【开源】轻松实现车牌检测与识别：yolov8+paddleocr【python源码+数据集】

阿_旭2024-01-11 13:56

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一、AI应用软件开发实战专栏【链接】

项目名称 项目名称
1.【人脸识别与管理系统开发】 2.【车牌识别与自动收费管理系统开发】
3.【手势识别系统开发】 4.【人脸面部活体检测系统开发】
5.【图片风格快速迁移软件开发】 6.【人脸表表情识别系统】
7.【YOLOv8多目标识别与自动标注软件开发】 8.【基于YOLOv8深度学习的行人跌倒检测系统】
9.【基于YOLOv8深度学习的PCB板缺陷检测系统】 10.【基于YOLOv8深度学习的生活垃圾分类目标检测系统】
11.【基于YOLOv8深度学习的安全帽目标检测系统】 12.【基于YOLOv8深度学习的120种犬类检测与识别系统】
13.【基于YOLOv8深度学习的路面坑洞检测系统】 14.【基于YOLOv8深度学习的火焰烟雾检测系统】
15.【基于YOLOv8深度学习的钢材表面缺陷检测系统】 16.【基于YOLOv8深度学习的舰船目标分类检测系统】
17.【基于YOLOv8深度学习的西红柿成熟度检测系统】 18.【基于YOLOv8深度学习的血细胞检测与计数系统】
19.【基于YOLOv8深度学习的吸烟/抽烟行为检测系统】 20.【基于YOLOv8深度学习的水稻害虫检测与识别系统】
21.【基于YOLOv8深度学习的高精度车辆行人检测与计数系统】 22.【基于YOLOv8深度学习的路面标志线检测与识别系统】
22.【基于YOLOv8深度学习的智能小麦害虫检测识别系统】 23.【基于YOLOv8深度学习的智能玉米害虫检测识别系统】
24.【基于YOLOv8深度学习的200种鸟类智能检测与识别系统】 25.【基于YOLOv8深度学习的45种交通标志智能检测与识别系统】
26.【基于YOLOv8深度学习的人脸面部表情识别系统】

二、机器学习实战专栏【链接】 ，已更新31期，欢迎关注，持续更新中~~
三、深度学习【Pytorch】专栏【链接】
四、【Stable Diffusion绘画系列】专栏【链接】

《------正文------》

实现效果

文章目录

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前言

车牌识别在我们实际生活中十分常见，本文主要介绍一种基于YOLOv8目标检测与PaddleOcr进行车牌识别的实现方法。本文提供了完整的数据集和代码，完全免费,供小伙伴们学习参考。感兴趣的小伙伴们学习参考。

要进行车牌识别，主要分为两步。
第一步：进行车辆车牌位置的检测，本文是使用yolov8训练一个车牌检测模型来进行车牌检测，精度为0.99；
第二步：对第一步检测出的车牌进行识别，直接使用的是PaddleOCR对于车牌进行识别。

下面对这些内容进行详细介绍

1.第一步：车牌检测

本文主要基于yolov8训练了一个车牌检测模型，用于进行车牌位置的检测，主要步骤如下：

1.1 yolov8环境配置

pip install ultralytics -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

yolov8源码地址：https://github.com/ultralytics/ultralytics

1.2 数据集准备与处理

本文训练模型使用的数据集为CPDD2020数据集。
数据集下载地址：https://github.com/detectRecog/CCPD

CCPD是一个大型的、多样化的、经过仔细标注的中国城市车牌开源数据集。CCPD数据集主要分为CCPD2019数据集和CCPD2020(CCPD-Green)数据集。CCPD2019数据集车牌类型仅有普通车牌(蓝色车牌)，CCPD2020数据集车牌类型仅有新能源车牌(绿色车牌)。

在CCPD数据集中，每张图片仅包含一张车牌，车牌的车牌省份主要为皖。CCPD中的每幅图像都包含大量的标注信息，但是CCPD数据集没有专门的标注文件，每张图像的文件名就是该图像对应的数据标注。

