基于Flask框架和Vue框架搭建一个Web端的深度学习检测系统(从模型训练,界面设计到服务器部署实现一个完整项目实战)

news2024/10/7 16:24:59

从Pytorch框架下YOLOv5的模型训练,到Flask框架的模型加载,再到Vue框架的界面设计到最后的服务器部署。

实验环境

1.Windows10系统
2.编辑器pycharm
3.GPU 1080Ti
4.anaconda虚拟环境安装相应的安装包
5.pytorch版本1.7.1
6.Python3.7.15

实验数据集

在实际场景下采集和标注的草莓果实数据集,如果有需要的可以和本人联系。

YOLOv5模型的训练

目前开源的YOLOv5有很多版本,我这里采用的是YOLOv5 3.0版本
这里需要注意的是训练的模型结构必须与Flask加载的模型结构保持一致。如果尝试改进模型结构需要在后端代码块中相应的位置进行更改。
这里给出YOLOv5 3.0的yolov5s.yaml

# parameters
nc: 2  # number of classes
depth_multiple: 0.67  # model depth multiple
width_multiple: 0.75  # layer channel multiple

# anchors
anchors:
  - [10,13, 16,30, 33,23]  # P3/8
  - [30,61, 62,45, 59,119]  # P4/16
  - [116,90, 156,198, 373,326]  # P5/32

# YOLOv5 backbone
backbone:
  # [from, number, module, args]
  [[-1, 1, Focus, [64, 3]],  # 0-P1/2
   [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],  # 1-P2/4
   [-1, 3, BottleneckCSP, [128]],
   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],  # 3-P3/8
   [-1, 9, BottleneckCSP, [256]],
   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],  # 5-P4/16
   [-1, 9, BottleneckCSP, [512]],
   [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]],  # 7-P5/32
   [-1, 1, SPP, [1024, [5, 9, 13]]],
   [-1, 3, BottleneckCSP, [1024, False]],  # 9
  ]

# YOLOv5 head
head:
  [[-1, 1, Conv, [512, 1, 1]],
   [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']],
   [[-1, 6], 1, Concat, [1]],  # cat backbone P4
   [-1, 3, BottleneckCSP, [512, False]],  # 13

   [-1, 1, Conv, [256, 1, 1]],
   [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']],
   [[-1, 4], 1, Concat, [1]],  # cat backbone P3
   [-1, 3, BottleneckCSP, [256, False]],  # 17 (P3/8-small)

   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
   [[-1, 14], 1, Concat, [1]],  # cat head P4
   [-1, 3, BottleneckCSP, [512, False]],  # 20 (P4/16-medium)

   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
   [[-1, 10], 1, Concat, [1]],  # cat head P5
   [-1, 3, BottleneckCSP, [1024, False]],  # 23 (P5/32-large)

   [[17, 20, 23], 1, Detect, [nc, anchors]],  # Detect(P3, P4, P5)
  ]

YOLOv5如何训练,相关教程很多,不在详述,主要注意与加载模型结构保持一致。

Flask后端加载模型

新建AIDetector_pytorch.py文件。

import torch
import numpy as np
from models.experimental import attempt_load
from utils.general import non_max_suppression, scale_coords, letterbox
from utils.torch_utils import select_device
import cv2
from random import randint


class Detector(object):

    def __init__(self):
        self.img_size = 640
        self.threshold = 0.4
        self.max_frame = 160
        self.init_model()

    def init_model(self):

        self.weights = 'weights/best.pt'#加载模型,注意模型结构一定要与model文件中模型结构代码一致
        self.device = '0' if torch.cuda.is_available() else 'cpu'
        self.device = select_device(self.device)
        model = attempt_load(self.weights, map_location=self.device)
        model.to(self.device).eval()
        model.half()
        # torch.save(model, 'test.pt')
        self.m = model
        self.names = model.module.names if hasattr(
            model, 'module') else model.names
        self.colors = [
            (randint(0, 255), randint(0, 255), randint(0, 255)) for _ in self.names
        ]

    def preprocess(self, img):

        img0 = img.copy()
        img = letterbox(img, new_shape=self.img_size)[0]
        img = img[:, :, ::-1].transpose(2, 0, 1)
        img = np.ascontiguousarray(img)
        img = torch.from_numpy(img).to(self.device)
        img = img.half()  # 半精度
        img /= 255.0  # 图像归一化
        if img.ndimension() == 3:
            img = img.unsqueeze(0)

