【深度学习目标检测】十五、基于深度学习的口罩检测系统-含GUI和源码（python，yolov8）

YOLOv8是一种物体检测算法，是YOLO系列算法的最新版本。

YOLO（You Only Look Once）是一种实时物体检测算法，其优势在于快速且准确的检测结果。YOLOv8在之前的版本基础上进行了一系列改进和优化，提高了检测速度和准确性。

YOLOv8采用了Darknet-53作为其基础网络架构。Darknet-53是一个53层的卷积神经网络，用于提取图像特征。与传统的卷积神经网络相比，Darknet-53具有更深的网络结构和更多的卷积层，可以更好地捕捉图像中的细节和语义信息。

在YOLOv8中，还使用了一些技术来提高检测性能。首先是使用了多尺度检测。YOLOv8在不同的尺度上检测物体，这样可以更好地处理物体的大小变化和远近距离差异。其次是利用了FPN（Feature Pyramid Network）结构来提取多尺度特征。FPN可以将不同层级的特征图进行融合，使得算法对不同大小的物体都有较好的适应性。

此外，YOLOv8还利用了一种称为CSPDarknet的网络结构来减少计算量。CSPDarknet使用了CSP（Cross Stage Partial）结构，在网络的前向和后向传播过程中进行特征融合，从而减少了网络的参数量和计算量。

在训练阶段，YOLOv8使用了一种称为CutMix的数据增强技术。CutMix将不同图像的一部分进行混合，从而增加了数据的多样性和鲁棒性。

总而言之，YOLOv8是一种快速而准确的物体检测算法，它通过引入Darknet-53网络、多尺度检测、FPN结构、CSPDarknet结构和CutMix数据增强等技术，实现了对不同大小和距离的物体进行快速、准确的检测。

本文介绍了基于深度学习yolov8的口罩检测系统，包括训练过程和数据准备过程，同时提供了推理的代码和GUI。对准备计算机视觉相关的毕业设计的同学有着一定的帮助。

检测结果如下图：

一、安装YoloV8

yolov8官方文档：主页 - Ultralytics YOLOv8 文档

安装部分参考：官方安装教程

二、数据集准备

本文使用的数据集来自口罩佩戴数据集，该数据集是戴各种口罩的人和不戴口罩的人的物体检测数据集。这些图像最初由台湾伊甸社会福利基金会的 Cheng Hsun Teng 收集，并由 Roboflow 团队重新标记。数据集图片如下：

该数据集包含105个训练数据，29个验证数据，15个测试数据，共包含2个类别：佩戴口罩和不佩戴口罩，原有的数据集是VOC格式，命名比较混乱，本文提供整理后的口罩数据集，包含VOC/COCO/yolov8格式。

三、模型训练

1、数据集配置文件

在ultralytics/ultralytics/cfg/datasets目录下添加mask.yaml，添加以下内容（path修改为自己的路径）：

# Ultralytics YOLO 🚀, AGPL-3.0 license
# COCO 2017 dataset http://cocodataset.org by Microsoft
# Example usage: yolo train data=coco.yaml
# parent
# ├── ultralytics
# └── datasets
#     └── coco  ← downloads here (20.1 GB)
 
 
# Train/val/test sets as 1) dir: path/to/imgs, 2) file: path/to/imgs.txt, or 3) list: [path/to/imgs1, path/to/imgs2, ..]
path: datasets/mask_det/mask-yolov8  # 替换为自己的路径
train: images/train 
val: images/val  
test: images/test 
 
# Classes
names:
  # 0: normal
  0: mask
  1: no_mask

2、修改模型配置文件

新建ultralytics/cfg/models/mask/yolov8_mask.yaml ，添加以下内容：，添加以下内容：

# Ultralytics YOLO 🚀, AGPL-3.0 license
# YOLOv8 object detection model with P3-P5 outputs. For Usage examples see https://docs.ultralytics.com/tasks/detect

# Parameters
nc: 2  # number of classes
scales: # model compound scaling constants, i.e. 'model=yolov8n.yaml' will call yolov8.yaml with scale 'n'
  # [depth, width, max_channels]
  n: [0.33, 0.25, 1024]  # YOLOv8n summary: 225 layers,  3157200 parameters,  3157184 gradients,   8.9 GFLOPs
  s: [0.33, 0.50, 1024]  # YOLOv8s summary: 225 layers, 11166560 parameters, 11166544 gradients,  28.8 GFLOPs
  m: [0.67, 0.75, 768]   # YOLOv8m summary: 295 layers, 25902640 parameters, 25902624 gradients,  79.3 GFLOPs
  l: [1.00, 1.00, 512]   # YOLOv8l summary: 365 layers, 43691520 parameters, 43691504 gradients, 165.7 GFLOPs
  x: [1.00, 1.25, 512]   # YOLOv8x summary: 365 layers, 68229648 parameters, 68229632 gradients, 258.5 GFLOPs

