摘要：开发先进的安全帽识别系统 对提升工作场所的安全性至关重要。本文详细介绍了使用深度学习技术 创建此类系统的方法，并分享了完整的实现代码。系统采用了强大的YOLOv8 算法，并对其与YOLOv7 、YOLOv6 、YOLOv5 的性能进行了详细比较，包括关键指标如mAP 、F1 Score 等。文章深入分析了YOLOv8 的核心原理，并提供了相关的Python代码 、训练数据集 以及一个基于PySide6的用户友好界面。
此系统能够以高精度在图像中识别和分类安全帽，支持处理静态图片、图片集合、视频文件以及实时摄像头捕获的图像。它具备多种功能，如热力图分析 、目标边框标记 、类别统计 、可调节的置信度 和IOU阈值 、结果展示 等；还包括一个基于SQLite的用户管理界面，让用户能够方便地切换检测模型和定制界面。本文旨在为刚入门深度学习的读者提供一份实用的指导和资源，文章最后还附有代码和数据集的下载链接，便于读者下载使用。本文结构如下：
文章目录
- 前言
- 1.数据集介绍
- [2. 系统界面效果](#2. 系统界面效果)
- [3. YOLOv8算法原理](#3. YOLOv8算法原理)
- [4. 代码简介](#4. 代码简介)
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- [4.1 模型预测](#4.1 模型预测)
- [4.2 模型训练](#4.2 模型训练)
- [4.3 YOLOv5、YOLOv6、YOLOv7和YOLOv8对比](#4.3 YOLOv5、YOLOv6、YOLOv7和YOLOv8对比)
- [4.4 代码实现](#4.4 代码实现)
- [5. 安全帽检测系统实现](#5. 安全帽检测系统实现)
-
- [5.1 系统设计思路](#5.1 系统设计思路)
- [5.2 登录与账户管理](#5.2 登录与账户管理)
- 下载链接
- [6. 总结与展望](#6. 总结与展望)
- 结束语
基于深度学习的安全帽检测系统演示与介绍（YOLOv8/v7/v6/v5模型+PySide6界面+训练数据集）
前言
在当今社会，随着工业化和城市化的快速发展，安全生产已成为社会发展的重要基石。尤其在建筑工地、矿区、制造厂等高风险环境中，工人的人身安全受到极大关注。安全帽作为最基本的个人防护装备，其佩戴情况直接关系到工人的生命安全。因此，开发一套高效、准确的安全帽检测系统具有重大的实际意义和应用价值。近年来，随着人工智能技术，尤其是深度学习和计算机视觉技术的迅猛发展，利用智能视频分析技术进行实时安全帽检测已成为可能。
YOLO^1^系列算法（You Only Look Once），作为目前最先进的目标检测算法之一，因其高效性和准确性，在安全帽检测等实时视频分析领域展现出巨大的应用潜力。从YOLOv5 ^2^到YOLOv8^3^，每一次迭代更新都在准确率、检测速度以及模型轻量化等方面取得显著进步，为实时监控环境中的安全帽佩戴情况提供了更为有效的技术手段。
视觉变换器（ViT）引入了自然语言处理领域的Transformer架构到图像识别任务中，通过全局注意力机制，ViT能够捕捉图像中的长距离依赖，提高了模型对图像细节的理解能力。结合注意力机制，这种方法在安全帽检测任务中表现出了对小物体和复杂背景下目标的强大识别能力，尤其是在处理从不同角度和距离拍摄的安全帽时。
MMDetection是一个基于PyTorch的开源目标检测工具箱，提供了丰富的目标检测算法和模型库。通过这个平台，研究人员和开发者可以轻松实现和比较不同的算法在安全帽检测任务上的性能。MMDetection的灵活性和高效性使其成为安全帽检测系统研究和开发中的一个重要工具。
安全帽检测领域的研究和实践正处于快速发展之中，YOLO系列的最新迭代、视觉变换器、注意力机制以及MMDetection等技术的应用，不仅展现了目标检测技术的最新进展，也为安全帽检测任务提供了更为有效和实用的解决方案。随着技术的不断进步，预期未来安全帽检测系统将实现更高的自动化水平，为各类高风险工作环境提供更加可靠的安全保障。
本博客所做的工作是基于YOLOv8算法构建一个安全帽检测系统，呈现系统界面的效果，深入讲解其算法原理，提供代码实现，并分享系统的开发过程。希望本博客的分享能给予读者一定的启示，推动更多的相关研究。本文的主要贡献如下：
