基于深度学习的数字识别检测系统(YOLOv10+YOLO数据集+UI界面+模型)

一、项目介绍

项目背景:
数字识别是计算机视觉领域的一个重要任务,广泛应用于车牌识别、手写数字识别、工业自动化、文档处理等场景。传统的数字识别方法依赖于特征工程和模板匹配,难以应对复杂场景下的识别需求。基于深度学习的目标检测技术能够自动学习数字的特征,并在复杂背景下实现高精度的识别。

项目目标:
本项目旨在利用 YOLOv10 目标检测算法,构建一个高效、准确的数字识别系统。系统能够实时检测图像或视频中的数字(0-9),并输出检测结果。通过训练和优化模型,系统能够在复杂背景下准确识别数字,满足实际应用需求。

技术栈:

  • 深度学习框架: PyTorch

  • 目标检测算法: YOLOv10

  • 数据处理: OpenCV, NumPy

  • 模型训练与评估: PyTorch Lightning, TensorBoard

  • 部署: ONNX, TensorRT (可选)

项目流程:

  1. 数据准备: 收集并标注数字图像数据,划分为训练集、验证集和测试集。

  2. 模型训练: 使用 YOLOv10 模型在训练集上进行训练,调整超参数以优化模型性能。

  3. 模型评估: 在验证集和测试集上评估模型性能,计算精度、召回率、mAP等指标。

  4. 模型优化: 通过数据增强、模型剪枝、量化等技术进一步优化模型。

  5. 部署与应用: 将训练好的模型部署到实际应用场景中,如嵌入式设备、移动端或服务器端。


基于深度学习的数字识别检测系统(YOLOv10+YOLO数据集+UI界面+Python项目源码+模型)_哔哩哔哩_bilibili

基于深度学习的数字识别检测系统(YOLOv10+YOLO数据集+UI界面+Python项目源码+模型)

二、项目功能展示

系统功能

图片检测:可对图片进行检测,返回检测框及类别信息。

视频检测:支持视频文件输入,检测视频中每一帧的情况。

摄像头实时检测:连接USB 摄像头,实现实时监测。

参数实时调节(置信度和IoU阈值)

该功能允许用户通过单张图片进行目标检测。输入一张图片后,YOLO模型会实时分析图像,识别出其中的目标,并在图像中框出检测到的目标,输出带有目标框的图像。批量图片检测

用户可以一次性上传多个图片进行批量处理。该功能支持对多个图像文件进行并行处理,并返回每张图像的目标检测结果,适用于需要大规模处理图像数据的应用场景。

视频检测功能允许用户将视频文件作为输入。YOLO模型将逐帧分析视频,并在每一帧中标记出检测到的目标。最终结果可以是带有目标框的视频文件或实时展示,适用于视频监控和分析等场景。

该功能支持通过连接摄像头进行实时目标检测。YOLO模型能够在摄像头拍摄的实时视频流中进行目标检测,实时识别并显示检测结果。此功能非常适用于安防监控、无人驾驶、智能交通等应用,提供即时反馈。

核心特点:

三、数据集介绍

数据集名称: 数字识别数据集

数据集内容:

数据集来源:
数据集通过多种途径收集,包括公开数据集(如 MNIST、SVHN)、网络爬取以及实际场景拍摄。为确保数据的多样性和泛化能力,数据集中包含了不同字体、颜色、尺寸的数字图像,同时涵盖了多种背景、光照条件和拍摄角度。

数据标注:

数据集特点:

  1. 多样性: 数据集中包含不同场景下的数字图像,如印刷体数字、手写数字、复杂背景中的数字等。

  2. 挑战性: 部分图像包含遮挡、模糊、光照不均等复杂情况,以提高模型的鲁棒性。

  3. 平衡性: 训练集、验证集和测试集的比例合理,确保模型在训练、验证和测试过程中能够充分学习并泛化。

数据增强:
为提高模型的泛化能力,训练过程中采用了多种数据增强技术,包括:

数据集配置文件data.yaml

train: .\datasets\images\train val: .\datasets\images\val test: .\datasets\images\test nc: 10 names: ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9']

