基于YOLOv8深度学习的智能草莓病害检测与分割系统【python源码+Pyqt5界面+数据集+训练代码】深度学习实战、目标检测、目标分割(1)https://developer.aliyun.com/article/1536736
二、目标分割模型的训练、评估与推理
1.YOLOv8的基本原理
YOLOv8是一种前沿的目标检测分割技术,它基于先前YOLO版本在目标检测任务上的成功,进一步提升了性能和灵活性。主要的创新点包括一个新的骨干网络、一个新的 Ancher-Free 检测头和一个新的损失函数,可以在从 CPU 到 GPU 的各种硬件平台上运行
。
其主要网络结构如下:
2. 数据集准备与训练
通过网络上搜集关于草莓病害相关图片
,并使用Labelimg标注工具对每张图片中的分割结果及类别进行标注。一共包含2500张图片
,其中训练集包含1450张图片
,验证集包含307张图片
,测试集包含743张图片
部分图像及标注如下图所示。
数据集的各类别具体分布如下所示:
图片数据的存放格式如下,在项目目录中新建datasets
目录,同时将检测的图片分为训练集、验证集、测试集放入Data
目录下。
同时我们需要新建一个data.yaml
文件,用于存储训练数据的路径及模型需要进行检测的类别。YOLOv8在进行模型训练时,会读取该文件的信息,用于进行模型的训练与验证。data.yaml
的具体内容如下:
train: E:\MyCVProgram\3SegProgram\StrawberryDiseaseSeg\datasets\Data\train val: E:\MyCVProgram\3SegProgram\StrawberryDiseaseSeg\datasets\Data\val test: E:\MyCVProgram\3SegProgram\StrawberryDiseaseSeg\datasets\Data\test nc: 7 names: ["Angular Leafspot", "Anthracnose Fruit Rot", 'Blossom Blight', 'Gray Mold', 'Leaf Spot', 'Powdery Mildew Fruit', 'Powdery Mildew Leaf']
注:train与val后面表示需要训练图片的路径,建议直接写自己文件的绝对路径。
数据准备完成后,通过调用train.py
文件进行模型训练,epochs
参数用于调整训练的轮数,batch
参数用于调整训练的批次大小【根据内存大小调整,最小为1】,代码如下:
#coding:utf-8 from ultralytics import YOLO # 加载yolov8预训练模型 model = YOLO("yolov8n-seg.pt") # Use the model if __name__ == '__main__': # Use the model results = model.train(data='datasets/Data/data.yaml', epochs=250, batch=4) # 训练模型 # 将模型转为onnx格式 # success = model.export(format='onnx')
3. 训练结果评估
在深度学习中,我们通常用损失函数下降的曲线来观察模型训练的情况。YOLOv8在训练时主要包含三个方面的损失:定位损失(box_loss)、分类损失(cls_loss)、动态特征损失(dfl_loss)以及分割损失(seg_loss),在训练结束后,可以在runs/
目录下找到训练过程及结果文件,如下所示:
各损失函数作用说明:
定位损失box_loss
:预测框与标定框之间的误差(GIoU),越小定位得越准;
分类损失cls_loss
:计算锚框与对应的标定分类是否正确,越小分类得越准;
动态特征损失(dfl_loss)
:DFLLoss是一种用于回归预测框与目标框之间距离的损失函数。在计算损失时,目标框需要缩放到特征图尺度,即除以相应的stride,并与预测的边界框计算Ciou Loss,同时与预测的anchors中心点到各边的距离计算回归DFLLoss。这个过程是YOLOv8训练流程中的一部分,通过计算DFLLoss可以更准确地调整预测框的位置,提高目标检测的准确性。
分割损失(seg_loss)
:预测的分割结果与标定分割之前的误差,越小分割的越准确;
本文训练结果如下:
我们通常用PR曲线
来体现精确率和召回率的关系,本文训练结果的PR曲线如下。mAP
表示Precision和Recall作为两轴作图后围成的面积,m表示平均,@后面的数表示判定iou为正负样本的阈值。mAP@.5:表示阈值大于0.5的平均mAP。
定位结果的PR曲线如下:
分割结果的PR曲线如下:
从上面图片曲线结果可以看到:定位的平均精度为0.932
,分割的平均精度为0.925
,结果还是很不错的。
4. 模型推理
模型训练完成后,我们可以得到一个最佳的训练结果模型best.pt
文件,在runs/trian/weights
目录下。我们可以使用该文件进行后续的推理检测。
图片检测代码如下:
# 所需加载的模型目录 path = 'models/best.pt' # 需要检测的图片地址 img_path = "TestFiles/angular_leafspot2.jpg" # 加载预训练模型 # conf 0.25 object confidence threshold for detection # iou 0.7 intersection over union (IoU) threshold for NMS model = YOLO(path, task='segment') # model = YOLO(path, task='segment',conf=0.5) # 检测图片 results = model(img_path) res = results[0].plot() # res = cv2.resize(res,dsize=None,fx=0.5,fy=0.5,interpolation=cv2.INTER_LINEAR) cv2.imshow("YOLOv8 Detection", res) cv2.waitKey(0)
执行上述代码后,会将执行的结果直接标注在图片上,结果如下:
以上便是关于此款草莓病害检测与分割系统
的原理与代码介绍。基于此模型,博主用python
与Pyqt5
开发了一个带界面的软件系统,即文中第二部分的演示内容,能够很好的支持图片、视频及摄像头进行检测
,同时支持检测结果的保存。