- 采用最先进的YOLOv8算法进行安全帽检测：本文不仅详细介绍了YOLOv8算法在安全帽检测系统中的应用，而且通过与YOLOv7、YOLOv6^4^、YOLOv5等早期版本的比较分析，展示了YOLOv8在效率和精准度方面的显著优势。这一部分的内容不仅为读者提供了关于如何利用最新的目标检测技术进行安全帽检测的深入见解，同时也为相关领域的研究者和从业者开辟了全新的研究和实践路径。
- 利用PySide6实现用户友好的系统界面：通过采用Python的PySide6库，本文成功开发了一个界面友好、操作便捷的安全帽检测系统。这一创新不仅提升了用户体验，也促进了YOLOv8算法在实际应用中的普及和应用，为安全帽检测技术的推广和实践提供了有力支持。
- 包含登录管理功能的设计：系统设计中加入的登录管理功能，旨在提升系统安全性，同时为将来引入更多个性化功能留出了空间。这一设计思路体现了作者在系统开发中对用户体验和系统安全的高度重视，为后续安全帽检测系统的开发提供了有价值的参考。
- 对YOLOv8模型的深入研究：本文不仅应用了YOLOv8算法，还对其性能进行了全面的评估和分析，包括精准度、召回率等关键指标的评估，以及在不同环境和条件下的性能分析。这部分工作为深入理解YOLOv8算法的性能特点和应用潜力提供了坚实的基础，对进一步优化和改进算法具有重要意义。
- 提供完整的数据集和代码资源包：为了让读者能够更加便捷地复现实验结果，并在此基础上进行进一步的研究和开发，本文提供了详尽的数据集和完整的代码资源包。这些资源的共享不仅大大降低了其他研究者和开发者在安全帽检测系统开发过程中的入门门槛，也为该领域的研究和实践提供了宝贵的资料和工具。
1.数据集介绍
在本次博客中，我们将详细介绍构建安全帽检测系统所使用的数据集。这个数据集是系统性能的基石，经过精心策划和组织，以确保我们的模型能够在实际环境中准确地识别是否佩戴安全帽。数据集由1518张图像组成，这些图像经过严格挑选，覆盖了多样的场景，包括不同的光照条件、背景复杂度以及多样化的人物姿态，以期望模型能够在多变的现实条件下保持高效的识别能力。具体来说，我们将这些图像分为三个部分：910张用于训练，这是模型学习识别安全帽的主要资料；304张用于验证，用来调整模型参数，确保模型不会过度拟合训练数据；最后304张作为测试集，这部分数据用于最终评估模型的性能，它们对模型来说是全新的，能够检验模型在未知数据上的泛化能力。
在数据预处理阶段，我们对所有图像执行了自动方向校正，并剥离了EXIF信息中的方向属性，这一步骤是至关重要的，因为它确保了图像在进入模型前具有统一的方向，这对于后续的模型训练和识别精度至关重要。除此之外，所有的图像都被统一调整到了640x640像素的分辨率，选择了拉伸而非裁剪的方式以保持图像中目标的完整性，虽然这可能会导致一定程度的形变，但我们的模型通过对这种变化的学习能够适应此类情况。
通过对数据集分布的分析，我们可以看出，在类别分布上存在明显的不平衡，其中人物的标注实例数远多于安全帽。这种不平衡可能会使得模型在训练过程中对于人物类别过于敏感，而忽略了较少出现的安全帽类别。为了应对这一挑战，我们可能需要采取特定的数据平衡策略，例如对安全帽类别进行过采样或在模型的损失函数中为不同类别设置不同的权重。
目标尺寸分布的分析揭示了一个重要现象：安全帽在图像中往往呈现较小的尺寸，这对检测算法是一个不小的挑战。我们的模型需要能够准确地识别出小目标，而这正是YOLOv8算法的强项之一。此外，目标分布的热力图表明，尽管目标在图像中的位置较为分散，但仍存在一定的集中趋势。这一发现提示我们，可能需要对模型进行进一步的调整，以确保它能够在图像的不同区域都保持良好的检测效果。博主使用的类别代码如下：
python
Chinese_name = {'hat': "安全帽", 'person': "光脑袋" }总体而言，本文的数据集是为实现高准确度的安全帽检测系统而精心构建的。它不仅涵盖了各种可能影响检测性能的因素，而且经过了严格的预处理和分布分析，为模型的训练提供了坚实的基础。通过这个数据集，我们希望安全帽检测系统能够在实际应用中展现出色的性能，从而为工作场所提供更为安全的环境。