标注最困难的部分是注释四个顶点的位置。为了完成这项任务，数据发布者首先在10k图像上手动标记四个顶点的位置。然后设计了一个基于深度学习的检测模型，在对该网络进行良好训练后，对每幅图像的四个顶点位置进行自动标注。最后，数据发布者雇用了7名兼职工人在两周内纠正这些标注。CCPD提供了超过250k个独特的车牌图像和详细的注释。每张图像的分辨率为720(宽度)× 1160(高)× 3(通道)。实际上，这种分辨率足以保证每张图像中的车牌清晰可辨，但是该数据有些图片标注可能不准。不过总的来说CCPD数据集非常推荐研究车牌识别算法的人员学习使用。

CPDD2020数据集一共包含11774张新能源汽车的车牌数据。部分图片如下：

数据集中图片的命名规则如下：
图片命名："025-95_113-154&383_386&473-386&473_177&454_154&383_363&402-0_0_22_27_27_33_16-37-15.jpg"

解释：

1. 025：车牌区域占整个画面的比例；
2. 95_113： 车牌水平和垂直角度, 水平95°, 竖直113°
3. 154&383_386&473：标注框左上、右下坐标，左上(154, 383), 右下(386, 473)
4. 86&473_177&454_154&383_363&402：标注框四个角点坐标，顺序为右下、左下、左上、右上
5. 0_0_22_27_27_33_16：车牌号码映射关系如下: 第一个0为省份 对应省份字典provinces中的'皖',；第二个0是该车所在地的地市一级代码，对应地市一级代码字典alphabets的'A'；后5位为字母和文字, 查看车牌号ads字典，如22为Y，27为3，33为9，16为S，最终车牌号码为皖AY339S

省份：["皖", "沪", "津", "渝", "冀", "晋", "蒙", "辽", "吉", "黑", "苏", "浙", "京", "闽", "赣",

"鲁", "豫", "鄂", "湘", "粤", "桂", "琼", "川", "贵", "云", "藏", "陕", "甘", "青", "宁",

"新"]

地市：['A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'J', 'K', 'L', 'M', 'N', 'P', 'Q',

'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W','X', 'Y', 'Z']

车牌字典：['A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F', 'G', 'H', 'J', 'K', 'L', 'M', 'N', 'P',

'Q', 'R', 'S', 'T', 'U', 'V', 'W', 'X','Y', 'Z', '0', '1', '2', '3', '4', '5',

'6', '7', '8', '9']

制作车牌检测数据集：

这个数据集的检测和识别标签都在图片名中，可以直接通过上述图片的命名规则，从图片读取出来，再写入txt文件中即可。代码如下：

python 复制代码 
import shutil
import cv2
import os

def txt_translate(path, txt_path):
    print(path)
    print(txt_path)
    for filename in os.listdir(path):
        # print(filename)

        list1 = filename.split("-", 3)  # 第一次分割，以减号'-'做分割
        subname = list1[2]
        list2 = filename.split(".", 1)
        subname1 = list2[1]
        if subname1 == 'txt':
            continue
        lt, rb = subname.split("_", 1)  # 第二次分割，以下划线'_'做分割
        lx, ly = lt.split("&", 1)
        rx, ry = rb.split("&", 1)
        width = int(rx) - int(lx)
        height = int(ry) - int(ly)  # bounding box的宽和高
        cx = float(lx) + width / 2
        cy = float(ly) + height / 2  # bounding box中心点

        img = cv2.imread(path + filename)
        if img is None:  # 自动删除失效图片（下载过程有的图片会存在无法读取的情况）
            print(path + filename)
            os.remove(path + filename)
            continue
        width = width / img.shape[1]
        height = height / img.shape[0]
        cx = cx / img.shape[1]
        cy = cy / img.shape[0]

        txtname = filename.split(".", 1)
        txtfile = txt_path + txtname[0] + ".txt"
        # 绿牌是第0类，蓝牌是第1类
        with open(txtfile, "w") as f:
            f.write(str(0) + " " + str(cx) + " " + str(cy) + " " + str(width) + " " + str(height))


if __name__ == '__main__':
    # det图片存储地址
    trainDir = r"G:/datasets/CarPlateData/CCPD2020/ccpd_green/train/"
    validDir = r"G:/datasets/CarPlateData/CCPD2020/ccpd_green/val/"
    testDir = r"G:/datasets/CarPlateData/CCPD2020/ccpd_green/test/"
    # det txt存储地址
    train_txt_path = r"G:/datasets/CarPlateData/CCPD2020/ccpd_green/train_labels/"
    val_txt_path = r"G:/datasets/CarPlateData/CCPD2020/ccpd_green/val_labels/"
    test_txt_path = r"G:/datasets/CarPlateData/CCPD2020/ccpd_green/test_labels/"
    txt_translate(trainDir, train_txt_path)
    txt_translate(validDir, val_txt_path)
    txt_translate(testDir, test_txt_path)

