3. YOLOv8算法原理

        YOLOv8是YOLO系列目标检测算法的最新迭代版本,它继承并发展了之前版本的技术特点,同时引入了新的创新,以提高检测的准确性和速度。YOLOv8在架构上进行了多项重要的优化,包括CSP(Cross Stage Partial)结构、CSP bottleneck模块、BN(Batch Normalization)技术的应用以及SLU(Sigmoid Linear Unit)激活函数的引入。

        首先,YOLOv8采用了CSP结构,这是一种旨在减少计算量并提高网络运行速度的设计。CSP结构通过部分跨阶段连接来提高特征的传递效率,有效降低了重复计算量,并且能在不牺牲特征学习能力的前提下实现模型的轻量化。CSP bottleneck模块采用两个卷积操作(即CSP bottleneck with 2 convolutions fast),它通过部分连接的方式,改善了特征的传递与整合,并有助于加速推理过程。

        其次,YOLOv8在其卷积层中广泛应用了BN技术,即批量归一化。BN技术通过对每一层的输入进行规范化处理,有助于网络训练的稳定性和加速收敛。通过归一化处理,BN技术减少了内部协变量偏移(Internal Covariate Shift),使得网络可以使用更大的学习率,而不会引起梯度消失或爆炸的问题。

        在激活函数的选择上,YOLOv8引入了SLU激活函数。SLU是一种片段线性激活函数,它结合了Sigmoid函数的平滑特性和线性单元的恒定导数优点,有助于改善梯度传播和网络的学习能力。相较于传统的ReLU激活函数,SLU在梯度传递方面更加高效,同时也减少了梯度消失的问题。

         YOLOv8的网络头(Head)设计上,采用了基于锚点的(Anchor-Based)和无锚点的(Anchor-Free)的双重策略。这种设计不仅保持了网络检测不同尺寸物体的能力,而且还能适应没有明确锚点的场景。具体来说,基于锚点的方法依赖于预定义的锚点框来预测目标的位置和类别,而无锚点方法则通过直接预测中心点和尺寸来实现检测,提高了模型对于不同形状目标的适应性。此外,YOLOv8还考虑了对不同尺寸目标的检测能力,它采用了SPP(Spatial Pyramid Pooling)结构,通过多尺度的特征融合来提升对小尺寸目标的检测能力。

        最后,为了进一步提升检测效率,YOLOv8还采用了SPPF(Spatial Pyramid Pooling Fast)模块。相比传统的SPP,SPPF是一种更为高效的结构,它可以在不牺牲小尺寸目标检测精度的情况下,提升了网络的处理速度和响应时间。这种特殊的结构设计,使得YOLOv8在处理高分辨率图像时,能够以更快的速度进行特征提取和分类。


4. 代码简介

        在本节中,我们将详细介绍如何使用YOLOv8进行快递包裹检的代码实现。代码主要分为两部分:模型预测和模型训练。

4.1 模型预测

        在模型预测部分,首先导入了OpenCV库和YOLO模型。OpenCV库是一个开源的计算机视觉和机器学习软件库,包含了众多的视觉处理函数,使用它来读取和处理图像。YOLO模型则是要用到的目标检测模型。

import cv2  
from ultralytics import YOLO  

        接着,加载自行训练好的YOLO模型。这个模型是在大量的图像上预训练得到的,可以直接用于目标检测任务。

model.load_model(abs_path("weights/best-yolov8n.pt", path_type="current")) 

        然后,使用OpenCV读取了一个图像文件,这个图像文件作为要进行目标检测的图像输入。

img_path = abs_path("test_media/test.png")
image = cv_imread(img_path) 

        在读取了图像文件之后,就可以使用加载的模型对图像进行预测了。下图为预测结果。

pred, superimposed_img = model.predict(pre_img)

4.2 模型训练

        这里我们开始训练和测试自己的数据集,在cmd终端或pycharm中运行run_train_model.py进行训练,以下是训练过程中的结果截图。YOLOv8的损失函数是其性能的关键部分,它指导模型学习如何准确地检测和分类对象。

        以下表格详细介绍了YOLOv8模型训练中使用的一些重要超参数及其设置:

超参数 设置 说明
学习率(lr0 0.01 决定了模型权重调整的步长大小,在训练初期有助于快速收敛。
学习率衰减(lrf 0.01 控制训练过程中学习率的降低速度,有助于模型在训练后期细致调整。
动量(momentum 0.937 加速模型在正确方向上的学习,并减少震荡,加快收敛速度。
权重衰减(weight_decay 0.0005 防止过拟合,通过在损失函数中添加正则项减少模型复杂度。
热身训练周期(warmup_epochs 3.0 初始几个周期内以较低的学习率开始训练,逐渐增加到预定学习率。
批量大小(batch 16 每次迭代训练中输入模型的样本数,影响GPU内存使用和模型性能。
输入图像大小(imgsz 640 模型接受的输入图像的尺寸,影响模型的识别能力和计算负担。

        在模型训练部分,首先导入YOLO模型,并加载了预训练的YOLOv8模型。

from ultralytics import YOLO  
model = YOLO('./weights/yolov8s.pt', task='detect')  

        接着开始训练模型。其中指定了训练数据的配置文件路径,使用GPU进行训练,使用2个工作进程加载数据,输入图像的大小为640x640,训练100个epoch,每个批次的大小为8。

results2 = model.train(  
        data=data_path,
        device='0', 
        workers=workers, 
        imgsz=640,  
        epochs=120,  
        batch=batch,  
        name='train_v8_' + data_name  
    )

        在训练深度学习模型,特别是YOLOv8这样的复杂目标检测模型时,监控损失函数和性能指标的变化是至关重要的。损失函数图像提供了模型在训练过程中学习效率的直观展示,而性能指标则告诉我们模型对新数据的泛化能力。

        box_loss、cls_loss和dfI_loss,分别代表了定位损失、分类损失和置信度损失。在训练和验证过程中,所有这些损失值都随着迭代次数的增加而显著下降,这表明模型在优化过程中逐步学习到了目标的准确位置、分类和置信度。训练损失的平滑曲线显示了模型学习过程的稳定性,而验证损失的下降则证明了模型的泛化能力正在增强。

        具体地,box_loss的下降表明模型在定位目标框方面表现出了改进,这对于目标检测来说至关重要。cls_loss的减少说明模型在区分不同类别的目标上取得了进步,这对于多类别识别尤为重要。dfI_loss的下降则表示模型在预测目标存在与否上变得更加准确。

        在性能指标方面,我们注意到precision和recall两个关键指标的波动。精确度(precision)指标的波动可能是由于模型在某些迭代中对少数困难样本过拟合,而召回率(recall)的逐渐上升表明模型正在捕捉到更多正样本。此外,mAP(mean Average Precision)在两个不同的IoU(Intersection over Union)阈值下被评估,即AP50和AP50-95。mAP50较高的值表明模型在较低的IoU阈值下表现良好,而mAP50-95的稳步提高则说明模型在更严格的评估条件下也能保持较好的性能。

        F1分数是一个综合考量模型精确度和召回率的指标,通常用于评估分类模型的性能,尤其是在数据集类别不平衡的情况下。在目标检测任务中,F1分数反映了模型在定位和识别各类物体方面的准确性。

         从图中我们可以看出,蓝色曲线(类别0)和橙色曲线(box)的F1分数随着置信度阈值的增加而稳定在较高水平,这表明这两个类别的目标检测准确率和召回率较为均衡。尤其是橙色曲线,在某一置信度阈值下达到了峰值,说明在该阈值下模型对于“box”类别的预测达到了最优平衡。

         相比之下,绿色曲线(snake-in-cardboard-boxes)的F1分数表现出一定的波动,其在低置信度阈值区域的性能较差,这可能意味着模型对于这一特定类别的检测存在一些困难。然而,随着置信度阈值的增加,其F1分数提高并在某一点达到峰值,但随后迅速下降。这可能表示模型在过滤掉低置信度预测后能够较好地识别这个类别,但同时也错过了一些正确的预测,导致召回率降低。

        在整体上,图表显示所有类别综合的平均F1分数为0.81,在置信度为0.625的阈值下达到最高。这意味着模型对于检测所有类别的平均性能是相对较高的,但对于不同类别,最优的置信度阈值可能会有所不同。这种差异反映了模型在不同类别上的表现可能由于类别间的特性差异而异。