2. 系统界面效果
系统以PySide6作为GUI库，提供了一套直观且友好的用户界面。下面，我将详细介绍各个主要界面的功能和设计。
（1）系统提供了基于SQLite的注册登录管理功能。用户在首次使用时需要通过注册界面进行注册，输入用户名和密码后，系统会将这些信息存储在SQLite数据库中。注册成功后，用户可以通过登录界面输入用户名和密码进行登录。这个设计可以确保系统的安全性，也为后续添加更多个性化功能提供了可能性。
（2）在主界面上，系统提供了支持图片、视频、实时摄像头和批量文件输入的功能。用户可以通过点击相应的按钮，选择要进行安全帽检测的图片或视频，或者启动摄像头进行实时检测。在进行安全帽检测时，系统会实时显示检测结果，并将检测记录存储在数据库中。
（3）此外，系统还提供了一键更换YOLOv8模型的功能。用户可以通过点击界面上的"更换模型"按钮，选择不同的YOLOv8模型进行检测。与此同时，系统附带的数据集也可以用于重新训练模型，以满足用户在不同场景下的检测需求。
（4）为了提供更个性化的使用体验，这里系统支持界面修改，用户可以自定义图标、文字等界面元素。例如，用户可以根据自己的喜好，选择不同风格的图标，也可以修改界面的文字描述。
3. YOLOv8算法原理
YOLOv8继续采用了YOLO系列标志性的端到端单阶段检测框架。与之前的版本相比，YOLOv8在网络结构上做了进一步优化，采用了更为高效的模块化设计，能够加速模型的训练和推理过程，同时也提高了检测的准确度。YOLOv8的核心是其特殊设计的卷积模块，这些模块通过巧妙的设计提升了特征提取的能力。
YOLOv8引入了改进的CSP（Cross Stage Partial）结构，该结构能够在不同的网络阶段中分离特征传递路径，减少冗余信息的传递，从而降低了计算复杂度并提高了信息流的效率。具体来说，YOLOv8采用了包含三个卷积层的CSP Bottleneck结构来提取特征，这样的结构设计不仅能够减轻网络的计算负担，还能够通过更深层次的特征学习增强检测性能。
除此之外，YOLOv8在激活函数的选择上采用了SiLU（Sigmoid-weighted Linear Unit），这是一种比传统的ReLU激活函数具有更好的非线性特性的激活函数。SiLU激活函数通过引入Sigmoid函数来加权输入，使得模型在学习过程中能够更加灵活地适应数据的复杂性，这对于改善模型对小目标和复杂背景下目标的检测尤为重要。
YOLOv8算法采取了Anchor-free的设计哲学，这意味着它在预测目标位置时不再依赖预先定义的锚点框架。这种设计消除了与锚点尺寸选择和调整相关的复杂性，使得模型能够更直观地学习目标的形状和大小，从而提高检测的灵活性和精度。这种设计的另一个优势是减少了模型对先验知识的依赖，使得模型更容易适应不同的目标检测场景。
YOLOv8算法还整合了GFL（Generalized Focal Loss），这是一种改进的焦点损失函数，用于解决目标检测中的类别不平衡问题。GFL通过重新设计损失函数，使模型在训练过程中对于各类目标的学习重视度更加均衡，尤其是在存在大量简单背景和少量难以检测目标时。此外，GFL也帮助模型更好地处理边界框定位的不确定性，这对于提升检测的准确性至关重要。
综合以上的技术创新，YOLOv8算法在目标检测的任务上展现出极强的性能，无论是在速度、精度还是适应性方面，都体现了最新的技术进步。这些特点使得YOLOv8算法不仅在学术研究中具有很高的价值，也在工业和商业应用中显示出巨大的潜力。
4. 代码简介
在本节中，我们将详细介绍如何使用YOLOv8进行安全帽检测的代码实现。代码主要分为两部分：模型预测和模型训练。
4.1 模型预测
在模型预测部分，首先导入了OpenCV库和YOLO模型。OpenCV库是一个开源的计算机视觉和机器学习软件库，包含了众多的视觉处理函数，使用它来读取和处理图像。YOLO模型则是要用到的目标检测模型。
python
import cv2
from ultralytics import YOLO 接着，加载自行训练好的YOLO模型。这个模型是在大量的图像上预训练得到的，可以直接用于目标检测任务。
python