制作完成后，如上图所示。

1.3 目标检测模型训练

图片数据集的存放格式如下，在项目目录中新建datasets目录，同时将分类的图片分为训练集、验证集与测试集放入PlateData目录下。

数据准备完成后，通过调用train.py文件进行模型训练，epochs参数用于调整训练的轮数，batch参数用于调整训练的批次大小【根据内存大小调整，最小为1】，代码如下：

python 复制代码 
#coding:utf-8
from ultralytics import YOLO
# 加载预训练模型
model = YOLO("yolov8n.pt")
# Use the model
if __name__ == '__main__':
    # Use the model
    results = model.train(data='datasets/PlateData/data.yaml', epochs=300, batch=4)  # 训练模型
    # 将模型转为onnx格式
    # success = model.export(format='onnx')

训练结果评估

在深度学习中，我们通常用损失函数下降的曲线来观察模型训练的情况。YOLOv8在训练时主要包含三个方面的损失：定位损失(box_loss)、分类损失(cls_loss)和动态特征损失（dfl_loss），在训练结束后，可以在runs/目录下找到训练过程及结果文件，如下所示：

各损失函数作用说明：
定位损失box_loss：预测框与标定框之间的误差（GIoU），越小定位得越准；
分类损失cls_loss：计算锚框与对应的标定分类是否正确，越小分类得越准；
动态特征损失（dfl_loss）：DFLLoss是一种用于回归预测框与目标框之间距离的损失函数。在计算损失时，目标框需要缩放到特征图尺度，即除以相应的stride，并与预测的边界框计算Ciou Loss，同时与预测的anchors中心点到各边的距离计算回归DFLLoss。这个过程是YOLOv8训练流程中的一部分，通过计算DFLLoss可以更准确地调整预测框的位置，提高目标检测的准确性。
本文训练结果如下：

我们通常用PR曲线来体现精确率和召回率的关系，本文训练结果的PR曲线如下。mAP表示Precision和Recall作为两轴作图后围成的面积，m表示平均，@后面的数表示判定iou为正负样本的阈值。mAP@.5：表示阈值大于0.5的平均mAP，可以看到本文模型目标检测的mAP@0.5平均值为0.994，结果相当不错。

4. 检测结果识别

模型训练完成后，我们可以得到一个最佳的训练结果模型best.pt文件，在runs/trian/weights目录下。我们可以使用该文件进行后续的推理检测。

图片检测代码如下：

python 复制代码 
#coding:utf-8
from ultralytics import YOLO
import cv2
# 所需加载的模型目录
path = 'models/best.pt'
# 需要检测的图片地址
img_path = "TestFiles/013671875-93_102-226&489_426&558-426&558_234&546_226&489_417&494-0_0_5_25_33_24_24_33-86-80.jpg"


# 加载预训练模型
# conf	0.25	object confidence threshold for detection
# iou	0.7	intersection over union (IoU) threshold for NMS
model = YOLO(path, task='detect')
# model = YOLO(path, task='detect',conf=0.5)


# 检测图片
results = model(img_path)
res = results[0].plot()
# res = cv2.resize(res,dsize=None,fx=0.3,fy=0.3,interpolation=cv2.INTER_LINEAR)
cv2.imshow("YOLOv8 Detection", res)
cv2.waitKey(0)

