前言

       机场航拍图像检测是指利用机载摄像机获取机场场区图像，并利用计算机视觉技术对图像进行分析和处理，以实现机场安全、运行和管理的目的。机场航拍图像检测涵盖了航道、跑道、停机坪、航站楼、机库等各个方面，包括飞机起降、滑行、停靠、维修、安检等过程。机场航拍图像检测的技术方法主要包括目标检测、图像分割、特征提取、分类识别等。其中，目标检测是机场航拍图像检测的核心技术，可以通过机器学习、深度学习等方法实现。机场航拍图像检测的应用可以提高机场安全性和运行效率，为机场管理部门提供及时准确的数据支持，也为机场服务企业和航空公司提供更好的服务。

       这里给出博主设计的软件界面，同款的简约风，功能也可以满足图片、视频和摄像头的识别检测，希望大家可以喜欢，初始界面如下图：

       检测飞机时的界面截图（点击图片可放大）如下图，可识别画面中存在的多个飞机，也可开启摄像头或视频检测：

        详细的功能演示效果参见博主的B站视频或下一节的动图演示，觉得不错的朋友敬请点赞、关注加收藏！系统UI界面的设计工作量较大，界面美化更需仔细雕琢，大家有任何建议或意见和可在下方评论交流。

1. 效果演示

       首先我们还是通过动图看一下识别的效果，系统主要实现的功能是对图片、视频和摄像头画面中的航拍图像进行识别，识别的结果可视化显示在界面和图像中，另外提供多个目标的显示选择功能，演示效果如下。

（一）用户注册登录界面

       这里设计了一个登录界面，可以注册账号和密码，然后进行登录。界面还是参考了当前流行的UI设计，左侧是一个LOGO图，右侧输入账号、密码、验证码等等。

（二）选择图片识别

       在系统中可以选择图片文件进行识别，点击图片选择按钮图标选择图片后，显示所有识别的结果，可通过下拉选框查看单个目标的结果。本功能的界面展示如下图所示：

（三）视频识别效果展示

       很多时候我们需要识别一段视频，这里设计了视频选择功能。点击视频按钮可选择待检测的视频，系统会自动解析视频逐帧识别图片中的飞机，并将结果记录在右下角表格中，效果如下图所示：

（四）摄像头检测效果展示

       在真实场景中，我们往往利用设备摄像头获取实时画面，因此本文考虑到此项功能。如下图所示，点击摄像头按钮后系统进入准备状态，系统显示实时画面并开始检测画面，识别结果展示如下图：

2. 机场航拍数据集及训练

       这里我们使用的航拍图像数据集，包括训练数据集708张图片，验证集68张，测试集34张图片，共计810张图片。部分数据集的图像及标注如下图所示：

       每张图像均提供了图像类标记信息，图像中飞机的bounding box，飞机的关键part信息，以及飞机的属性信息，数据集并解压后得到如下的图片。

       以下给出本系统项目的文件目录，其中包含了YOLOv5相关的代码以及界面设计代码，如下图所示。对于训练模型部分只需要关注train.py这个文件，训练用到的数据集、标注文件及配置文件在本项目中已配置完成。

       关于这个项目，我们首先要安装python的依赖库，配置一个Python3.8然后按照requirements.txt里面的依赖装环境就可以运行了。

python
#请按照给定的python版本配置环境，否则可能会因依赖不兼容而出错
conda create -n env_rec python=3.8
#激活环境
activate env_rec
#使用pip安装所需的以来，可通过requirement.txt
pip install -r requirements.txt

       到这，深度学习所需的环境和依赖包就准备好了，现在对整个代码目录做一个介绍：

       data：主要是存放一些超参数的配置文件（这些文件（yaml文件）是用来配置训练集和测试集还有验证集的路径的，其中还包括目标检测的种类数和种类的名称）；

       models：里面主要是一些网络构建的配置文件和函数，其中包含了该项目的四个不同的版本，分别为是s、m、l、x。从名字就可以看出，这几个版本的大小。他们的检测测度分别都是从快到慢，但是精确度分别是从低到高。如果训练自己的数据集，需要修改这里面相对应的yaml文件来训练自己模型。

       utils：存放的是工具类的函数，里面有loss函数，metrics函数，plots函数等等。

       weights：放置训练好的权重参数。

       testPicture.py, testVideo.py：利用训练好的权重参数进行目标检测，可以进行图像、视频和摄像头的检测。

       train.py：训练自己的数据集的函数。

       requirements.txt：这是一个文本文件，里面写着使用yolov5项目的环境依赖包的一些版本，可以利用该文本导入相应版本的包。

       以上就是本项目代码的整体介绍。我们训练和测试自己的数据集基本就是利用到如上的代码，这里可以运行train.py文件训练目标检测模型，以下是在终端运行训练的截图。

       在深度学习中，我们通常通过损失函数下降的曲线来观察模型训练的情况。而YOLOv5训练时主要包含三个方面的损失：矩形框损失(box_loss)、置信度损失（obj_loss）和分类损失(cls_loss)，在训练结束后，我们也可以在logs目录下找到生成对若干训练过程统计图。下图为博主训练飞机识别的模型训练曲线图。