# YOLOv8.0n backbone
backbone:
  # [from, repeats, module, args]
  - [-1, 1, Conv, [64, 3, 2]]  # 0-P1/2
  - [-1, 1, Conv, [128, 3, 2]]  # 1-P2/4
  - [-1, 3, C2f, [128, True]]
  - [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]]  # 3-P3/8
  - [-1, 6, C2f, [256, True]]
  - [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]]  # 5-P4/16
  - [-1, 6, C2f, [512, True]]
  - [-1, 1, Conv, [1024, 3, 2]]  # 7-P5/32
  - [-1, 3, C2f, [1024, True]]
  - [-1, 1, SPPF, [1024, 5]]  # 9

# YOLOv8.0n head
head:
  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']]
  - [[-1, 6], 1, Concat, [1]]  # cat backbone P4
  - [-1, 3, C2f, [512]]  # 12

  - [-1, 1, nn.Upsample, [None, 2, 'nearest']]
  - [[-1, 4], 1, Concat, [1]]  # cat backbone P3
  - [-1, 3, C2f, [256]]  # 15 (P3/8-small)

  - [-1, 1, Conv, [256, 3, 2]]
  - [[-1, 12], 1, Concat, [1]]  # cat head P4
  - [-1, 3, C2f, [512]]  # 18 (P4/16-medium)

  - [-1, 1, Conv, [512, 3, 2]]
  - [[-1, 9], 1, Concat, [1]]  # cat head P5
  - [-1, 3, C2f, [1024]]  # 21 (P5/32-large)

  - [[15, 18, 21], 1, Detect, [nc]]  # Detect(P3, P4, P5)

3、训练模型

使用如下命令训练模型，相关路径更改为自己的路径，建议绝对路径：

yolo detect train project=deploy name=yolov8_mask exist_ok=True optimizer=auto val=True amp=True epochs=100  imgsz=640 model=ultralytics/ultralytics/cfg/models/mask/yolov8_mask.yaml  data=ultralytics/ultralytics/cfg/datasets/mask.yaml

4、验证模型

使用如下命令验证模型，相关路径根据需要修改：

yolo detect val imgsz=640 model=deploy/yolov8_mask/weights/best.pt data=ultralytics/ultralytics/cfg/datasets/mask.yaml

其精度如下：

Ultralytics YOLOv8.1.0 🚀 Python-3.9.18 torch-2.1.0+cu118 CUDA:0 (NVIDIA GeForce RTX 4090, 24210MiB)
YOLOv8_mask summary (fused): 168 layers, 3006038 parameters, 0 gradients, 8.1 GFLOPs
val: Scanning /home/yq/aitools/datasets/mask_det/mask-yolov8/labels/val.cache... 29 images, 0 backgrounds, 0 corrupt: 100%|█████████
                 Class     Images  Instances      Box(P          R      mAP50  mAP50-95): 100%|██████████| 2/2 [00:01<00:00,  1.48it
                   all         29        162      0.715      0.592       0.62      0.334
                  mask         29        142      0.807       0.69      0.775      0.427
               no_mask         29         20      0.622      0.495      0.465      0.241
Speed: 0.7ms preprocess, 29.6ms inference, 0.0ms loss, 0.5ms postprocess per image
Results saved to /home/yq/ultralytics/runs/detect/val16
💡 Learn more at https://docs.ultralytics.com/modes/val

四、推理

训练好了模型，可以使用如下代码实现推理，将权重放到同级目录：

from PIL import Image
from ultralytics import YOLO
 
# 加载预训练的YOLOv8n模型
model = YOLO('best.pt')
 
image_path = 'test.jpg'
results = model(image_path)  # 结果列表
 
# 展示结果
for r in results:
    im_array = r.plot()  # 绘制包含预测结果的BGR numpy数组
    im = Image.fromarray(im_array[..., ::-1])  # RGB PIL图像
    im.show()  # 显示图像
    im.save('results.jpg')  # 保存图像