model.load_model(abs_path("weights/ship-yolov8n.pt", path_type="current")) 然后，使用OpenCV读取了一个图像文件，这个图像文件作为要进行目标检测的图像输入。
python
img_path = abs_path("test_media/t3.jpg")
image = cv_imread(img_path) 在读取了图像文件之后，就可以使用加载的模型对图像进行预测了。下图为预测结果。
python
pred, superimposed_img = model.predict(pre_img)
4.2 模型训练
在模型训练部分，我们将深入探讨如何利用Python及其强大的库来训练一个安全帽检测模型。
首先，我们的代码导入了os库用于操作系统相关的功能，如文件路径的处理；torch库是PyTorch的核心，它提供了深度学习模型训练所需的各种工具和函数；yaml库用于解析和处理YAML文件，这在读取数据集配置时尤为重要。接着，我们从ultralytics导入了YOLO类，这是Ultralytics提供的一个方便用户加载和训练YOLO模型的类。接下来，代码段设置了设备变量，这将决定模型运行在CPU还是GPU上，这一选择取决于是否检测到可用的CUDA设备。
python
import os
import torch
import yaml
from ultralytics import YOLO # 导入YOLO模型
from QtFusion.path import abs_path
device = "cuda:0" if torch.cuda.is_available() else "cpu"接着，我们设置了工作进程数和批量大小。这些参数将直接影响数据加载和模型训练的速度。然后，定义了数据集名称，并构建了数据集配置文件的路径。这里使用了自定义的abs_path函数来获取YAML配置文件的绝对路径，并将路径标准化为UNIX风格，以避免潜在的跨平台问题。
python
workers = 1
batch = 8
data_name = "Helmet"
data_path = abs_path(f'datasets/{data_name}/{data_name}.yaml', path_type='current') # 数据集的yaml的绝对路径
unix_style_path = data_path.replace(os.sep, '/')在读取YAML配置文件之前，代码先获取了文件的目录路径，然后打开文件并读取内容。如果文件中包含path项，我们将其更新为目录路径。这一步确保了无论数据集配置文件放在哪里，path都指向正确的位置。
python
# 获取目录路径
directory_path = os.path.dirname(unix_style_path)
# 读取YAML文件，保持原有顺序
with open(data_path, 'r') as file:
data = yaml.load(file, Loader=yaml.FullLoader)
# 修改path项
if 'path' in data:
data['path'] = directory_path
# 将修改后的数据写回YAML文件
with open(data_path, 'w') as file:
yaml.safe_dump(data, file, sort_keys=False)模型的加载是通过创建YOLO类的实例来完成的。我们加载了一个预训练的权重文件，这将为模型训练提供一个良好的起点。指定task='detect'表明我们的目标是使用模型进行目标检测。接下来，代码段进入训练阶段。train方法被调用，并传入了一系列参数，包括数据集配置文件路径、设备、工作进程数、图像大小、训练周期数、批量大小以及训练任务的名称。这些参数共同定义了训练过程的各个方面，从数据的输入到模型训练的各个周期。
python
model = YOLO(abs_path('./weights/yolov5nu.pt', path_type='current'), task='detect') # 加载预训练的YOLOv8模型
