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基於深度學習的昆蟲識別系統演示與介紹(YOLOv12/v11/v8/v5模型+Pyqt5界面+訓練代碼+數據集)

視頻演示

基於深度學習的昆蟲識別系統

1. 前言​

大家好,歡迎來到 Coding 茶水間!

在人工智能與計算機視覺技術飛速發展的今天,圖像識別已滲透到農業監測、生態保護、生物研究等諸多領域。其中,昆蟲識別作為生物多樣性調查與害蟲防治的重要環節,正逐步從傳統人工鑑定向自動化、智能化邁進。然而,現狀是——多數現有方案要麼依賴人工經驗、效率低下,要麼識別種類有限、難以滿足複雜場景需求;尤其在野外或實驗室環境中,快速、準確地從圖片、視頻甚至實時攝像頭流中識別出多種昆蟲,仍面臨模型泛化能力、交互便捷性、結果可視化等挑戰。

正是基於這樣的背景,今天我們帶來的題目是 《基於 YOLO 算法的昆蟲識別系統》。這套系統聚焦實際需求,可精準識別 33 種昆蟲(如星天牛屬、毛蟲、橙粉蝶、劍尾蛾等),並通過模塊化界面設計,支持圖片、視頻、文件夾批量及攝像頭實時檢測,兼顧模型靈活切換、參數動態調節、結果語音播報與多形式導出等功能,力求讓昆蟲識別更智能、更高效、更易用。接下來,就讓我們一起走進這套系統的功能細節與使用演示。

業務介紹圖

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。

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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。

ScreenShot_2025-12-25_092311_255

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。

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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。

ScreenShot_2025-12-25_092529_509

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。

3

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。

005

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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。

ScreenShot_2025-12-25_093121_533

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。

# -*- coding: utf-8 -*-
"""
該腳本用於執行YOLO模型的訓練。

它會自動處理以下任務:
1. 動態修改數據集配置文件 (data.yaml),將相對路徑更新為絕對路徑,以確保訓練時能正確找到數據。
2. 從 'pretrained' 文件夾加載指定的預訓練模型。
3. 使用預設的參數(如epochs, imgsz, batch)啓動訓練過程。

要開始訓練,只需直接運行此腳本。
"""
import os
import yaml
from pathlib import Path
from ultralytics import YOLO

def main():
    """
    主訓練函數。
    
    該函數負責執行YOLO模型的訓練流程,包括:
    1. 配置預訓練模型。
    2. 動態修改數據集的YAML配置文件,確保路徑為絕對路徑。
    3. 加載預訓練模型。
    4. 使用指定參數開始訓練。
    """
    # --- 1. 配置模型和路徑 ---
    
    # 要訓練的模型列表
    models_to_train = [
        {'name': 'yolov5nu.pt', 'train_name': 'train_yolov5nu'},
        {'name': 'yolov8n.pt', 'train_name': 'train_yolov8n'},
        {'name': 'yolo11n.pt', 'train_name': 'train_yolo11n'},
        {'name': 'yolo12n.pt', 'train_name': 'train_yolo12n'}
    ]
    
    # 獲取當前工作目錄的絕對路徑,以避免相對路徑帶來的問題
    current_dir = os.path.abspath(os.getcwd())
    
    # --- 2. 動態配置數據集YAML文件 ---
    
    # 構建數據集yaml文件的絕對路徑
    data_yaml_path = os.path.join(current_dir, 'train_data', 'data.yaml')
    
    # 讀取原始yaml文件內容
    with open(data_yaml_path, 'r', encoding='utf-8') as f:
        data_config = yaml.safe_load(f)
    
    # 將yaml文件中的 'path' 字段修改為數據集目錄的絕對路徑
    # 這是為了確保ultralytics庫能正確定位到訓練、驗證和測試集
    data_config['path'] = os.path.join(current_dir, 'train_data')
    
    # 將修改後的配置寫回yaml文件
    with open(data_yaml_path, 'w', encoding='utf-8') as f:
        yaml.dump(data_config, f, default_flow_style=False, allow_unicode=True)
    
    # --- 3. 循環訓練每個模型 ---
    
    for model_info in models_to_train:
        model_name = model_info['name']
        train_name = model_info['train_name']
        
        print(f"\n{'='*60}")
        print(f"開始訓練模型: {model_name}")
        print(f"訓練名稱: {train_name}")
        print(f"{'='*60}")
        
        # 構建預訓練模型的完整路徑
        pretrained_model_path = os.path.join(current_dir, 'pretrained', model_name)
        if not os.path.exists(pretrained_model_path):
            print(f"警告: 預訓練模型文件不存在: {pretrained_model_path}")
            print(f"跳過模型 {model_name} 的訓練")
            continue
        
        try:
            # 加載指定的預訓練模型
            model = YOLO(pretrained_model_path)
            
            # --- 4. 開始訓練 ---
            
            print(f"開始訓練 {model_name}...")
            # 調用train方法開始訓練
            model.train(
                data=data_yaml_path,  # 數據集配置文件
                epochs=100,           # 訓練輪次
                imgsz=640,            # 輸入圖像尺寸
                batch=8,             # 每批次的圖像數量
                name=train_name,      # 模型名稱
            )
            
            print(f"{model_name} 訓練完成!")
            
        except Exception as e:
            print(f"訓練 {model_name} 時出現錯誤: {str(e)}")
            print(f"跳過模型 {model_name},繼續訓練下一個模型")
            continue
    
    print(f"\n{'='*60}")
    print("所有模型訓練完成!")
    print(f"{'='*60}")

if __name__ == "__main__":
    # 當該腳本被直接執行時,調用main函數
    main()

4. 技術棧

  • 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

  1. 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);

  2. 速度最優:YOLO11n(CPU推理56.1ms),比YOLOv8n快42%,適合實時輕量部署;

  3. 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

labels

數據集中訓練集和驗證集一共6000張圖片,數據集目標類別33種數據集配置代碼如下:

train: ../train/images
val: ../valid/images
test: ../test/images
path: ../data/images

nc: 33
names: ['Acalolepta', 'Aromia', 'Batocera rubus', 'Batocera rufomaculata', 
'Blaberus discoidalis', 'Brown marmorated stink bug', 'Caterpillar', 'Cepora nerissa', 
'Cerura Vinula', 'Clostera', 'Crowned slug moth', 'Empoasca', 'Eurydema ornata',
'Fall webworm moth', 'Forest Bug', 'Graphosoma lineatum', 'Neocurtilla hexadactyla', 
'Oebalus pugnax', 'Papilio memnon', 'Parasa consocia', 'Parasa indetermina', 'Passionvine hopper',
'Plagiodera versicolora', 'Protaetia', 'Puss moth', 'Red Costate Tiger Moth', 'Spilomelinae', 
'Spirama', 'Spotted lanternfly', 'Tibicina haematodes', 'Torpedo bug', 'White-spotted longicorn beetle', 
'Yellow spotted stink bug']

train_batch0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

confusion_matrix_normalized

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

BoxF1_curve

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0.601時,所有類別的綜合F1值達到了0.89(藍色曲線)。

BoxPR_curve

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0.920(92.0%),準確率非常高。

6. 源碼獲取方式

源碼獲取方式:https://www.bilibili.com/video/BV1U9BhBcEpc

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