执行上述代码后，会将执行的结果直接标注在图片上，结果如下：

可以发现，该模型能够很好的检测出车牌区域。下面我们需要对检测出的车牌进行识别。

第二步：车牌识别

本文的车牌识别直接使用的是开源的PaddleOCR检测模型。地址：https://github.com/PaddlePaddle/PaddleOCR

环境配置

pip install paddlepaddle2.5.2 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
pip install paddleocr2.7.0.3 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

pip install shapely -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

模型使用demo

python 复制代码 
from paddleocr import PaddleOCR, draw_ocr
# Paddleocr目前支持的多语言语种可以通过修改lang参数进行切换
# 例如`ch`, `en`, `fr`, `german`, `korean`, `japan`
cls_model_dir='paddleModels/whl/cls/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_infer'
rec_model_dir='paddleModels/whl/rec/ch/ch_PP-OCRv4_rec_infer'
ocr = PaddleOCR(use_angle_cls=True, lang="ch", det=False,cls_model_dir=cls_model_dir,rec_model_dir=rec_model_dir)  # need to run only once to download and load model into memory
img_path = '22.png'
result = ocr.ocr(img_path, cls=True)

license_name, conf = result[0][0][1]
if '·' in license_name:
    license_name = license_name.replace('·', '')
print(license_name,conf)

加载ocr模型

python 复制代码 
# 加载ocr模型
cls_model_dir = 'paddleModels/whl/cls/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_infer'
rec_model_dir = 'paddleModels/whl/rec/ch/ch_PP-OCRv4_rec_infer'
ocr = PaddleOCR(use_angle_cls=False, lang="ch", det=False, cls_model_dir=cls_model_dir,rec_model_dir=rec_model_dir)

获取车牌位置信息

python 复制代码 
# 所需加载的模型目录
path = 'models/best.pt'
# 加载预训练模型
# conf	0.25	object confidence threshold for detection
# iou	0.7	int.ersection over union (IoU) threshold for NMS
model = YOLO(path, task='detect')
# model = YOLO(path, task='detect',conf=0.5)
# 检测图片
results = model(img_path)[0]
# 车牌区域信息
location_list = results.boxes.xyxy.tolist()

抠出上述车牌位置,并显示

python 复制代码 
if len(location_list) >= 1:
    location_list = [list(map(int, e)) for e in location_list]
    # 截取每个车牌区域的照片
    license_imgs = []
    for each in location_list:
        x1, y1, x2, y2 = each
        cropImg = now_img[y1:y2, x1:x2]
        license_imgs.append(cropImg)
        cv2.imshow('111',cropImg)
        cv2.waitKey(0)

使用ocr进行车牌识别

python 复制代码 
def get_license_result(ocr,image):
    """
    image:输入的车牌截取照片
    输出，车牌号与置信度
    """
    result = ocr.ocr(image, cls=True)[0]
    if result:
        license_name, conf = result[0][1]
        if '·' in license_name:
            license_name = license_name.replace('·', '')
        return license_name, conf
    else:
        return None, None
# 车牌识别结果
lisence_res = []
conf_list = []
for each in license_imgs:
    license_num, conf = get_license_result(ocr, each)
    if license_num:
        lisence_res.append(license_num)
        conf_list.append(conf)
    else:
        lisence_res.append('无法识别')
        conf_list.append(0)

将识别结果显示在图片上

python 复制代码 
    for text, box in zip(lisence_res, location_list):
        now_img = tools.drawRectBox(now_img, box, text, fontC)

完整代码

python 复制代码 
#coding:utf-8
from ultralytics import YOLO
import cv2
import detect_tools as tools
from PIL import ImageFont
from paddleocr import PaddleOCR


def get_license_result(ocr,image):
    """
    image:输入的车牌截取照片
    输出，车牌号与置信度
    """
    result = ocr.ocr(image, cls=True)[0]
    if result:
        license_name, conf = result[0][1]
        if '·' in license_name:
            license_name = license_name.replace('·', '')
        return license_name, conf
    else:
        return None, None

# 需要检测的图片地址
img_path = "TestFiles/013671875-93_102-226&489_426&558-426&558_234&546_226&489_417&494-0_0_5_25_33_24_24_33-86-80.jpg"
now_img = tools.img_cvread(img_path)

fontC = ImageFont.truetype("Font/platech.ttf", 50, 0)
# 加载ocr模型
cls_model_dir = 'paddleModels/whl/cls/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_infer'
rec_model_dir = 'paddleModels/whl/rec/ch/ch_PP-OCRv4_rec_infer'
ocr = PaddleOCR(use_angle_cls=False, lang="ch", det=False, cls_model_dir=cls_model_dir,rec_model_dir=rec_model_dir)