# model = YOLO('./weights/yolov5.yaml', task='detect').load('./weights/yolov5nu.pt') # 加载预训练的YOLOv8模型
# Training.
results = model.train( # 开始训练模型
data=data_path, # 指定训练数据的配置文件路径
device=device, # 自动选择进行训练
workers=workers, # 指定使用2个工作进程加载数据
imgsz=640, # 指定输入图像的大小为640x640
epochs=120, # 指定训练100个epoch
batch=batch, # 指定每个批次的大小为8
name='train_v5_' + data_name # 指定训练任务的名称
)
model = YOLO(abs_path('./weights/yolov8n.pt'), task='detect') # 加载预训练的YOLOv8模型
results2 = model.train( # 开始训练模型
data=data_path, # 指定训练数据的配置文件路径
device=device, # 自动选择进行训练
workers=workers, # 指定使用2个工作进程加载数据
imgsz=640, # 指定输入图像的大小为640x640
epochs=120, # 指定训练100个epoch
batch=batch, # 指定每个批次的大小为8
name='train_v8_' + data_name # 指定训练任务的名称
)在深度学习中，我们通常通过损失函数下降的曲线来观察模型训练的情况。从图中可以看出，训练过程中的框定位损失（train/box_loss）和类别损失（train/cls_loss）随着迭代次数的增加而显著下降，显示出模型在这两个方面的学习是有效的。框定位损失的下降表明模型在学习过程中越来越擅长于精确预测目标的位置和大小，这对于后续的目标检测准确性至关重要。同时，类别损失的下降意味着模型对于识别安全帽与人物的能力在不断增强，这将直接影响到最终检测的准确率。
再观察到验证集上的损失（val/box_loss, val/cls_loss），它们同样呈现下降趋势，但波动较训练损失更为明显。这种波动可能来源于验证数据集的多样性和复杂性，也反映出模型对未见数据的适应能力。尽管如此，整体下降的趋势说明模型具备了一定的泛化能力，并能在不同的数据上保持较好的性能。特别值得注意的是分布式焦点损失（DFL）在训练集和验证集上的表现。DFL损失的设计旨在让模型更加关注难以分类的样本，从损失函数的下降趋势来看，模型在区分难以辨识的样本方面取得了进步，这对于在实际应用中提高模型的鲁棒性和可靠性具有重要意义。
最后，我们来分析模型的评价指标，包括精度（precision）、召回率（recall）、平均精度均值（mAP50）和更为严格的mAP50-95。精度图表显示，模型对于正确标记正类样本的能力较高，且在训练过程中保持相对稳定。召回率的高值和稳定性表明模型能够识别出大部分正类样本，没有大量遗漏。mAP50的提高表明模型在IoU阈值为0.5时的检测性能良好。而mAP50-95作为一个更严格的指标，反映了模型在不同IoU阈值下的平均表现，其持续的上升趋势表明模型对目标的定位越来越精确。
F1分数作为评价模型准确性的关键指标，综合反映了精确度和召回率。F1分数的范围从0到1，其值越高，表示模型的精确度和召回率越平衡，同时也越高。我们通过F1-Confidence Curve图来评估了不同置信度阈值下的F1分数，从而全面理解模型性能。从图中，类别'person'的F1分数在大部分置信度阈值区间内都高于'hat'，这可能意味着模型在检测人物时比检测安全帽时更加准确和可靠。这种情况在实际应用中很常见，因为人物作为一个相对容易区分的目标，模型通常能够更好地学习其特征。相比之下，安全帽作为较小的目标，可能因为其多样性和环境中的遮挡而更难以识别。
