視頻演示
基於深度學習的輪船分類檢測系統
1. 前言
隨着航運業與海洋經濟的不斷髮展,船舶類型的快速、準確識別在港口管理、海上交通監控、安全巡檢及環境保護等領域具有重要作用。傳統船舶分類多依賴人工判讀或基於 AIS 數據的分析,在視頻監控、無人機航拍、衞星影像等非結構化場景中,人工識別易受天氣、光照和拍攝角度等因素干擾,效率低且難以滿足實時性需求。
近年來,深度學習目標檢測技術取得顯著進展,YOLO 系列算法因檢測速度快、精度高,被廣泛應用於實時船舶檢測。然而,現有研究多集中於通用目標檢測,缺少面向多類別船舶細粒度分類、批量與實時檢測、結果可視化與提醒、便捷模型訓練及跨平台部署的完整功能體系,難以直接滿足實際業務場景的綜合需求。
本文設計並實現了一套 基於 YOLO 算法的輪船分類檢測系統,能夠對圖片、視頻以及攝像頭實時視頻流中的多種船舶類別進行檢測與分類,並輸出類別標籤、置信度與位置信息。
系統主要功能包括:
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多源檢測:支持單張圖片、視頻文件、文件夾批量圖片及攝像頭實時視頻流的船舶分類檢測。
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模型管理:可靈活選擇不同訓練好的模型進行檢測,並支持加載自定義權重文件。
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結果處理:可將檢測結果疊加到圖片或視頻中並保存,支持導出檢測數據到 Excel 表格,便於後續分析與存檔。
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參數調節:提供置信度與交併比等檢測參數的動態調節,以適配不同場景需求。
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智能提醒:支持檢測到目標時的語音播報提醒,可自定義播報內容,便於在無視覺關注的情況下及時獲知檢測結果。
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用户管理:具備登錄、註冊、個人信息修改及註銷功能,保障系統與數據安全。
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腳本檢測:提供無界面腳本模式,可在服務器或嵌入式設備上批量或實時檢測圖片、視頻和攝像頭視頻流,便於生產環境部署。
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模型訓練:內置訓練腳本,支持多模型批量訓練,可配置訓練輪次與批次大小,輸出最佳權重文件及評估指標(F1 曲線、混淆矩陣、標註示例等),方便用户基於自有數據優化模型。
系統基於 4,000 餘張船舶影像數據進行訓練,涵蓋訓練集、驗證集與測試集,確保模型的泛化能力與可靠性。可廣泛應用於港口監控、海事巡邏、無人設備巡檢等場景,為智慧航運與海洋安全管理提供高效、準確且具備實時語音提醒能力的船舶分類檢測方案。
2. 項目演示
2.1 用户登錄界面
登錄界面佈局簡潔清晰,左側展示系統主題,用户需輸入用户名、密碼及驗證碼完成身份驗證後登錄系統。

2.2 新用户註冊
註冊時可自定義用户名與密碼,支持上傳個人頭像;如未上傳,系統將自動使用默認頭像完成賬號創建。

2.3 主界面佈局
主界面採用三欄結構,左側為功能操作區,中間用於展示檢測畫面,右側呈現目標詳細信息,佈局合理,交互流暢。

2.4 個人信息管理
用户可在此模塊中修改密碼或更換頭像,個人信息支持隨時更新與保存。

2.5 多模態檢測展示
系統支持圖片、視頻及攝像頭實時畫面的目標檢測。識別結果將在畫面中標註顯示,並且帶有語音播報提醒,並在下方列表中逐項列出。點擊具體目標可查看其類別、置信度及位置座標等詳細信息。

2.6 檢測結果保存
可以將檢測後的圖片、視頻進行保存,生成新的圖片和視頻,新生成的圖片和視頻中會帶有檢測結果的標註信息,並且還可以將所有檢測結果的數據信息保存到excel中進行,方便查看檢測結果。


2.7 多模型切換
系統內置多種已訓練模型,用户可根據實際需求靈活切換,以適應不同檢測場景或對比識別效果。

3.模型訓練核心代碼
本腳本是YOLO模型批量訓練工具,可自動修正數據集路徑為絕對路徑,從pretrained文件夾加載預訓練模型,按設定參數(100輪/640尺寸/批次8)一鍵批量訓練YOLOv5nu/v8n/v11n/v12n模型。
4. 技術棧
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語言:Python 3.10
-
前端界面:PyQt5
-
數據庫:SQLite(存儲用户信息)
-
模型:YOLOv5、YOLOv8、YOLOv11、YOLOv12
5. YOLO模型對比與識別效果解析
5.1 YOLOv5/YOLOv8/YOLOv11/YOLOv12模型對比
基於Ultralytics官方COCO數據集訓練結果:
|
模型 |
尺寸(像素) |
mAPval 50-95 |
速度(CPU ONNX/毫秒) |
參數(M) |
FLOPs(B) |
|---|---|---|---|---|---|
|
YOLO12n |
640 |
40.6 |
- |
2.6 |
6.5 |
|
YOLO11n |
640 |
39.5 |
56.1 ± 0.8 |
2.6 |
6.5 |
|
YOLOv8n |
640 |
37.3 |
80.4 |
3.2 |
8.7 |
|
YOLOv5nu |
640 |
34.3 |
73.6 |
2.6 |
7.7 |
關鍵結論:
-
精度最高:YOLO12n(mAP 40.6%),顯著領先其他模型(較YOLOv5nu高約6.3個百分點);
-
速度最優:YOLO11n(CPU推理56.1ms),比YOLOv8n快42%,適合實時輕量部署;
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效率均衡:YOLO12n/YOLO11n/YOLOv8n/YOLOv5nu參數量均為2.6M,FLOPs較低(YOLO12n/11n僅6.5B);YOLOv8n參數量(3.2M)與計算量(8.7B)最高,但精度優勢不明顯。
綜合推薦:
-
追求高精度:優先選YOLO12n(精度與效率兼顧);
-
需高速低耗:選YOLO11n(速度最快且精度接近YOLO12n);
-
YOLOv5nu/YOLOv8n因性能劣勢,無特殊需求時不建議首選。
5.2 數據集分析

數據集中訓練集和驗證集一共4000張圖片,數據集目標類別兩種:正常腎臟,腎結石,數據集配置代碼如下:

上面的圖片就是部分樣本集訓練中經過數據增強後的效果標註。
5.3 訓練結果

混淆矩陣顯示中識別精準度顯示是一條對角線,方塊顏色越深代表對應的類別識別的精準度越高。

F1指數(F1 Score)是統計學和機器學習中用於評估分類模型性能的核心指標,綜合了模型的精確率(Precision)和召回率(Recall),通過調和平均數平衡兩者的表現。
當置信度為0.362時,所有類別的綜合F1值達到了0.90(藍色曲線)。

mAP@0.5:是目標檢測任務中常用的評估指標,表示在交併比(IoU)閾值為0.5時計算的平均精度均值(mAP)。其核心含義是:只有當預測框與真實框的重疊面積(IoU)≥50%時,才認為檢測結果正確。
圖中可以看到綜合mAP@0.5達到了0.930(93.0%),準確率非常高。
6. 源碼獲取方式
源碼獲取方式:https://www.bilibili.com/video/BV1ccmMBrENc