数据集制作流程

四、项目环境配置

创建虚拟环境

首先新建一个Anaconda环境,每个项目用不同的环境,这样项目中所用的依赖包互不干扰。

终端输入

conda create -n yolov10 python==3.9

激活虚拟环境

conda activate yolov10

安装cpu版本pytorch

pip install torch torchvision torchaudio

pycharm中配置anaconda

安装所需要库

pip install -r requirements.txt

五、模型训练

训练代码

from ultralytics import YOLOv10 model_path = 'yolov10s.pt' data_path = 'datasets/data.yaml' if __name__ == '__main__': model = YOLOv10(model_path) results = model.train(data=data_path, epochs=500, batch=64, device='0', workers=0, project='runs/detect', name='exp', )
根据实际情况更换模型 yolov10n.yaml (nano):轻量化模型,适合嵌入式设备,速度快但精度略低。 yolov10s.yaml (small):小模型,适合实时任务。 yolov10m.yaml (medium):中等大小模型,兼顾速度和精度。 yolov10b.yaml (base):基本版模型,适合大部分应用场景。 yolov10l.yaml (large):大型模型,适合对精度要求高的任务。

训练结果

六、核心代码

import sys import cv2 import numpy as np from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMessageBox, QFileDialog from PyQt5.QtCore import QThread, pyqtSignal from ultralytics import YOLOv10 from UiMain import UiMainWindow import time import os class DetectionThread(QThread): frame_received = pyqtSignal(np.ndarray, np.ndarray, list) # 原始帧, 检测帧, 检测结果 finished_signal = pyqtSignal() # 线程完成信号 def __init__(self, model, source, conf, iou, parent=None): super().__init__(parent) self.model = model self.source = source self.conf = conf self.iou = iou self.running = True def run(self): try: if isinstance(self.source, int) or self.source.endswith(('.mp4', '.avi', '.mov')): # 视频或摄像头 cap = cv2.VideoCapture(self.source) while self.running and cap.isOpened(): ret, frame = cap.read() if not ret: break # 保存原始帧 original_frame = frame.copy() # 检测 results = self.model(frame, conf=self.conf, iou=self.iou) annotated_frame = results[0].plot() # 提取检测结果 detections = [] for result in results: for box in result.boxes: class_id = int(box.cls) class_name = self.model.names[class_id] confidence = float(box.conf) x, y, w, h = box.xywh[0].tolist() detections.append((class_name, confidence, x, y)) # 发送信号 self.frame_received.emit( cv2.cvtColor(original_frame, cv2.COLOR_BGR2RGB), cv2.cvtColor(annotated_frame, cv2.COLOR_BGR2RGB), detections ) # 控制帧率 time.sleep(0.03) # 约30fps cap.release() else: # 图片 frame = cv2.imread(self.source) if frame is not None: original_frame = frame.copy() results = self.model(frame, conf=self.conf, iou=self.iou) annotated_frame = results[0].plot() # 提取检测结果 detections = [] for result in results: for box in result.boxes: class_id = int(box.cls) class_name = self.model.names[class_id] confidence = float(box.conf) x, y, w, h = box.xywh[0].tolist() detections.append((class_name, confidence, x, y)) self.frame_received.emit( cv2.cvtColor(original_frame, cv2.COLOR_BGR2RGB), cv2.cvtColor(annotated_frame, cv2.COLOR_BGR2RGB), detections ) except Exception as e: print(f"Detection error: {e}") finally: self.finished_signal.emit() def stop(self): self.running = False class MainWindow(UiMainWindow): def __init__(self): super().__init__() # 初始化模型 self.model = None self.detection_thread = None self.current_image = None self.current_result = None self.video_writer = None self.is_camera_running = False self.is_video_running = False self.last_detection_result = None # 新增:保存最后一次检测结果 # 连接按钮信号 self.image_btn.clicked.connect(self.detect_image) self.video_btn.clicked.connect(self.detect_video) self.camera_btn.clicked.connect(self.detect_camera) self.stop_btn.clicked.connect(self.stop_detection) self.save_btn.clicked.connect(self.save_result) # 初始化模型 self.load_model() def load_model(self): try: model_name = self.model_combo.currentText() self.model = YOLOv10(f"{model_name}.pt") # 自动下载或加载本地模型 self.update_status(f"模型 {model_name} 加载成功") except Exception as e: QMessageBox.critical(self, "错误", f"模型加载失败: {str(e)}") self.update_status("模型加载失败") def detect_image(self): if self.detection_thread and self.detection_thread.isRunning(): QMessageBox.warning(self, "警告", "请先停止当前检测任务") return file_path, _ = QFileDialog.getOpenFileName( self, "选择图片", "", "图片文件 (*.jpg *.jpeg *.png *.bmp)") if file_path: self.clear_results() self.current_image = cv2.imread(file_path) self.current_image = cv2.cvtColor(self.current_image, cv2.COLOR_BGR2RGB) self.display_image(self.original_image_label, self.current_image) # 创建检测线程 conf = self.confidence_spinbox.value() iou = self.iou_spinbox.value() self.detection_thread = DetectionThread(self.model, file_path, conf, iou) self.detection_thread.frame_received.connect(self.on_frame_received) self.detection_thread.finished_signal.connect(self.on_detection_finished) self.detection_thread.start() self.update_status(f"正在检测图片: {os.path.basename(file_path)}") def detect_video(self): if self.detection_thread and self.detection_thread.isRunning(): QMessageBox.warning(self, "警告", "请先停止当前检测任务") return file_path, _ = QFileDialog.getOpenFileName( self, "选择视频", "", "视频文件 (*.mp4 *.avi *.mov)") if file_path: self.clear_results() self.is_video_running = True # 初始化视频写入器 cap = cv2.VideoCapture(file_path) frame_width = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH)) frame_height = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT)) fps = cap.get(cv2.CAP_PROP_FPS) cap.release() # 创建保存路径 save_dir = "results" os.makedirs(save_dir, exist_ok=True) timestamp = time.strftime("%Y%m%d_%H%M%S") save_path = os.path.join(save_dir, f"result_{timestamp}.mp4") fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'mp4v') self.video_writer = cv2.VideoWriter(save_path, fourcc, fps, (frame_width, frame_height)) # 创建检测线程 conf = self.confidence_spinbox.value() iou = self.iou_spinbox.value() self.detection_thread = DetectionThread(self.model, file_path, conf, iou) self.detection_thread.frame_received.connect(self.on_frame_received) self.detection_thread.finished_signal.connect(self.on_detection_finished) self.detection_thread.start() self.update_status(f"正在检测视频: {os.path.basename(file_path)}") def detect_camera(self): if self.detection_thread and self.detection_thread.isRunning(): QMessageBox.warning(self, "警告", "请先停止当前检测任务") return self.clear_results() self.is_camera_running = True # 创建检测线程 (默认使用摄像头0) conf = self.confidence_spinbox.value() iou = self.iou_spinbox.value() self.detection_thread = DetectionThread(self.model, 0, conf, iou) self.detection_thread.frame_received.connect(self.on_frame_received) self.detection_thread.finished_signal.connect(self.on_detection_finished) self.detection_thread.start() self.update_status("正在从摄像头检测...") def stop_detection(self): if self.detection_thread and self.detection_thread.isRunning(): self.detection_thread.stop() self.detection_thread.quit() self.detection_thread.wait() if self.video_writer: self.video_writer.release() self.video_writer = None self.is_camera_running = False self.is_video_running = False self.update_status("检测已停止") def on_frame_received(self, original_frame, result_frame, detections): # 更新原始图像和结果图像 self.display_image(self.original_image_label, original_frame) self.display_image(self.result_image_label, result_frame) # 保存当前结果帧用于后续保存 self.last_detection_result = result_frame # 新增:保存检测结果 # 更新表格 self.clear_results() for class_name, confidence, x, y in detections: self.add_detection_result(class_name, confidence, x, y) # 保存视频帧 if self.video_writer: self.video_writer.write(cv2.cvtColor(result_frame, cv2.COLOR_RGB2BGR)) def on_detection_finished(self): if self.video_writer: self.video_writer.release() self.video_writer = None self.update_status("视频检测完成,结果已保存") elif self.is_camera_running: self.update_status("摄像头检测已停止") else: self.update_status("图片检测完成") def save_result(self): if not hasattr(self, 'last_detection_result') or self.last_detection_result is None: QMessageBox.warning(self, "警告", "没有可保存的检测结果") return save_dir = "results" os.makedirs(save_dir, exist_ok=True) timestamp = time.strftime("%Y%m%d_%H%M%S") if self.is_camera_running or self.is_video_running: # 保存当前帧为图片 save_path = os.path.join(save_dir, f"snapshot_{timestamp}.jpg") cv2.imwrite(save_path, cv2.cvtColor(self.last_detection_result, cv2.COLOR_RGB2BGR)) self.update_status(f"截图已保存: {save_path}") else: # 保存图片检测结果 save_path = os.path.join(save_dir, f"result_{timestamp}.jpg") cv2.imwrite(save_path, cv2.cvtColor(self.last_detection_result, cv2.COLOR_RGB2BGR)) self.update_status(f"检测结果已保存: {save_path}") def closeEvent(self, event): self.stop_detection() event.accept() if __name__ == "__main__": app = QApplication(sys.argv) # 设置应用程序样式 app.setStyle("Fusion") # 创建并显示主窗口 window = MainWindow() window.show() sys.exit(app.exec_())

七、项目

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