助力森林火情烟雾检测预警,基于YOLOv5全系列模型[n/s/m/l/x]开发构建无人机航拍场景下的森林火情检测识别系统

news2024/10/5 19:09:25

森林防火一直是非常重要的事情,火情的早发现早预警就能及早扑灭,对社会安全有着重要的意义,近些年来随着AI技术的快速发展,AI与各行各业有了很多成功的合作案例,这里主要的思想就是在无人机航拍视角的场景构想下开发构建森林火情检测预警系统,首先来看下效果图:

接下来来简单看下数据集情况:

主要是来源于森林火防场景。

本文主要的目的是想要对比在森林火防场景下,原生模型不同参数量级下的性能差异,一共包含三种检测目标,分比为:火点、烟雾和黑烟。

接下来看下模型配置:
【n】

# YOLOv5 🚀 by Ultralytics, GPL-3.0 license

# Parameters
nc: 3  # number of classes
depth_multiple: 0.33  # model depth multiple
width_multiple: 0.25  # layer channel multiple
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 v6.0 backbone
backbone:
  # [from, number, module, args]
  [[-1, 1, Conv, [64, 6, 2, 2]],  # 0-P1/2
   [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],  # 1-P2/4
   [-1, 3, C3, [128]],
   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],  # 3-P3/8
   [-1, 6, C3, [256]],
   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],  # 5-P4/16
   [-1, 9, C3, [512]],
   [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]],  # 7-P5/32
   [-1, 3, C3, [1024]],
   [-1, 1, SPPF, [1024, 5]],  # 9
  ]

# YOLOv5 v6.0 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, C3, [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, C3, [256, False]],  # 17 (P3/8-small)

   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
   [[-1, 14], 1, Concat, [1]],  # cat head P4
   [-1, 3, C3, [512, False]],  # 20 (P4/16-medium)

   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
   [[-1, 10], 1, Concat, [1]],  # cat head P5
   [-1, 3, C3, [1024, False]],  # 23 (P5/32-large)

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

【s】

# YOLOv5 🚀 by Ultralytics, GPL-3.0 license

# Parameters
nc: 3  # number of classes
depth_multiple: 0.33  # model depth multiple
width_multiple: 0.50  # layer channel multiple
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 v6.0 backbone
backbone:
  # [from, number, module, args]
  [[-1, 1, Conv, [64, 6, 2, 2]],  # 0-P1/2
   [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],  # 1-P2/4
   [-1, 3, C3, [128]],
   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],  # 3-P3/8
   [-1, 6, C3, [256]],
   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],  # 5-P4/16
   [-1, 9, C3, [512]],
   [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]],  # 7-P5/32
   [-1, 3, C3, [1024]],
   [-1, 1, SPPF, [1024, 5]],  # 9
  ]

# YOLOv5 v6.0 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, C3, [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, C3, [256, False]],  # 17 (P3/8-small)

   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
   [[-1, 14], 1, Concat, [1]],  # cat head P4
   [-1, 3, C3, [512, False]],  # 20 (P4/16-medium)

   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
   [[-1, 10], 1, Concat, [1]],  # cat head P5
   [-1, 3, C3, [1024, False]],  # 23 (P5/32-large)

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

【m】

# YOLOv5 🚀 by Ultralytics, GPL-3.0 license

# Parameters
nc: 3  # number of classes
depth_multiple: 0.67  # model depth multiple
width_multiple: 0.75  # layer channel multiple
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 v6.0 backbone
backbone:
  # [from, number, module, args]
  [[-1, 1, Conv, [64, 6, 2, 2]],  # 0-P1/2
   [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],  # 1-P2/4
   [-1, 3, C3, [128]],
   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],  # 3-P3/8
   [-1, 6, C3, [256]],
   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],  # 5-P4/16
   [-1, 9, C3, [512]],
   [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]],  # 7-P5/32
   [-1, 3, C3, [1024]],
   [-1, 1, SPPF, [1024, 5]],  # 9
  ]

# YOLOv5 v6.0 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, C3, [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, C3, [256, False]],  # 17 (P3/8-small)

   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
   [[-1, 14], 1, Concat, [1]],  # cat head P4
   [-1, 3, C3, [512, False]],  # 20 (P4/16-medium)

   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
   [[-1, 10], 1, Concat, [1]],  # cat head P5
   [-1, 3, C3, [1024, False]],  # 23 (P5/32-large)

