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智能番茄成熟度评估：基于深度学习的自动检测系统

news 来源：原创 2024/9/20 16:29:07

引言

番茄的成熟度对其市场价值和食用体验有重要影响。传统的人工检测方法不仅效率低，还容易受主观因素影响。通过使用深度学习技术，我们可以自动化地检测番茄的成熟度。本教程将详细介绍如何从零开始构建一个基于YOLO（You Only Look Once）模型的番茄成熟度检测系统，包括环境搭建、数据收集与处理、模型训练、系统实现及UI界面设计。

环境搭建

安装Python及必要库

首先，安装Python 3.8或以上版本。可以从Python官网下载并安装。

安装好Python后，使用以下命令安装所需库：

pip install opencv-python-headless
pip install torch torchvision
pip install pyside2
pip install matplotlib
pip install numpy
pip install pyyaml

安装YOLO模型

从GitHub上克隆YOLOv5、YOLOv6、YOLOv7或YOLOv8的代码库并安装依赖：

YOLOv5

git clone https://github.com/ultralytics/yolov5
cd yolov5
pip install -r requirements.txt

其他版本的YOLO模型（YOLOv6、YOLOv7、YOLOv8）也可以按照类似的步骤安装。

数据收集与处理

数据收集

数据是训练模型的关键部分。我们需要收集包含不同成熟度番茄的图片。可以通过以下途径获取数据：

自行拍摄：在不同光照条件和背景下拍摄各种成熟度的番茄图片。
从互联网上获取：使用搜索引擎查找并下载番茄图片。
使用公开数据集：如Kaggle等平台上可能有相关的公开数据集。

数据标注

使用LabelImg工具对图片进行标注，将番茄分为不同成熟度类别。

安装LabelImg

pip install labelImg

使用LabelImg进行标注

打开LabelImg：
```
labelImg
```
加载图片文件夹。
创建类别标签，如“unripe”（未成熟）、“ripe”（成熟）、“overripe”（过熟）。
对图片中的番茄进行标注，并保存标注文件为YOLO格式。

数据集划分

将标注好的数据集划分为训练集和测试集，通常按照8:2的比例进行划分。

模型训练

配置数据集文件

创建数据集配置文件dataset.yaml，包括训练集和测试集的路径及类别信息：

train: path/to/train/images
val: path/to/val/imagesnc: 3  # 类别数量
names: ['unripe', 'ripe', 'overripe']  # 类别名称

训练YOLO模型

使用YOLOv5为例，进行模型训练：

python train.py --img 640 --batch 16 --epochs 50 --data dataset.yaml --weights yolov5s.pt --cache

上述命令将使用预训练的yolov5s.pt权重在我们的数据集上进行微调。

系统实现

检测脚本

编写一个Python脚本，使用训练好的模型进行番茄成熟度检测。

import torch
import cv2
from PIL import Image
import numpy as np# 加载模型
model = torch.hub.load('ultralytics/yolov5', 'custom', path='path/to/best.pt')def detect(image_path):img = Image.open(image_path)results = model(img)results.show()  # 显示检测结果return results# 测试
image_path = 'path/to/test/image.jpg'
detect(image_path)

UI界面设计

使用Qt for Python（PySide2）设计一个简易的图形用户界面。

安装PySide2

pip install pyside2

创建UI界面

创建一个简单的GUI，允许用户加载图片并显示检测结果。

import sys
from PySide2.QtWidgets import QApplication, QWidget, QVBoxLayout, QPushButton, QLabel, QFileDialog
from PySide2.QtGui import QPixmap
import torch
from PIL import Imageclass TomatoDetectionApp(QWidget):def __init__(self):super().__init__()self.initUI()def initUI(self):self.setWindowTitle('番茄成熟度检测系统')self.layout = QVBoxLayout()self.label = QLabel('加载图片进行检测')self.layout.addWidget(self.label)self.btn = QPushButton('加载图片')self.btn.clicked.connect(self.loadImage)self.layout.addWidget(self.btn)self.resultLabel = QLabel('检测结果')self.layout.addWidget(self.resultLabel)self.setLayout(self.layout)def loadImage(self):options = QFileDialog.Options()fileName, _ = QFileDialog.getOpenFileName(self, "选择图片文件", "", "Images (*.png *.xpm *.jpg)", options=options)if fileName:self.label.setPixmap(QPixmap(fileName))results = self.detect(fileName)self.resultLabel.setText(f'检测结果: {results}')def detect(self, image_path):model = torch.hub.load('ultralytics/yolov5', 'custom', path='path/to/best.pt')img = Image.open(image_path)results = model(img)results.show()return resultsif __name__ == '__main__':app = QApplication(sys.argv)ex = TomatoDetectionApp()ex.show()sys.exit(app.exec_())