       一般我们会接触到两个指标，分别是召回率recall和精度precision，两个指标p和r都是简单地从一个角度来判断模型的好坏，均是介于0到1之间的数值，其中接近于1表示模型的性能越好，接近于0表示模型的性能越差，为了综合评价目标检测的性能，一般采用均值平均密度map来进一步评估模型的好坏。我们通过设定不同的置信度的阈值，可以得到在模型在不同的阈值下所计算出的p值和r值，一般情况下，p值和r值是负相关的，绘制出来可以得到如下图所示的曲线，其中曲线的面积我们称AP，目标检测模型中每种目标可计算出一个AP值，对所有的AP值求平均则可以得到模型的mAP值，以本文为例，我们可以计算佩戴安全帽和未佩戴安全帽的两个目标的AP值，我们对两组AP值求平均，可以得到整个模型的mAP值，该值越接近1表示模型的性能越好。关于更加学术的定义大家可以在知乎或者csdn上自行查阅，以我们本次训练的模型为例，在模型结束之后你会找到图像，分别表示我们模型在验证集上的召回率、准确率和均值平均密度。

       以PR-curve为例，可以看到我们的模型在验证集上的均值平均准确率为0.938。

3. 机场航拍图像检测识别

       在训练完成后得到最佳模型，接下来我们将帧图像输入到这个网络进行预测，从而得到预测结果，预测方法（predict.py）部分的代码如下所示：

python
def predict(img):
    img = torch.from_numpy(img).to(device)
    img = img.half() if half else img.float()
    img /= 255.0
    if img.ndimension() == 3:
        img = img.unsqueeze(0)
    t1 = time_synchronized()
    pred = model(img, augment=False)[0]
    pred = non_max_suppression(pred, opt.conf_thres, opt.iou_thres, classes=opt.classes,
                               agnostic=opt.agnostic_nms)
    t2 = time_synchronized()
    InferNms = round((t2 - t1), 2)
    return pred, InferNms

       得到预测结果我们便可以将帧图像中的飞机框出，然后在图片上用opencv绘图操作，输出飞机的预测分数。以下是读取一个飞机图片并进行检测的脚本，首先将图片数据进行预处理后送predict进行检测，然后计算标记框的位置并在图中标注出来。

python
if __name__ == '__main__':
    img_path = "./UI_rec/test_/airport_136_jpg"
    image = cv_imread(img_path)
    image = cv2.resize(image, (850, 500))
    img0 = image.copy()
    img = letterbox(img0, new_shape=imgsz)[0]
    img = np.stack(img, 0)
    img = img[:, :, ::-1].transpose(2, 0, 1)  # BGR to RGB, to 3x416x416
    img = np.ascontiguousarray(img)
    pred, useTime = predict(img)
    det = pred[0]
    p, s, im0 = None, '', img0
    if det is not None and len(det):  # 如果有检测信息则进入
        det[:, :4] = scale_coords(img.shape[1:], det[:, :4], im0.shape).round()  # 把图像缩放至im0的尺寸
        number_i = 0  # 类别预编号
        detInfo = []
        for *xyxy, conf, cls in reversed(det):  # 遍历检测信息
            c1, c2 = (int(xyxy[0]), int(xyxy[1])), (int(xyxy[2]), int(xyxy[3]))
            # 将检测信息添加到字典中
            detInfo.append([names[int(cls)], [c1[0], c1[1], c2[0], c2[1]], '%.2f' % conf])
            number_i += 1  # 编号数+1
            label = '%s %.2f' % (names[int(cls)], conf)
            # 画出检测到的目标物
            plot_one_box(image, xyxy, label=label, color=colors[int(cls)])
    # 实时显示检测画面
    cv2.imshow('Stream', image)
    # if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
    #     break
    c = cv2.waitKey(0) & 0xff

       执行得到的结果如下图所示，图中飞机的种类和置信度值都标注出来了，预测速度较快。基于此模型我们可以将其设计成一个带有界面的系统，在界面上选择图片、视频或摄像头然后调用模型进行检测。

       博主对整个系统进行了详细测试，最终开发出一版流畅得到清新界面，就是博文演示部分的展示，完整的UI界面、测试图片视频、代码文件，以及Python离线依赖包（方便安装运行，也可自行配置环境），均已打包上传，感兴趣的朋友可以通过下载链接获取。