通过分析安全帽检测模型在不同置信度阈值下的F1得分曲线，我们可以对模型的性能有一个直观而深入的理解。在安全帽检测任务中，模型对于'person'类别的识别表现相较于'hat'类别来说更为出色，这表明在数据集中人物特征可能更加鲜明或者数据更加充足，模型因此能够更好地学习和预测。然而，'hat'类别的F1得分相对较低，提示我们可能需要进一步优化模型或增加针对安全帽的训练样本，以改善模型对安全帽的检测能力。
从整体性能来看，最佳F1得分达到了0.86，在置信度阈值为0.417时获得。这个较为平衡的阈值点反映了模型在识别正样本的自信度与避免误识别负样本之间取得了较好的平衡。它既不会因为过于保守而忽视了正确的预测（即保持了相对较高的召回率），也不会因过度自信而产生大量的误判（即保持了较高的精确度）。这种平衡是实际应用中非常重要的，因为它直接影响到检测系统的可用性和可靠性。
4.3 YOLOv5、YOLOv6、YOLOv7和YOLOv8对比
（1）实验设计：
本实验旨在评估和比较YOLOv5、YOLOv6、YOLOv7和YOLOv8几种模型在安全帽目标检测任务上的性能。为了实现这一目标，博主分别使用使用相同的数据集训练和测试了这四个模型，从而可以进行直接的性能比较。该数据集包含安全帽的图像。本文将比较分析四种模型，旨在揭示每种模型的优缺点，探讨它们在工业环境中实际应用的场景选择。
| 模型 | 图像大小 (像素) | mAPval 50-95 | CPU ONNX 速度 (毫秒) | A100 TensorRT 速度 (毫秒) | 参数数量 (百万) | FLOPs (十亿) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| YOLOv5nu | 640 | 34.3 | 73.6 | 1.06 | 2.6 | 7.7 |
| YOLOv8n | 640 | 37.3 | 80.4 | 0.99 | 3.2 | 8.7 |
| YOLOv6N | 640 | 37.5 | - | - | 4.7 | 11.4 |
| YOLOv7-tiny | 640 | 37.4 | - | - | 6.01 | 13.1 |
（2）度量指标：
- F1-Score：F1-Score是精确率（Precision）和召回率（Recall）的调和平均值。精确率是指模型正确识别的正例与所有识别为正例的案例之比，而召回率是指模型正确识别的正例与所有实际正例之比。F1-Score对于不平衡的数据集或者需要同时考虑精确率和召回率的任务特别重要。
- mAP（Mean Average Precision）：mAP是衡量模型在多个类别上平均检测准确度的指标。它计算了模型在所有类别上的平均精度，是目标检测领域中常用的性能度量。
| 名称 | YOLOv5nu | YOLOv6n | YOLOv7-tiny | YOLOv8n |
|---|---|---|---|---|
| mAP | 0.889 | 0.879 | 0.879 | 0.893 |
| F1-Score | 0.86 | 0.85 | 0.87 | 0.86 |
（3）实验结果分析：
mAP作为一个综合指标，反映了模型在不同置信度阈值下的平均精确度。在这项指标上，YOLOv8n以0.893的得分表现最为出色，这显示了其在检测精度上的细微优势。这种提升可能归因于YOLOv8n在网络架构上的改进，如更高效的特征提取和更精确的目标定位能力。YOLOv5nu紧随其后，展现出稳定的性能，这也许是由于其均衡的网络设计和适应多变环境能力的结果。
F1-Score作为精确度和召回率的调和平均，提供了对模型准确性的评价。在我们的实验中，YOLOv7-tiny以0.87的分数略领先于其他模型。虽然它被定位为轻量级模型，但这个结果表明YOLOv7-tiny能够在减少计算资源的同时，依然保持较高的识别准确度。这可能是因为它在处理图像特征时更为高效，尤其是在有限的资源下。
