基于YOLOv8深度学习的高压输电线绝缘子缺陷智能检测系统【python源码+Pyqt5界面+数据集+训练代码】深度学习实战、目标检测

简介: 基于YOLOv8深度学习的高压输电线绝缘子缺陷智能检测系统【python源码+Pyqt5界面+数据集+训练代码】深度学习实战、目标检测


前言

高压输电线绝缘子缺陷智能检测系统对于维护电力输送的可靠性和安全性至关重要。绝缘子是高压输电系统中防止电流泄露的关键部件,一旦发生缺失,可能导致输电效率降低或电力系统故障,严重时还可能引发安全事故,如电弧事故或火灾。利用YOLOv8深度学习框架开发的智能检测系统可以快速准确地识别绝缘子缺失情况,及时发出预警,从而确保输电线路的稳定运行和安全。

其主要应用场景包括

输电线路定期维护:定期对输电线路的绝缘子进行智能检测,预防因缺失导致的潜在故障。

大型电网故障检测:在电力系统出现故障时,快速排查故障节点,提高修复工作效率。

灾后检查:在自然灾害如风暴、冰雹后,检查输电线路,评估损害状况。

新输电线路测试:在新建或维修完成的输电线路投入运行前,进行全面检查以确保无缺损。

远程监控系统:作为电网远程监控系统的一部分,提供实时反馈,确保电网稳定性。

总的来说,高压输电线绝缘子缺陷智能检测系统的应用,能极大提升电力系统运行的可靠性和安全性。通过对绝缘子缺失的实时监测和准确诊断,电力公司可以及时采取维修措施,减少故障时间,确保电力供应的稳定。同时,这种智能检测技术的使用还降低了人工巡检的风险和成本,显著提高了维护工作的效率,是电力行业现代化发展的重要标志。随着智能监测技术的不断进步,其在电力设施维护等领域的应用前景将更加广阔。

博主通过搜集实际场景中的高压输电线绝缘子相关数据图片,根据YOLOv8的目标检测技术,基于python与Pyqt5开发了一款界面简洁的高压输电线绝缘子缺陷智能检测系统,可支持图片、视频以及摄像头检测,同时可以将图片或者视频检测结果进行保存

软件初始界面如下图所示:

检测结果界面如下:

一、软件核心功能介绍及效果演示

软件主要功能

1. 可用于高压输电线绝缘子缺陷检测,检测绝缘子是否有缺失;
2. 支持图片、视频及摄像头进行检测,同时支持图片的批量检测
3. 界面可实时显示目标位置目标总数置信度用时等信息;
4. 支持图片或者视频检测结果保存

界面参数设置说明

置信度阈值:也就是目标检测时的conf参数,只有检测出的目标置信度大于该值,结果才会显示;

交并比阈值:也就是目标检测时的iou参数,只有目标检测框的交并比大于该值,结果才会显示;

IoU:全称为Intersection over

Union,表示交并比。在目标检测中,它用于衡量模型生成的候选框与原标记框之间的重叠程度。IoU值越大,表示两个框之间的相似性越高。通常,当IoU值大于0.5时,认为可以检测到目标物体。这个指标常用于评估模型在特定数据集上的检测准确度。

主要功能说明

功能演示见文章开头,以下是简要的操作描述。

(1)图片检测说明

点击打开图片按钮,选择需要检测的图片,或者点击打开文件夹按钮,选择需要批量检测图片所在的文件夹,操作演示如下:

点击目标下拉框后,可以选定指定目标的结果信息进行显示。

点击保存按钮,会对检测结果进行保存,存储路径为:save_data目录下。

注:1.右侧目标位置默认显示置信度最大一个目标位置,可用下拉框进行目标切换。所有检测结果均在左下方表格中显示。

(2)视频检测说明

点击视频按钮,打开选择需要检测的视频,就会自动显示检测结果,再次点击可以关闭视频。

点击保存按钮,会对视频检测结果进行保存,存储路径为:save_data目录下。

(3)摄像头检测说明

点击打开摄像头按钮,可以打开摄像头,可以实时进行检测,再次点击,可关闭摄像头。

(4)保存图片与视频检测说明

点击保存按钮后,会将当前选择的图片【含批量图片】或者视频的检测结果进行保存。检测的图片与视频结果会存储在save_data目录下。

保存的检测结果文件如下:

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实时场景中的高压输电线绝缘子缺陷相关图片,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,共1个类别缺陷。一共包含600张图片,其中训练集包含480张图片验证集包含120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\others\InsulatorDetection_v8\InsulatorDetection_v8\datasets\Data\train
val: E:\CVProgram\others\InsulatorDetection_v8\InsulatorDetection_v8\datasets\Data\val
nc: 1
names: ['Insulator']

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
# 模型配置文件
model_yaml_path = "ultralytics/cfg/models/v8/yolov8.yaml"
#数据集配置文件
data_yaml_path = 'datasets/Data/data.yaml'
#预训练模型
pre_model_name = 'yolov8n.pt'
if __name__ == '__main__':
    #加载预训练模型
    model = YOLO(model_yaml_path).load(pre_model_name)
    #训练模型
    results = model.train(data=data_yaml_path,
                          epochs=150,
                          batch=4,
                          name='train_v8')

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0.978,结果还是很不错的。

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_v8.pt'
# 需要检测的图片地址
img_path = "TestFiles/ck0kck2czj0l10a46f6xkvofl_jpeg.rf.678c741e4261415dc135ecaf38d4581d.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:

更多检测结果图片示例:

以上便是关于此款高压输电线绝缘子缺陷智能检测系统的原理与代码介绍。基于此模型,博主用pythonPyqt5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

关于该系统涉及到的完整源码、UI界面代码、数据集、训练代码、测试图片视频等相关文件,均已打包上传,感兴趣的小伙伴可以通过下载链接自行获取。


【获取方式】

本文涉及到的完整全部程序文件:包括python源码、数据集、训练好的结果文件、训练代码、UI源码、测试图片视频等(见下图),获取方式见文末:

注意:该代码基于Python3.9开发,运行界面的主程序为MainProgram.py,其他测试脚本说明见上图。为确保程序顺利运行,请按照程序运行说明文档txt配置软件运行所需环境。


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