YOLO检测环境安装配置

news2024/11/15 19:31:30

YOLO介绍

YOLO学习手册：YOLO教程

YOLO [ˈjoʊloʊ]（You Only Look Once）是一种快速而准确的目标检测算法，由Joseph Redmon等人在2016年提出。YOLO被广泛应用于计算机视觉领域，包括实时视频分析、自动驾驶、安防监控、智能交通、缺陷检测等。与传统的目标检测方法不同，YOLO将目标检测问题视为一个单一的回归问题，从输入图像的像素到输出的边界框和类别。

在YOLO诞生之前，目标检测领域热门的深度学习模型是R-CNN系列模型，称之为二阶段模型（two-stage），其大致思路是先找出可能含有物体的区域，进而再找出这片区域内的物体是什么，在哪个位置。这类模型的特点是准确率较高，但是速度较慢，难以做到实时检测。

YOLO版本特点

YOLO算法自推出以来，经过了多个版本的更新，每个版本都带来了不同的改进和优化。以下是各主要版本的改进功能：

YOLO v1

YOLO v1是在2016年提出的，首次将目标检测任务简化为一个单一的回归问题。
单阶段检测：使用一个单一的卷积神经网络（CNN）在一次前向传播中完成目标检测。
速度快：具有较高的检测速度，能够实现实时检测。

YOLO v2 (YOLO9000)

改进特征提取网络：使用Darknet-19作为特征提取网络，提升模型的特征提取能力。
Batch Normalization：引入了批量归一化，提升了模型的稳定性和收敛速度。
高分辨率分类器：在分类任务中使用高分辨率图像进行训练，提升了特征提取的细节能力。
多尺度训练：在训练过程中随机改变输入图像的分辨率，提高了模型对不同尺度目标的适应性。
使用Anchor Boxes：引入了先验框（anchor boxes），提高检测精度，特别是对小目标。

YOLO v3

改进特征提取网络：使用了Darknet-53作为特征提取网络，提高了模型的表现力。
多尺度预测：在不同的特征层上进行目标预测，能够更好地处理不同尺度的目标。
改进Anchor Boxes：对anchor boxes进行了重新设计和优化，进一步提升了检测精度。
分类损失函数：采用了二元交叉熵损失函数，提高了分类的鲁棒性。

YOLO v4

改进特征提取网络：使用了CSPDarknet53，结合了跨阶段部分网络（CSPNet），减少了计算量并提高了准确性。
Bag of Freebies和Bag of Specials：通过引入各种训练技巧（如Mosaic数据增强、Self-Adversarial Training）和推理技巧（如Mish激活函数、CIOU损失函数），提升了模型性能。
改进的Post-Processing：引入了DIoU-NMS，减少了非极大值抑制（NMS）过程中对目标框的误删。

YOLO v5

PyTorch实现：YOLO v5由Ultralytics发布，基于PyTorch实现，简化训练和部署流程。
轻量化和模块化设计：提供多种模型规模（如YOLOv5s、YOLOv5m、YOLOv5l、YOLOv5x），适应不同的应用需求。
自动锚点生成：引入了自动锚点生成机制，进一步优化了anchor boxes。
高效的数据增强：包括Mosaic、MixUp等数据增强技术，提升了模型的鲁棒性。

YOLO v6

2022 年由美团开源，目前已用于该公司的许多自主配送机器人。
更高效的架构：引入了更高效的特征提取网络和优化的检测头，进一步提升了检测速度和精度。
改进的训练策略：包括更高效的学习率调度、数据增强和损失函数优化。
更强的泛化能力：在不同数据集上的表现更加稳定和优异。

YOLO v7

优化网络结构：进一步优化网络结构，使得模型在保证精度的同时提高了推理速度。
更好的多尺度检测：改进了多尺度检测策略，提高了对小目标和大目标的检测精度。
集成更多特性：结合了YOLO v4和v5中的许多先进技术，进一步提升了整体性能。

YOLO v8

YOLOv8 支持全方位的视觉 AI 任务，包括检测、分割、姿态估计、跟踪和分类。

YOLO v9

引入了可编程梯度信息 (PGI) 和通用高效层聚合网络 (GELAN) 等创新方法。

YOLO运行环境

YOLO搭建实例：YOLO教程

YOLO依赖python和pytorch，可跨平台运行，由于网络环境等原因，尽量使用国内镜像或离线方式安装。

安装Python3

下载Python安装包并安装Python环境。Python官网：https://www.python.org/

安装Pytorch

PyTorch是一个开源的深度学习框架，该框架由Facebook人工智能研究院开发，底层基于Torch，但实现与运用全部是由Python来完成。 PyTorch官网：https://pytorch.org

如果显卡不支持CUDA，选择CPU版本，生成在线安装命令(需联网下载)：
conda install pytorch torchvision torchaudio cpuonly -c pytorch

安装完成后，运行python程序验证是否成功

import torch

print(torch.__version__)
print(torch.cuda.is_available())

下载YOLO

以YOLOv5为例，YOLO下载地址：https://github.com/ultralytics/yolov5/archive/refs/tags/v7.0.zip

目录结构：
data: 数据集相关，包括训练集、验证集和测试集的配置信息，以及数据增强脚本等。
models: 预训练模型和自定义模型文件，包括权重文件和配置文件等。
utils: 工具函数库，包含一些辅助函数，例如数据处理、可视化和模型评估等。
train.py: 训练脚本，用于启动训练过程。
detect.py: 检测脚本，用于使用训练好的模型进行目标检测。
val.py: 验证脚本，用于评估模型在验证集上的性能。
export.py: 导出脚本，用于将训练好的模型导出为其他格式，例如 ONNX 或 TensorRT。
requirements.txt: 项目依赖库列表。
README.md: 项目说明文档。

安装YOLO依赖包：pip install -r requirements.txt

检测图片

YOLO目录自带2张图片，可以直接运行检测程序：python detect.py

检测视频

指定视频文件作为输入源，如下命令检测视频目标物：
python detect.py --source ./data/video/test.mp4

以上是使用YOLO自带模型和图片，运行比较容易。在实际应用中，需要针对场景和目标物，整理自己的数据和训练模型，还是比较花时间的。如何训练模型和指定目标物，可参考YOLO学习手册：YOLO教程

YOLO应用前景

YOLO有一些限制和局限性，需要针对不同的应用场景选取合适的算法。随着计算机视觉和人工智能技术的不断发展，YOLO 检测技术有望得到广泛应用。对于自动驾驶、安防监控、智能交通等领域，YOLO 的快速准确的目标检测能力将发挥重要作用。同时，随着硬件性能的提升和算法优化的不断完善，YOLO 算法的性能和效果也将不断提升，为各种实时场景下的目标检测任务提供更好的解决方案。

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