基于YOLOv8的摄像头吸烟行为检测系统（Python源码+Pyqt6界面+数据集）-编程知识

💡💡💡本文主要内容:详细介绍了摄像头下吸烟行为检测系统，在介绍算法原理的同时，给出Pytorch的源码、训练数据集以及PyQt6的UI界面。在界面中可以选择各种图片、视频进行检测识别，可进行置信度、Iou阈值设定，结果可视化等。

1.数据集介绍

通过摄像头采集吸烟行为，共采集1812张图片进行标注，按照8:1:1进行训练集、验证集、测试集随机区分。

细节图如下：

1.1数据集划分

通过split_train_val.py得到trainval.txt、val.txt、test.txt

# coding:utf-8import os
import random
import argparseparser = argparse.ArgumentParser()
#xml文件的地址，根据自己的数据进行修改 xml一般存放在Annotations下
parser.add_argument('--xml_path', default='Annotations', type=str, help='input xml label path')
#数据集的划分，地址选择自己数据下的ImageSets/Main
parser.add_argument('--txt_path', default='ImageSets/Main', type=str, help='output txt label path')
opt = parser.parse_args()trainval_percent = 0.9
train_percent = 0.8
xmlfilepath = opt.xml_path
txtsavepath = opt.txt_path
total_xml = os.listdir(xmlfilepath)
if not os.path.exists(txtsavepath):os.makedirs(txtsavepath)num = len(total_xml)
list_index = range(num)
tv = int(num * trainval_percent)
tr = int(tv * train_percent)
trainval = random.sample(list_index, tv)
train = random.sample(trainval, tr)file_trainval = open(txtsavepath + '/trainval.txt', 'w')
file_test = open(txtsavepath + '/test.txt', 'w')
file_train = open(txtsavepath + '/train.txt', 'w')
file_val = open(txtsavepath + '/val.txt', 'w')for i in list_index:name = total_xml[i][:-4] + '\n'if i in trainval:file_trainval.write(name)if i in train:file_train.write(name)else:file_val.write(name)else:file_test.write(name)file_trainval.close()
file_train.close()
file_val.close()
file_test.close()

1.2 通过voc_label.py生成txt

# -*- coding: utf-8 -*-
import xml.etree.ElementTree as ET
import os
from os import getcwdsets = ['train', 'val']
classes = ["smoke"]   # 改成自己的类别
abs_path = os.getcwd()
print(abs_path)def convert(size, box):dw = 1. / (size[0])dh = 1. / (size[1])x = (box[0] + box[1]) / 2.0 - 1y = (box[2] + box[3]) / 2.0 - 1w = box[1] - box[0]h = box[3] - box[2]x = x * dww = w * dwy = y * dhh = h * dhreturn x, y, w, hdef convert_annotation(image_id):in_file = open('Annotations/%s.xml' % (image_id), encoding='UTF-8')out_file = open('labels/%s.txt' % (image_id), 'w')tree = ET.parse(in_file)root = tree.getroot()size = root.find('size')w = int(size.find('width').text)h = int(size.find('height').text)for obj in root.iter('object'):difficult = obj.find('difficult').text#difficult = obj.find('Difficult').textcls = obj.find('name').textif cls not in classes or int(difficult) == 1:continuecls_id = classes.index(cls)xmlbox = obj.find('bndbox')b = (float(xmlbox.find('xmin').text), float(xmlbox.find('xmax').text), float(xmlbox.find('ymin').text),float(xmlbox.find('ymax').text))b1, b2, b3, b4 = b# 标注越界修正if b2 > w:b2 = wif b4 > h:b4 = hb = (b1, b2, b3, b4)bb = convert((w, h), b)out_file.write(str(cls_id) + " " + " ".join([str(a) for a in bb]) + '\n')wd = getcwd()
for image_set in sets:if not os.path.exists('labels/'):os.makedirs('labels/')image_ids = open('ImageSets/Main/%s.txt' % (image_set)).read().strip().split()list_file = open('%s.txt' % (image_set), 'w')for image_id in image_ids:list_file.write(abs_path + '/images/%s.jpg\n' % (image_id))convert_annotation(image_id)list_file.close()

通过图像判断属于小目标检测

1.3 小目标定义

1）以物体检测领域的通用数据集COCO物体定义为例，小目标是指小于32×32个像素点（中物体是指32*32-96*96，大物体是指大于96*96）；
2）在实际应用场景中，通常更倾向于使用相对于原图的比例来定义：物体标注框的长宽乘积，除以整个图像的长宽乘积，再开根号，如果结果小于3%，就称之为小目标；

