基于YOLOv8深度学习的遥感地理空间物体检测系统【python源码+Pyqt5界面+数据集+训练代码】深度学习实战、目标检测(1)https://developer.aliyun.com/article/1536766
二、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,在精度和速度方面都具有尖端性能
。在之前YOLO 版本的基础上,YOLOv8 引入了新的功能和优化,使其成为广泛应用中各种物体检测任务的理想选择。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
。
YOLO各版本性能对比:
YOLOv8网络结构如下:
2. 数据集准备与训练
本文使用的数据集为遥感地理空间物体相关图片
,并使用Labelimg标注工具对每张图片中的目标边框(Bounding Box)及类别进行标注。一共包含800张图片
,其中训练集包含640张图片
,验证集包含160张图片
。
部分图像及标注如下图所示:
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与验证集放入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:\CVProgram\YOLOv8Detect\datasets\RemoteSensingData\train val: E:\CVProgram\YOLOv8Detect\datasets\RemoteSensingData\val nc: 10 names: ['Airplanes', 'ships', 'oil tanks', 'baseball fields', 'tennis courts', 'basketball courts', 'athletics fields', 'harbors', 'Bridges', 'automobiles']
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 import matplotlib matplotlib.use('TkAgg') if __name__ == '__main__': # 训练模型配置文件路径 yolo_yaml_path = 'ultralytics/cfg/models/v8/yolov8.yaml' # 数据集配置文件路径 data_yaml_path = 'datasets/Data/data.yaml' # 官方预训练模型路径 pre_model_path = "yolov8n.pt" # 加载预训练模型 model = YOLO(yolo_yaml_path).load(pre_model_path) # 模型训练 model.train(data=data_yaml_path, epochs=150, batch=4)
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)和动态特征损失(dfl_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。
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,可以看到本文模型目标检测的mAP@0.5
值为0.921
,结果还是不错的。
4. 检测结果识别
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/train/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:
#coding:utf-8 from ultralytics import YOLO import cv2 # 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/388.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='detect') # model = YOLO(path, task='detect',conf=0.5) # 检测图片 results = model(img_path) print(results) 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:
以上便是关于此款遥感地理空间物体检测系统
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
。