        在实际应用中,选择一个使F1得分达到峰值的置信度阈值是至关重要的,因为这将确保快递包裹检系统既不会漏检太多目标,也不会产生太多误检。对于我们的模型,0.625的置信度阈值是这样一个平衡点,它在实践中可能是一个可靠的选择来部署模型。

4.3 YOLOv5、YOLOv6、YOLOv7和YOLOv8对比

(1)实验设计

        本实验旨在评估和比较YOLOv5、YOLOv6、YOLOv7和YOLOv8几种模型在快递包裹目标检测任务上的性能。为了实现这一目标,博主分别使用使用相同的数据集训练和测试了这四个模型,从而可以进行直接的性能比较。该数据集包含快递包裹的图像。本文将比较分析四种模型,旨在揭示每种模型的优缺点,探讨它们在工业环境中实际应用的场景选择。
模型 图像大小 (像素) mAPval 50-95 CPU ONNX 速度 (毫秒) A100 TensorRT 速度 (毫秒) 参数数量 (百万) FLOPs (十亿)
YOLOv5nu 640 34.3 73.6 1.06 2.6 7.7
YOLOv8n 640 37.3 80.4 0.99 3.2 8.7
YOLOv6N 640 37.5 - - 4.7 11.4
YOLOv7-tiny 640 37.4 - - 6.01 13.1

(2)度量指标

  • F1-Score:F1-Score是精确率(Precision)和召回率(Recall)的调和平均值。精确率是指模型正确识别的正例与所有识别为正例的案例之比,而召回率是指模型正确识别的正例与所有实际正例之比。F1-Score对于不平衡的数据集或者需要同时考虑精确率和召回率的任务特别重要。
  • mAP(Mean Average Precision):mAP是衡量模型在多个类别上平均检测准确度的指标。它计算了模型在所有类别上的平均精度,是目标检测领域中常用的性能度量。
名称 YOLOv5nu YOLOv6n YOLOv7-tiny YOLOv8n
mAP 0.811 0.877 0.718 0.834
F1-Score 0.77 0.82 0.73 0.81

(3)实验结果分析

        首先,我们来看mAP值,这是一个衡量检测准确度的重要指标,通常用于评估目标检测模型的性能。在这一指标中,YOLOv6n以0.877的成绩领先,显示了最优的平均精度,这表明它在目标检测任务上具有最高的准确性。YOLOv5nu和YOLOv8n的表现也很出色,分别达到了0.811和0.834的mAP值,而YOLOv7-tiny则以0.718的结果落后于其他版本,这可能是因为“tiny”版本为了计算效率而牺牲了一些准确性。

        在F1-Score这一指标上,我们可以看出YOLOv6n同样表现最佳,达到了0.82的分数,这一结果与其在mAP上的表现相一致,进一步证实了它在准确性和召回率之间取得了很好的平衡。YOLOv8n以0.81的F1-Score紧随其后,而YOLOv5nu以0.77的成绩位居第三。YOLOv7-tiny的F1-Score为0.73,这与其mAP表现一致,是四个模型中最低的。

        综合来看,YOLOv6n在这次实验中展现了最优的性能,不仅在mAP指标上得分最高,而且在F1-Score上也有着最好的表现,说明它在精确度和召回率上都做到了良好的平衡。YOLOv8n虽然在mAP上略低于YOLOv6n,但其F1-Score表现非常接近,表明其在准确性和召回率的综合表现上也相当出色。相比之下,YOLOv5nu虽然在mAP上表现不俗,但F1-Score相对较低,可能意味着它在某些情况下牺牲了召回率以提高准确性。YOLOv7-tiny作为一个轻量化版本,其在两个指标上的表现都低于其他模型,这符合我们对轻量化模型性能的一般预期,即为了提高速度和效率而在精确度上作出一定程度的妥协。

       此次对比实验为我们提供了深刻的见解,不同版本的YOLO算法在性能上有着明显的差异,这些差异可能来源于各版本在网络架构、训练策略和优化算法上的不同。选择合适的模型需要根据实际应用场景中对速度和准确性的具体要求来进行。

