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智能水果保鲜度检测：基于YOLO和深度学习的完整实现

news 来源：原创 2024/9/20 14:34:32

引言

水果新鲜程度直接影响其口感和营养价值。为了提高水果品质管理的效率和准确性，本文介绍了一种基于深度学习的水果新鲜程度检测系统。该系统包括用户界面，利用YOLO（You Only Look Once）v8/v7/v6/v5模型进行水果新鲜程度检测，并提供了完整的实现步骤和详细代码。

系统架构

环境搭建
数据收集和预处理
模型训练
系统实现
用户界面设计

环境搭建

在开始实现水果新鲜程度检测系统之前，我们需要搭建一个合适的开发环境。本文假设使用Python 3.8或以上版本。

安装基础依赖

首先，安装基础的Python依赖包：

pip install numpy pandas matplotlib opencv-python

安装深度学习框架

我们使用YOLO模型进行水果新鲜程度检测，因此需要安装相关的深度学习框架，如PyTorch或TensorFlow。本文使用PyTorch和Ultralytics的YOLO库。

pip install torch torchvision torchaudio
pip install ultralytics

安装用户界面库

为了实现用户界面，本文使用PyQt5。

pip install PyQt5

验证安装

确保所有包都安装成功，可以通过以下命令验证：

import torch
import cv2
import PyQt5
import ultralyticsprint("All packages installed successfully.")

数据收集和预处理

数据集

为了训练一个高精度的水果新鲜程度检测模型，我们需要一个包含各种水果及其不同新鲜程度图片的数据集。可以使用以下途径收集数据：

公开数据集：如Kaggle上的相关数据集。
自定义数据集：通过互联网、市场、农场等途径收集图片。

数据标注

使用工具如LabelImg对数据进行标注。标注内容包括水果的位置（bounding box）和标签（新鲜/不新鲜）。

# 训练数据集文件结构示例
dataset/├── images/│   ├── train/│   └── val/└── labels/├── train/└── val/

模型训练

YOLO模型有多个版本，本文选取YOLOv8作为示范，其他版本可以通过相似方法实现。

配置YOLO数据集

首先，创建一个YAML文件来配置数据集信息：

# dataset.yaml
train: path/to/train/images
val: path/to/val/imagesnc: 2
names: ['Fresh', 'Not_Fresh']

模型训练代码

使用YOLOv8进行模型训练，假设数据已经按照YOLO的格式进行预处理和标注。

from ultralytics import YOLO# 加载预训练的YOLOv8模型
model = YOLO('yolov8.yaml')# 配置训练参数
model.train(data='path/to/dataset.yaml', epochs=50, imgsz=640, batch=16)# 保存训练后的模型
model.save('best.pt')

系统实现

水果新鲜程度检测

利用训练好的模型进行水果新鲜程度检测，并实现视频流的实时检测。

import cv2
from ultralytics import YOLO# 加载训练好的模型
model = YOLO('best.pt')# 打开视频流
cap = cv2.VideoCapture('path/to/video.mp4')while cap.isOpened():ret, frame = cap.read()if not ret:break# 检测水果新鲜程度results = model(frame)for result in results:bbox = result['bbox']label = result['label']confidence = result['confidence']# 画框和标签cv2.rectangle(frame, (bbox[0], bbox[1]), (bbox[2], bbox[3]), (0, 255, 0), 2)cv2.putText(frame, f'{label} {confidence:.2f}', (bbox[0], bbox[1] - 10), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.9, (0, 255, 0), 2)# 显示视频cv2.imshow('Fruit Freshness Detection', frame)if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):breakcap.release()
cv2.destroyAllWindows()

用户界面设计

用户界面采用PyQt5实现，提供视频播放和水果新鲜程度检测结果显示。

安装PyQt5

pip install PyQt5

界面代码

import sys
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget, QVBoxLayout, QLabel, QPushButton, QFileDialog
from PyQt5.QtGui import QPixmap, QImage
import cv2
from ultralytics import YOLOclass FruitFreshnessUI(QWidget):def __init__(self):super().__init__()self.initUI()self.model = YOLO('best.pt')def initUI(self):self.setWindowTitle('Fruit Freshness Detection System')self.layout = QVBoxLayout()self.label = QLabel(self)self.layout.addWidget(self.label)self.button = QPushButton('Open Video', self)self.button.clicked.connect(self.open_video)self.layout.addWidget(self.button)self.setLayout(self.layout)def open_video(self):options = QFileDialog.Options()video_path, _ = QFileDialog.getOpenFileName(self, "Open Video", "", "All Files (*);;MP4 Files (*.mp4)", options=options)if video_path:self.detect_freshness(video_path)def detect_freshness(self, video_path):cap = cv2.VideoCapture(video_path)while cap.isOpened():ret, frame = cap.read()if not ret:breakresults = self.model(frame)for result in results:bbox = result['bbox']label = result['label']confidence = result['confidence']cv2.rectangle(frame, (bbox[0], bbox[1]), (bbox[2], bbox[3]), (0, 255, 0), 2)cv2.putText(frame, f'{label} {confidence:.2f}', (bbox[0], bbox[1] - 10), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.9, (0, 255, 0), 2)# 将frame转换为QImageheight, width, channel = frame.shapebytesPerLine = 3 * widthqImg = QImage(frame.data, width, height, bytesPerLine, QImage.Format_RGB888).rgbSwapped()self.label.setPixmap(QPixmap.fromImage(qImg))cv2.waitKey(1)cap.release()if __name__ == '__main__':app = QApplication(sys.argv)ex = FruitFreshnessUI()ex.show()sys.exit(app.exec_())