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

【l】

# YOLOv5 🚀 by Ultralytics, GPL-3.0 license

# Parameters
nc: 3  # number of classes
depth_multiple: 1.0  # model depth multiple
width_multiple: 1.0  # layer channel multiple
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 v6.0 backbone
backbone:
  # [from, number, module, args]
  [[-1, 1, Conv, [64, 6, 2, 2]],  # 0-P1/2
   [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],  # 1-P2/4
   [-1, 3, C3, [128]],
   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],  # 3-P3/8
   [-1, 6, C3, [256]],
   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],  # 5-P4/16
   [-1, 9, C3, [512]],
   [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]],  # 7-P5/32
   [-1, 3, C3, [1024]],
   [-1, 1, SPPF, [1024, 5]],  # 9
  ]

# YOLOv5 v6.0 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, C3, [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, C3, [256, False]],  # 17 (P3/8-small)

   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
   [[-1, 14], 1, Concat, [1]],  # cat head P4
   [-1, 3, C3, [512, False]],  # 20 (P4/16-medium)

   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
   [[-1, 10], 1, Concat, [1]],  # cat head P5
   [-1, 3, C3, [1024, False]],  # 23 (P5/32-large)

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

【x】

# YOLOv5 🚀 by Ultralytics, GPL-3.0 license

# Parameters
nc: 3  # number of classes
depth_multiple: 1.33  # model depth multiple
width_multiple: 1.25  # layer channel multiple
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 v6.0 backbone
backbone:
  # [from, number, module, args]
  [[-1, 1, Conv, [64, 6, 2, 2]],  # 0-P1/2
   [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]],  # 1-P2/4
   [-1, 3, C3, [128]],
   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],  # 3-P3/8
   [-1, 6, C3, [256]],
   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],  # 5-P4/16
   [-1, 9, C3, [512]],
   [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]],  # 7-P5/32
   [-1, 3, C3, [1024]],
   [-1, 1, SPPF, [1024, 5]],  # 9
  ]

# YOLOv5 v6.0 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, C3, [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, C3, [256, False]],  # 17 (P3/8-small)

   [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]],
   [[-1, 14], 1, Concat, [1]],  # cat head P4
   [-1, 3, C3, [512, False]],  # 20 (P4/16-medium)

   [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]],
   [[-1, 10], 1, Concat, [1]],  # cat head P5
   [-1, 3, C3, [1024, False]],  # 23 (P5/32-large)

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

所有的训练参数均保持完全一致,命令如下:

#yolov5n
python train.py --cfg models/yolov5n.yaml --weights weights/yolov5n.pt --name yolov5n --epochs 100 --batch-size 32 --img-size 640 --data data/self.yaml

#yolov5s
python train.py --cfg models/yolov5s.yaml --weights weights/yolov5s.pt --name yolov5s --epochs 100 --batch-size 32 --img-size 640 --data data/self.yaml

#yolov5m
python train.py --cfg models/yolov5m.yaml --weights weights/yolov5m.pt --name yolov5m --epochs 100 --batch-size 32 --img-size 640 --data data/self.yaml

#yolov5l
python train.py --cfg models/yolov5l.yaml --weights weights/yolov5l.pt --name yolov5l --epochs 100 --batch-size 32 --img-size 640 --data data/self.yaml

#yolov5x
python train.py --cfg models/yolov5x.yaml --weights weights/yolov5x.pt --name yolov5x --epochs 100 --batch-size 32 --img-size 640 --data data/self.yaml

等待漫长的训练过程结束后,我们来整体对比下不同参数量级模型的性能指标,如下所示:

【Precision曲线】
精确率曲线(Precision-Recall Curve)是一种用于评估二分类模型在不同阈值下的精确率性能的可视化工具。它通过绘制不同阈值下的精确率和召回率之间的关系图来帮助我们了解模型在不同阈值下的表现。
精确率(Precision)是指被正确预测为正例的样本数占所有预测为正例的样本数的比例。召回率(Recall)是指被正确预测为正例的样本数占所有实际为正例的样本数的比例。
绘制精确率曲线的步骤如下:
使用不同的阈值将预测概率转换为二进制类别标签。通常,当预测概率大于阈值时,样本被分类为正例,否则分类为负例。
对于每个阈值,计算相应的精确率和召回率。
将每个阈值下的精确率和召回率绘制在同一个图表上,形成精确率曲线。
根据精确率曲线的形状和变化趋势,可以选择适当的阈值以达到所需的性能要求。
通过观察精确率曲线,我们可以根据需求确定最佳的阈值,以平衡精确率和召回率。较高的精确率意味着较少的误报,而较高的召回率则表示较少的漏报。根据具体的业务需求和成本权衡,可以在曲线上选择合适的操作点或阈值。
精确率曲线通常与召回率曲线(Recall Curve)一起使用,以提供更全面的分类器性能分析,并帮助评估和比较不同模型的性能。