4.4 代码实现

        在这篇博客中,我们将深入探讨一个基于YOLOv8的快递包裹检测系统的实现过程,涉及到的关键代码段和它们的作用。此系统是使用Python编程语言开发的,通过集成了OpenCV库和PySide6框架,不仅处理图像,还提供了一个用户友好的图形界面。

(1)导入必要的模块和配置
        首先,导入必需的模块。random用于生成随机颜色,sys用于访问与Python解释器相关的变量和函数,time则用来记录操作的时间。cv2是OpenCV库的核心,用于图像的读取和处理。而PySide6提供了一套完整的Qt6工具集,用于构建跨平台的GUI应用程序。此外,还引入了自定义的QtFusion和YOLOv8Model模块,分别负责窗口管理和提供YOLOv8目标检测功能。

import random  # 导入random模块,用于生成随机数
import sys  # 导入sys模块,用于访问与Python解释器相关的变量和函数
import time  # 导入time模块,用于处理时间
from QtFusion.config import QF_Config
import cv2  # 导入OpenCV库,用于处理图像
from QtFusion.widgets import QMainWindow  # 从QtFusion库中导入FBaseWindow类,用于创建窗口
from QtFusion.utils import cv_imread, drawRectBox  # 从QtFusion库中导入cv_imread和drawRectBox函数,用于读取图像和绘制矩形框
from PySide6 import QtWidgets, QtCore  # 导入PySide6库中的QtWidgets和QtCore模块,用于创建GUI
from QtFusion.path import abs_path
from YOLOv8Model import YOLOv8Detector  # 从YOLOv8Model模块中导入YOLOv8Detector类,用于加载YOLOv8模型并进行目标检测
QF_Config.set_verbose(False)

        在代码中,我们使用QtFusion库,这是一个封装了Qt功能的库,它提供了创建现代化窗口和控件的方法。
(2)定义类别和模型
        我们接着创建了YOLOv8Detector的实例,并加载了预先训练好的模型权重。这个步骤是实现检测功能的关键,它确保我们的系统具备了直接进行快递包裹检的能力。

cls_name = ["包裹", "纸盒", "塑料袋"]  # 定义类名列表
colors = [[random.randint(0, 255) for _ in range(3)] for _ in range(len(cls_name))]  # 为每个目标类别生成一个随机颜色

model = YOLOv8Detector()  # 创建YOLOv8Detector对象
model.load_model(abs_path("weights/express-yolov8n.pt", path_type="current"))  # 加载预训练的YOLOv8模型

(3)创建主窗口
       在代码的核心部分,我们定义了一个名为MainWindow的类,它继承自QMainWindow,用于创建和管理GUI窗口。在构造函数中,我们设置了窗口的尺寸,并初始化了一个标签用于显示图像。另外,通过重写keyPressEvent方法,我们可以处理用户的键盘输入,比如按下Q键退出程序。

class MainWindow(QMainWindow):  # 自定义主窗口类
    def __init__(self):  # 构造函数
        super().__init__()  # 调用父类构造函数
        self.resize(850, 500)  # 设置窗口大小
        self.label = QtWidgets.QLabel(self)  # 创建标签用于显示图像
        self.label.setGeometry(0, 0, 850, 500)  # 设置标签位置和大小

    def keyPressEvent(self, event):  # 键盘事件处理
        if event.key() == QtCore.Qt.Key.Key_Q:  # 按下Q键时
            self.close()  # 关闭窗口

(4)主程序流程

        随后,进入主函数中,我们创建了应用程序的实例,并初始化了我们的MainWindow。然后,我们使用YOLOv8Detector类的实例来加载预训练的模型,并对指定路径的图像进行预处理和目标检测。在目标检测环节,我们首先记录了开始时间,调用模型进行预测,然后记录结束时间,从而计算出预测所花费的时间。通过打印这个时间,我们可以了解模型的推理速度。

if __name__ == '__main__':  # 如果当前模块是主模块
    app = QtWidgets.QApplication(sys.argv)  # 创建QApplication对象
    window = MainWindow()  # 创建MainWindow对象

    img_path = abs_path("test_media/ExpressPackage_SIXU_A_01592.jpg")  # 定义图像文件的路径
    image = cv_imread(img_path)  # 使用cv_imread函数读取图像

    image = cv2.resize(image, (850, 500))  # 将图像大小调整为850x500
    pre_img = model.preprocess(image)  # 对图像进行预处理

    t1 = time.time()  # 获取当前时间(开始时间)
    pred, superimposed_img = model.predict(pre_img)  # 使用模型进行预测
    t2 = time.time()  # 获取当前时间(结束时间)
    use_time = t2 - t1  # 计算预测所用的时间

    print("推理时间: %.2f" % use_time)  # 打印预测所用的时间
    det = pred[0]  # 获取预测结果的第一个元素(检测结果)