        return img0, img

    def plot_bboxes(self, image, bboxes, line_thickness=None):
        tl = line_thickness or round(
            0.002 * (image.shape[0] + image.shape[1]) / 2) + 1  # line/font thickness
        for (x1, y1, x2, y2, cls_id, conf) in bboxes:
            color = self.colors[self.names.index(cls_id)]
            c1, c2 = (x1, y1), (x2, y2)
            cv2.rectangle(image, c1, c2, color,
                          thickness=tl, lineType=cv2.LINE_AA)
            tf = max(tl - 1, 1)  # font thickness
            t_size = cv2.getTextSize(
                cls_id, 0, fontScale=tl / 3, thickness=tf)[0]
            c=int(cls_id)
            class_indict = {'0': 'immature', '1': 'Ripe strawberry'}#通过元祖返回检测框的检测结果封装接口
            c2 = c1[0] + t_size[0], c1[1] - t_size[1] - 3
            cv2.rectangle(image, c1, c2, color, -1, cv2.LINE_AA)  # filled
            cv2.putText(image, '{} ID-{:.2f}'.format(class_indict[str(c)], conf), (c1[0], c1[1] - 2), 0, tl / 3,
                        [225, 255, 255], thickness=tf, lineType=cv2.LINE_AA)

        return image

    def detect(self, im):

        im0, img = self.preprocess(im)

        pred = self.m(img, augment=False)[0]
        pred = pred.float()
        pred = non_max_suppression(pred, self.threshold, 0.3)

        pred_boxes = []
        image_info = {}
        count = 0
        for det in pred:
            if det is not None and len(det):
                det[:, :4] = scale_coords(
                    img.shape[2:], det[:, :4], im0.shape).round()

                for *x, conf, cls_id in det:
                    lbl = self.names[int(cls_id)]
                    print(lbl)
                    class_indict = {'0': 'immature', '1': 'Ripe strawberry'}
                    x1, y1 = int(x[0]), int(x[1])
                    x2, y2 = int(x[2]), int(x[3])
                    pred_boxes.append(
                        (x1, y1, x2, y2, lbl, conf))
                    count += 1
                    key = '{}-{:02}'.format(class_indict[str(lbl)], count)
                    image_info[key] = ['{}×{}'.format(
                        x2-x1, y2-y1), np.round(float(conf), 3)]#这里同样是后端检测结果的接口封装

        im = self.plot_bboxes(im, pred_boxes)

        return im, image_info

由于本系统是一个典型的前后端分离的系统,所以需要在后端完成所有的检测,以及相应的接口函数的封装,在上传到前端。
新建app.py进行前后端交互。

import datetime
import logging as rel_log
import os
import shutil
from datetime import timedelta
from flask import *
from processor.AIDetector_pytorch import Detector

import core.main

UPLOAD_FOLDER = r'./uploads'

ALLOWED_EXTENSIONS = set(['png', 'jpg'])
app = Flask(__name__)
app.secret_key = 'secret!'
app.config['UPLOAD_FOLDER'] = UPLOAD_FOLDER

werkzeug_logger = rel_log.getLogger('werkzeug')
werkzeug_logger.setLevel(rel_log.ERROR)

# 解决缓存刷新问题
app.config['SEND_FILE_MAX_AGE_DEFAULT'] = timedelta(seconds=1)


# 添加header解决跨域
@app.after_request
def after_request(response):
    response.headers['Access-Control-Allow-Origin'] = '*'
    response.headers['Access-Control-Allow-Credentials'] = 'true'
    response.headers['Access-Control-Allow-Methods'] = 'POST'
    response.headers['Access-Control-Allow-Headers'] = 'Content-Type, X-Requested-With'
    return response


def allowed_file(filename):
    return '.' in filename and filename.rsplit('.', 1)[1] in ALLOWED_EXTENSIONS


@app.route('/')
def hello_world():
    return redirect(url_for('static', filename='./index.html'))


@app.route('/upload', methods=['GET', 'POST'])
def upload_file():
    file = request.files['file']
    print(datetime.datetime.now(), file.filename)
    if file and allowed_file(file.filename):
        src_path = os.path.join(app.config['UPLOAD_FOLDER'], file.filename)
        file.save(src_path)
        shutil.copy(src_path, './tmp/ct')
        image_path = os.path.join('./tmp/ct', file.filename)
        pid, image_info = core.main.c_main(
            image_path, current_app.model, file.filename.rsplit('.', 1)[1])
        return jsonify({'status': 1,
                        'image_url': 'http://127.0.0.1:5003/tmp/ct/' + pid,
                        'draw_url': 'http://127.0.0.1:5003/tmp/draw/' + pid,
                        'image_info': image_info})

    return jsonify({'status': 0})