【Recall曲线】
召回率曲线(Recall Curve)是一种用于评估二分类模型在不同阈值下的召回率性能的可视化工具。它通过绘制不同阈值下的召回率和对应的精确率之间的关系图来帮助我们了解模型在不同阈值下的表现。
召回率(Recall)是指被正确预测为正例的样本数占所有实际为正例的样本数的比例。召回率也被称为灵敏度(Sensitivity)或真正例率(True Positive Rate)。
绘制召回率曲线的步骤如下:
使用不同的阈值将预测概率转换为二进制类别标签。通常,当预测概率大于阈值时,样本被分类为正例,否则分类为负例。
对于每个阈值,计算相应的召回率和对应的精确率。
将每个阈值下的召回率和精确率绘制在同一个图表上,形成召回率曲线。
根据召回率曲线的形状和变化趋势,可以选择适当的阈值以达到所需的性能要求。
通过观察召回率曲线,我们可以根据需求确定最佳的阈值,以平衡召回率和精确率。较高的召回率表示较少的漏报,而较高的精确率意味着较少的误报。根据具体的业务需求和成本权衡,可以在曲线上选择合适的操作点或阈值。
召回率曲线通常与精确率曲线(Precision Curve)一起使用,以提供更全面的分类器性能分析,并帮助评估和比较不同模型的性能。


【F1值曲线】
F1值曲线是一种用于评估二分类模型在不同阈值下的性能的可视化工具。它通过绘制不同阈值下的精确率(Precision)、召回率(Recall)和F1分数的关系图来帮助我们理解模型的整体性能。
F1分数是精确率和召回率的调和平均值,它综合考虑了两者的性能指标。F1值曲线可以帮助我们确定在不同精确率和召回率之间找到一个平衡点,以选择最佳的阈值。
绘制F1值曲线的步骤如下:
使用不同的阈值将预测概率转换为二进制类别标签。通常,当预测概率大于阈值时,样本被分类为正例,否则分类为负例。
对于每个阈值,计算相应的精确率、召回率和F1分数。
将每个阈值下的精确率、召回率和F1分数绘制在同一个图表上,形成F1值曲线。
根据F1值曲线的形状和变化趋势,可以选择适当的阈值以达到所需的性能要求。
F1值曲线通常与接收者操作特征曲线(ROC曲线)一起使用,以帮助评估和比较不同模型的性能。它们提供了更全面的分类器性能分析,可以根据具体应用场景来选择合适的模型和阈值设置。

【loss对比曲线】

结果上直观来看:x系列的模型性能是最优的。l系列模型和m系列模型差异不大,而n系列模型效果则最次,这个跟模型参数量级关系是比较大的。

后续实际项目应用的时候还要进一步根据实际硬件的情况来综合考虑,可以结合我前文的剪枝操作来在保持精度的前提下尽可能地提升推理速度。感兴趣的话可以自行移步阅读即可。

《pruning剪枝+distillation蒸馏实现对YOLOv5轻量化处理,以n/m/s三款不同参数量级模型为基准开发构建茶叶嫩芽检测模型,探索分析不同剪枝水平下对模型性能的影响》

《基于YOLOv5n/s/m不同参数量级模型开发构建茶叶嫩芽检测识别模型,使用pruning剪枝技术来对模型进行轻量化处理,探索不同剪枝水平下模型性能影响》

《基于YOLOv5n/s/m不同参数量级模型开发构建茶叶嫩芽检测识别模型,使用pruning剪枝技术来对模型进行轻量化处理,探索不同剪枝水平下模型性能影响【续】》

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近来&#xff0c;部分ANSI/UL标准&#xff08;如UL1082、UL982、UL1026、UL1081等&#xff09;对含有纽扣锂电池的产品新增了UL4200A的要求。对于具体生效日期&#xff0c;请注意后续各终端产品标准新版本更新通告。 1. 适用产品 安装有直径 ≤32mm&#xff0c;且直径大于高度的…

如何在不重新安装的情况下将操作系统迁移到新硬盘?

通常情况下&#xff0c;当你的硬盘损坏或文件过多时&#xff0c;电脑会变得缓慢且卡顿。这时&#xff0c;你可能会被建议更换为一块更好的新硬盘。 ​ 在比较HDD和SSD之后&#xff0c;许多用户更愿意选择SSD作为他们的新硬盘&#xff0c;因为SSD比HDD更稳定且运行更安…