    # 如果有检测信息则进入
    if det is not None and len(det):
        det_info = model.postprocess(pred)  # 对预测结果进行后处理
        for info in det_info:  # 遍历检测信息
            # 获取类别名称、边界框、置信度和类别ID
            name, bbox, conf, cls_id = info['class_name'], info['bbox'], info['score'], info['class_id']
            label = '%s %.0f%%' % (name, conf * 100)  # 创建标签,包含类别名称和置信度
            # 画出检测到的目标物
            image = drawRectBox(image, bbox, alpha=0.2, addText=label, color=colors[cls_id])  # 在图像上绘制边界框和标签

    window.dispImage(window.label, image)  # 在窗口的label上显示图像
    # 显示窗口
    window.show()
    # 进入 Qt 应用程序的主循环
    sys.exit(app.exec())

        接下来,对模型返回的预测结果进行解析。如果检测到目标,我们将对每个检测到的对象进行遍历,提取其类别名称、边界框、置信度和类别ID。我们还使用自定义的函数drawRectBox在图像上绘制边界框和标签,并为每个检测到的类别分配一个随机颜色。最后,我们将处理后的图像显示在GUI窗口中,并进入Qt应用程序的主循环,等待用户的交互操作。

        这段代码展现了将深度学习模型与GUI应用程序结合的一种实践方式,使得从模型的训练到部署的整个流程得以完整实现。这不仅仅是一个技术示例,也是一个实用工具,它能够在实际场景中为用户提供即时的目标检测服务。通过这样的工具,我们可以更直观地理解YOLOv8模型在实际应用中的表现,并为进一步的研究或应用开发提供坚实的基础。


5. 快递包裹检系统实现

        在设计交互式快递包裹检与识别系统的过程中,我们采取了一个模块化和层次化的方法,以确保系统既高效又易于维护。我们的系统设计思路是围绕用户体验来构建的,旨在提供一个直观、响应迅速的用户界面,同时在后台执行复杂的图像处理和目标检测任务。

5.1 系统设计思路

        在我们的系统设计中,我们将详细探讨设计一个交互式快递包裹检测系统的思路。我们的目标是创建一个易于使用的GUI应用程序,该应用程序能够利用深度学习模型识别和定位图像中的快递包裹。为了实现这一目标,我们采用了一个整合界面、媒体处理和模型预测的全面设计方案。

(1)架构设计
        在开发交互式快递包裹检与识别系统的过程中,我们的主要目标是构建一个用户友好且功能强大的应用程序,它能够实时识别和分类图像中的多个目标。我们的设计思路集中于创建一个集成化的环境,该环境将用户界面、媒体处理和深度学习模型的功能融为一体。在这个系统中,我们特别重视模块化和各功能间的流畅交互,确保了系统的高效运行和用户操作的便捷性。

        在系统设计的核心是我们的MainWindow类。这个类不仅负责处理用户界面(UI)的所有方面,还负责将检测逻辑和UI框架绑定在一起。我们采取模块化的方法,通过对象组合的方式来构建我们的应用程序,这样做的好处是每个组件都可以独立地工作,而且可以很容易地与其他组件集成。例如,图像处理和渲染逻辑被封装在一个模块中,而目标检测模型则位于另一个模块中。这种组合使得维护和扩展变得更加简单。

  • 处理层(Processing Layer):处理层是系统的核心,它使用预训练的YOLOv8模型来处理图像并检测目标。YOLOv8Detector类负责管理与模型相关的所有任务,包括模型加载、图像预处理、预测执行以及结果的后处理。此层的优化直接关系到系统的性能和检测的准确性。