@app.route("/download", methods=['GET'])
def download_file():
    # 需要知道2个参数, 第1个参数是本地目录的path, 第2个参数是文件名(带扩展名)
    return send_from_directory('data', 'testfile.zip', as_attachment=True)


# show photo
@app.route('/tmp/<path:file>', methods=['GET'])
def show_photo(file):
    if request.method == 'GET':
        if not file is None:
            image_data = open(f'tmp/{file}', "rb").read()
            response = make_response(image_data)
            response.headers['Content-Type'] = 'image/png'
            return response


if __name__ == '__main__':
    files = [
        'uploads', 'tmp/ct', 'tmp/draw',
        'tmp/image', 'tmp/mask', 'tmp/uploads'
    ]
    for ff in files:
        if not os.path.exists(ff):
            os.makedirs(ff)
    with app.app_context():
        current_app.model = Detector()
    app.run(host='127.0.0.1', port=5003, debug=True)

Vue前端界面设计

本界面设计分为三个部分分别是Header.vue、Footer.vue、以及Content.vue。

Header.vue

<template>
  <div id="Header">
    <div class="top-left-edition">
      <span style="color: #21b3b9; font-weight: bold">
        <i class="el-icon-star-off" style="font-size: 23px"></i
        >草莓成熟检测
      </span>
      <span>
        <i class="el-icon-time" style="font-size: 23px"></i>胡涛、黄琼娇
      </span>
    </div>
    <div id="word">
      <h1>{{ msg }}</h1>
    </div>
  </div>
</template>
<script>
export default {
  name: "Header",
  data() {
    return {
      msg: "草莓表型识别",
      activeIndex: "1",
    };
  },
  methods: {},
};
</script>
<style scoped>
#Header {
  padding: 30px 110px 0 150px;
  width: 90%;
  margin: 10px auto;
}

#word {
  margin-left: 45%;
  margin-top: -35px;
  margin-bottom: 37px;
  height: 60px;
  line-height: 3.2em;
  letter-spacing: 8px;
}

h1 {
  /*text-align: center;*/
  color: #21b3b9;
  letter-spacing: 30px;
  font-size: 2.3em;
}

.el-menu-demo {
  width: 80%;
  margin: 0px auto;
  padding: 0px auto;
}

.top-left-edition span i {
  float: left;
  margin-right: 10px;
}

i,
input,
label {
  vertical-align: middle;
}

i {
  border: 0;
  display: block;
  cursor: pointer;
}

.top-left-edition span {
  float: left;
  font-size: 16px;
  color: #999999;
  line-height: 24px;
  margin-right: 40px;
}
</style>

Footer.vue

<template>
  <div id="Footer">
    <p>{{ msg }}</p>
  </div>
</template>
<script>
export default {
  name: "Footer",
  data() {
    return {
      msg: "Copyright @不要和我港话",
    };
  },
};
</script>
<style scoped>
#Footer {
  /*background:#F2F6FC;*/
  padding: 6px;
  border-radius: 5px;
  width: 80%;
  height: 80px;
  margin: 20px auto;
  margin-top: 140px;
}

p {
  color: #21b3b9;
  text-align: center;
  margin: 30px auto;
  font-size: 1.1em;
}
</style>

服务器部署

1.启动后端代码,在后端代码目录下运行app.py
在这里插入图片描述2.此时后端代码运行成功,再新建terminal在前端代码目录下运行前端代码
注意:后端代码不能关停
运行结果如下
在这里插入图片描述

部署效果

在浏览器中打开生成的网址
在这里插入图片描述
这里根据需要可以对界面进行简单改动和设计(可以根据自己的喜好),本项目是对草莓的叶子、花朵和果实进行检测,因此设计了三个界面。下面展示识别结果。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述最左侧设计一个回到主菜单的按钮;中间的曲线图是草莓生长周期曲线,并且统计检测结果;最右侧是识别结果以及相应的类别、检测框的尺寸和置信度。

总结

回顾一下本项目的完整实现步骤:
1.配置相应训练环境,安装必要的安装包以及npm;
2.整理草莓叶子、花朵、果实数据集,以及无人机拍摄的数据集,进行人工标注;
3.采用YOLO网络训练模型(可以选择任意版本的网络结构,但是需要在本代码中进行相应更改);
4.模型训练完成在后端加载,所有检测识别结果在后端检测完成,然后上传到前端(前端界面也可以进行任意的设计);
最后有需要完完整代码和数据集,可以加微信号wxid_cn1zsaudo0pn22付费获取,也可以一起交流。
在这里插入图片描述

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