# 所需加载的模型目录
path = 'models/best.pt'
# 加载预训练模型
# conf	0.25	object confidence threshold for detection
# iou	0.7	int.ersection over union (IoU) threshold for NMS
model = YOLO(path, task='detect')
# model = YOLO(path, task='detect',conf=0.5)
# 检测图片
results = model(img_path)[0]

location_list = results.boxes.xyxy.tolist()
if len(location_list) >= 1:
    location_list = [list(map(int, e)) for e in location_list]
    # 截取每个车牌区域的照片
    license_imgs = []
    for each in location_list:
        x1, y1, x2, y2 = each
        cropImg = now_img[y1:y2, x1:x2]
        license_imgs.append(cropImg)
        cv2.imshow('111',cropImg)
        cv2.waitKey(0)
    # 车牌识别结果
    lisence_res = []
    conf_list = []
    for each in license_imgs:
        license_num, conf = get_license_result(ocr, each)
        if license_num:
            lisence_res.append(license_num)
            conf_list.append(conf)
        else:
            lisence_res.append('无法识别')
            conf_list.append(0)
    for text, box in zip(lisence_res, location_list):
        now_img = tools.drawRectBox(now_img, box, text, fontC)

now_img = cv2.resize(now_img,dsize=None,fx=0.5,fy=0.5,interpolation=cv2.INTER_LINEAR)
cv2.imshow("YOLOv8 Detection", now_img)
cv2.waitKey(0)

视频车牌识别

python 复制代码 
#coding:utf-8
import cv2
from ultralytics import YOLO
import detect_tools as tools
from PIL import ImageFont
from paddleocr import PaddleOCR

def get_license_result(ocr,image):
    """
    image:输入的车牌截取照片
    输出，车牌号与置信度
    """
    result = ocr.ocr(image, cls=True)[0]
    if result:
        license_name, conf = result[0][1]
        if '·' in license_name:
            license_name = license_name.replace('·', '')
        return license_name, conf
    else:
        return None, None



fontC = ImageFont.truetype("Font/platech.ttf", 50, 0)
# 加载ocr模型
cls_model_dir = 'paddleModels/whl/cls/ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_infer'
rec_model_dir = 'paddleModels/whl/rec/ch/ch_PP-OCRv4_rec_infer'
ocr = PaddleOCR(use_angle_cls=False, lang="ch", det=False, cls_model_dir=cls_model_dir,rec_model_dir=rec_model_dir)

# 所需加载的模型目录
path = 'models/best.pt'
# 加载预训练模型
# conf	0.25	object confidence threshold for detection
# iou	0.7	intersection over union (IoU) threshold for NMS
model = YOLO(path, task='detect')

# 需要检测的图片地址
video_path = "TestFiles/1.mp4"

cap = cv2.VideoCapture(video_path)
# Loop through the video frames
while cap.isOpened():
    # Read a frame from the video
    success, frame = cap.read()

    if success:
        # Run YOLOv8 inference on the frame
        results = model(frame)[0]

        location_list = results.boxes.xyxy.tolist()
        if len(location_list) >= 1:
            location_list = [list(map(int, e)) for e in location_list]
            # 截取每个车牌区域的照片
            license_imgs = []
            for each in location_list:
                x1, y1, x2, y2 = each
                cropImg = frame[y1:y2, x1:x2]
                license_imgs.append(cropImg)
            # 车牌识别结果
            lisence_res = []
            conf_list = []
            for each in license_imgs:
                license_num, conf = get_license_result(ocr, each)
                if license_num:
                    lisence_res.append(license_num)
                    conf_list.append(conf)
                else:
                    lisence_res.append('无法识别')
                    conf_list.append(0)
            for text, box in zip(lisence_res, location_list):
                frame = tools.drawRectBox(frame, box, text, fontC)

        frame = cv2.resize(frame, dsize=None, fx=0.5, fy=0.5, interpolation=cv2.INTER_LINEAR)
        cv2.imshow("YOLOv8 Detection", frame)

        # Break the loop if 'q' is pressed
        if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord("q"):
            break
    else:
        # Break the loop if the end of the video is reached
        break

# Release the video capture object and close the display window
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

以上便是关于车牌检测与识别的原理与代码介绍。感兴趣的小伙伴可以自行尝试。

【免费获取方式】

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本文涉及到的完整全部程序文件：包括python源码、数据集、训练代码、测试图片视频 等（见下图），获取方式见文末：

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