  • 界面层(UI Layer):界面层是用户与系统交互的前端,我们通过PySide6框架来构建一个直观的UI。Ui_MainWindow类生成的界面包括按钮、标签、图像显示框等,为用户提供了一系列的交互元素。用户可以通过这些元素来上传图片、启动检测过程,以及查看检测结果。

  • 控制层(Control Layer):控制层是是架构的调度中心,它连接处理层和界面层。在MainWindow中实现的方法和槽函数响应用户的输入,指导媒体处理器和模型的行为。例如,当用户点击一个按钮时,控制层会指示模型开始处理当前加载的图像,并将结果反馈到界面层展示。

        我们的设计利用了PySide6的信号和槽机制,这是Qt框架中用于不同组件间通信的一种强大机制。通过信号和槽,我们的界面层可以在用户执行某个操作时发出信号,而控制层的槽函数则可以接收这些信号并对它们作出反应。这种机制确保了应用程序的响应性和灵活性,同时也简化了事件处理的复杂性。

(2)系统流程

        在本篇博客中,我们将探讨如何使用先进的深度学习技术构建一个交互式快递包裹检测系统。这个系统能够实时地识别和定位图像中的包裹,并通过友好的用户界面显示结果,从而为用户提供一个全面的解决方案。

  1. 用户在启动应用程序时,系统首先创建MainWindow类的实例。这个实例作为应用的中心,负责初始化用户界面并配置必要的参数。这一步骤为用户进入应用提供了一个清晰的入口点,并设置了初步的交互环境。

  2. 应用程序的界面设计直观易用,它允许用户轻松选择他们的输入源。无论是实时捕获的摄像头图像、视频文件,还是静态图片,系统都提供了灵活的选择。这种设计确保了应用程序可以广泛地适用于不同用户的需求,从专业的物流管理到个人的包裹跟踪。

  3. 一旦输入源被选定,系统便调用一系列媒体处理器和方法来处理这些输入。例如,如果用户选择了摄像头作为输入源,系统会配置摄像头并开始捕捉图像;如果是视频文件或图像文件,系统则会相应地加载文件。这一流程的设计确保了各种媒体类型都能被系统高效地处理。

  4. 用户交互不仅局限于开始和观察过程。应用程序还提供了多种交互操作,如保存结果、查询帮助信息以及使用界面控件进行结果筛选和分析。这些功能让用户能够深入地探索检测数据,并根据需求进行详细的分析。

  5. 最后,系统还允许用户对媒体播放进行控制。这意味着用户可以根据自己的需求暂停或恢复图像的分析,这在处理长视频或监控实时流时尤为有用。

        综上所述,本博客介绍的系统不仅展示了深度学习在快递包裹检测领域的应用,还提供了一个完整的解决方案,让用户能够通过一个友好的界面与高级的技术进行互动。这个系统的设计思路旨在弥合技术与实用性之间的鸿沟,使得先进的目标检测技术更加亲近和易于使用。

5.2 登录与账户管理

        在这节中,我们不仅关注快递包裹检测系统的核心功能——利用深度学习模型进行准确的目标检测,我们还特别重视用户体验。为了增强系统的个性化和安全性,我们引入了一个完善的用户账户管理系统。

        基于PySide6框架和SQLite数据库,我们设计了一套用户登录界面,它不仅支持基本的账户注册和登录功能,还提供了密码修改、头像设置等个性化选项。用户可以通过这个界面创建属于自己的账户,保存个人设置和检测历史记录,从而拥有一个私人定制的使用环境。例如,用户可以上传自己的头像来个性化自己的账户,并在需要时更改密码以保持账户的安全性。

        账户管理的实现提升了系统的实用性和专业性。注册和登录过程的简化确保用户能够快速进入主界面,开始他们的快递包裹检测任务。一旦登录,用户就能访问到所有的系统功能,包括图片、视频、实时摄像头输入,以及批量文件处理。这些功能使得本系统不仅能够满足个人用户的日常需求,也能应对更为复杂的商业应用场景。

        此外,主界面的设计紧密结合了用户登录信息。它实时显示包裹检测的关键信息,如检测框、类别标识及置信度等,允许用户即时监控检测过程并对结果进行分析。用户的检测结果和偏好设置均与其账户关联,这意味着每次登录时,用户都能回到他们个性化的操作环境中。