2.基于YOLOv8的摄像头吸烟行为检测

2.1 修改smoke.yaml


path: ./ultralytics-smoke/data/smoke # dataset root dir
train: train.txt  # train images (relative to 'path') 118287 images
val: val.txt  # val images (relative to 'path') 5000 images# number of classes
nc: 1# class names
names:0: smoke

2.2开启训练

import warnings
warnings.filterwarnings('ignore')
from ultralytics import YOLOif __name__ == '__main__':model = YOLO('ultralytics/cfg/models/v8/yolov8.yaml')model.load('yolov8n.pt') # loading pretrain weightsmodel.train(data='data/smoke/smoke.yaml',cache=False,imgsz=640,epochs=100,batch=16,workers=0,device='0',optimizer='SGD', # using SGD# resume='', # last.pt path# amp=False # close amp# fraction=0.2,project='runs/train',name='exp',)

3.训练结果分析

Validating runs\train\exp\weights\best.pt...
Ultralytics YOLOv8.1.2 🚀 Python-3.8.18 torch-1.11.0+cu113 CUDA:0 (NVIDIA GeForce RTX 3070, 8192MiB)
YOLOv8 summary (fused): 168 layers, 3005843 parameters, 0 gradients, 8.1 GFLOPsClass     Images  Instances      Box(P          R      mAP50  mAP50-95): 100%|██████████| 11/11 [00:09<00:00,  1.22it/s]all        326        402      0.901      0.813      0.902      0.519
Speed: 0.2ms preprocess, 2.3ms inference, 0.0ms loss, 0.7ms postprocess per image
Results saved to runs\train\exp

confusion_matrix.png ：列代表预测的类别，行代表实际的类别。其对角线上的值表示预测正确的数量比例，非对角线元素则是预测错误的部分。混淆矩阵的对角线值越高越好，这表明许多预测是正确的。

上图是摄像头吸烟行为检测训练，有图可以看出，分别是smoke和background FP。该图在每列上进行归一化处理。则可以看出破损检测预测正确的概率为82%。

F1_curve.png：F1分数与置信度（x轴）之间的关系。F1分数是分类的一个衡量标准，是精确率和召回率的调和平均函数，介于0，1之间。越大越好。

TP：真实为真，预测为真；

FN：真实为真，预测为假；

FP：真实为假，预测为真；

TN：真实为假，预测为假；

精确率（precision）=TP/(TP+FP)

召回率(Recall)=TP/(TP+FN)

F1=2*（精确率*召回率）/（精确率+召回率）

labels_correlogram.jpg ：显示数据的每个轴与其他轴之间的对比。图像中的标签位于 xywh 空间。

labels.jpg ：

（1，1）表示每个类别的数据量

（1，2）真实标注的 bounding_box

（2，1）真实标注的中心点坐标

（2，2）真实标注的矩阵宽高

P_curve.png：表示准确率与置信度的关系图线，横坐标置信度。由下图可以看出置信度越高，准确率越高。

PR_curve.png ：PR曲线中的P代表的是precision（精准率），R代表的是recall（召回率），其代表的是精准率与召回率的关系。

R_curve.png ：召回率与置信度之间关系

results.png

mAP_0.5:0.95表示从0.5到0.95以0.05的步长上的平均mAP.

预测结果：

4. 摄像头吸烟行为检测系统设计

4.1 PySide6介绍

受益于人工智能的崛起，Python语言几乎以压倒性优势在众多编程语言中异军突起，成为AI时代的首选语言。在很多情况下，我们想要以图形化方式将我们的人工智能算法打包提供给用户使用，这时候选择以python为主的GUI框架就非常合适了。

PySide是Qt公司的产品，PyQt是第三方公司的产品，二者用法基本相同，不过在使用协议上却有很大差别。PySide可以在LGPL协议下使用，PyQt则在GPL协议下使用。

PySide目前常见的有两个版本：PySide2和PySide6。PySide2由C++版的Qt5开发而来.，而PySide6对应的则是C++版的Qt6。从PySide6开始，PySide的命名也会与Qt的大版本号保持一致，不会再出现类似PySide2对应Qt5这种容易混淆的情况。

4.2 安装PySide6

pip install --upgrade pip
pip install pyside6 -i https://mirror.baidu.com/pypi/simple

基于PySide6开发GUI程序包含下面三个基本步骤：

设计GUI，图形化拖拽或手撸；
响应UI的操作（如点击按钮、输入数据、服务器更新），使用信号与Slot连接界面和业务；
打包发布；

4.3 摄像头吸烟行为检测系统设计

运行

python main.py

关注下方名片，即可获取源码。