        通过上述设计和功能实现,我们的快递包裹检测系统旨在提供一个安全、便捷、个性化的用户体验。用户账户管理不仅为用户提供了更多控制权和便利性,同时也增强了系统的安全性和数据管理能力。这些特性共同构成了我们系统的核心价值,使其成为一个强大且用户友好的工具,适用于广泛的实时目标检测场景。


下载链接

    若您想获得博文中涉及的实现完整全部资源文件(包括测试图片、视频,py, UI文件,训练数据集、训练代码、界面代码等),这里已打包上传至博主的面包多平台,见可参考博客与视频,已将所有涉及的文件同时打包到里面,点击即可运行,完整文件截图如下:

完整资源中包含数据集及训练代码,环境配置与界面中文字、图片、logo等的修改方法请见视频,项目完整文件下载请见演示与介绍视频的简介处给出:➷➷➷

演示与介绍视频:https://www.bilibili.com/video/BV11F4m177qn/

YOLOv8/v7/v6/v5项目合集:https://mbd.pub/o/bread/mbd-ZZuXmZpw
YOLOv8/v5项目完整资源:https://mbd.pub/o/bread/mbd-ZZuXmJhu
YOLOv7项目完整资源:https://mbd.pub/o/bread/mbd-ZZuXmJ9x
YOLOv6项目完整资源:https://mbd.pub/o/bread/mbd-ZZuXlppt

    在文件夹下的资源显示如下,下面的链接中也给出了Python的离线依赖包,读者可在正确安装Anaconda和Pycharm软件后,复制离线依赖包至项目目录下进行安装,另外有详细安装教程:(1)Pycharm软件安装教程;(2)Anaconda软件安装教程;(3)Python环境配置教程

离线依赖安装教程:https://www.bilibili.com/video/BV1hv421C7g8/
离线依赖库下载链接:https://pan.baidu.com/s/1y6vqa9CtRmC72SQYPh1ZCg?pwd=33z5 (提取码:33z5)

6. 总结与展望

        在本博客中,我们详细介绍了一个基于YOLOv8模型的快递包裹检系统,还实验了YOLOv7、YOLOv6、YOLOv5等模型。系统以模块化的方式设计,充分采用了合理的架构设计,带来良好的可维护性和可扩展性。其用户界面友好,能够提供实时的快递包裹检和识别结果展示,同时支持用户账户管理,以便于保存和管理检测结果和设置。

        该系统支持摄像头、视频、图像和批量文件等多种输入源,能够满足用户在不同场景下的需求。在后面可以添加更多预训练模型,增加检测和识别的种类;优化用户界面,增强个性化设置;并积极聆听用户反馈,以期不断改进系统,以更好地满足用户的需求。


结束语

        由于博主能力有限,博文中提及的方法即使经过试验,也难免会有疏漏之处。希望您能热心指出其中的错误,以便下次修改时能以一个更完美更严谨的样子,呈现在大家面前。同时如果有更好的实现方法也请您不吝赐教。


  1. Fang W, Wang L, Ren P. Tinier-YOLO: A real-time object detection method for constrained environments[J]. IEEE Access, 2019, 8: 1935-1944. ↩︎

  2. Wu W, Liu H, Li L, et al. Application of local fully Convolutional Neural Network combined with YOLO v5 algorithm in small target detection of remote sensing image[J]. PloS one, 2021, 16(10): e0259283. ↩︎

  3. Li C, Li L, Jiang H, et al. YOLOv6: A single-stage object detection framework for industrial applications[J]. arXiv preprint arXiv:2209.02976, 2022. ↩︎

  4. Wang C Y, Bochkovskiy A, Liao H Y M. YOLOv7: Trainable bag-of-freebies sets new state-of-the-art for real-time object detectors[C]//Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition. 2023: 7464-7475. ↩︎

  5. Talaat F M, ZainEldin H. An improved fire detection approach based on YOLO-v8 for smart cities[J]. Neural Computing and Applications, 2023, 35(28): 20939-20954. ↩︎

posted @ 2024-02-23 18:16  思绪无限  阅读(76)  评论(0编辑  收藏  举报