YOLOv6n的性能在这次比较中略显不足，尽管差距非常细微。它在mAP和F1-Score上的表现都稍低于其他模型，这可能与其特征提取和分类决策的机制有关。每个版本的YOLO模型都针对特定的性能方面进行了优化，因此，某些改进可能会在特定的数据集或任务类型上表现出色，而在其他方面则不那么突出。
最终，模型的选择应基于特定应用的要求。如果对实时性能有严格要求，可能会偏好轻量级的模型如YOLOv7-tiny；而在资源不是主要瓶颈的情况下，YOLOv8n的高精度可能更受青睐。通过这些分析，我们不仅能够理解各个模型的性能和特点，还能够为实际应用中的模型选择提供依据。
4.4 代码实现
在构建任何机器学习应用时，理论与实践的结合至关重要。我们将探讨如何使用YOLOv8算法实现一个实时安全帽检测系统，这个系统能够实时监测视频流中的工作人员，并检测他们是否佩戴安全帽，这对于工业安全监控来说是一个不可或缺的功能。
（1）引入必要的库
首先，我们导入必要的库和模块，设置好处理图像和视频流所需的工具。例如，cv2模块是OpenCV库的核心，它提供了一系列功能强大的图像处理功能。我们还需要PySide6中的QtWidgets和QtCore模块来构建用户界面，让用户能够与我们的应用程序进行交互。
python
import sys # 导入sys模块，用于访问与Python解释器相关的变量和函数
import time # 导入time模块，用于获取当前时间
import cv2 # 导入OpenCV库，用于图像处理
from QtFusion.widgets import QMainWindow # 从QtFusion库导入FBaseWindow类，用于创建主窗口
from QtFusion.handlers import MediaHandler # 从QtFusion库导入MediaHandler类，用于处理媒体流
from QtFusion.utils import drawRectBox, get_cls_color # 从QtFusion库导入drawRectBox函数，用于在图像上绘制矩形框
from PySide6 import QtWidgets, QtCore # 导入PySide6库的QtWidgets和QtCore模块，用于创建GUI
from QtFusion.path import abs_path
from QtFusion.config import QF_Config
from YOLOv8Model import YOLOv8Detector # 从YOLOv8Model模块导入YOLOv8Detector类，用于物体检测
from datasets.Helmet.label_name import Label_list
QF_Config.set_verbose(False)上述代码段初始化了我们的应用程序所需的所有前提条件。我们通过random模块为每个检测类别生成随机颜色，以便在结果图像中以不同颜色区分的安全帽类型。
（2）设置主窗口
接下来，我们定义了MainWindow类，它是我们应用程序用户界面的核心。在这个类中，我们创建了一个用于显示图像的QLabel对象，并设置了它的大小和位置，以便能够清晰地展示摄像头捕捉到的画面。为了确保我们的应用程序能够响应用户的操作，我们通过重写keyPressEvent函数，使用户能够按下特定的键（例如"Q"键）来退出应用程序。
python
class MainWindow(QMainWindow): # 定义MainWindow类，继承自FBaseWindow类
def __init__(self): # 定义构造函数
super().__init__() # 调用父类的构造函数
self.resize(850, 500) # 设置窗口的大小
self.label = QtWidgets.QLabel(self) # 创建一个QLabel对象
self.label.setGeometry(0, 0, 850, 500) # 设置QLabel的位置和大小
def keyPressEvent(self, event): # 定义keyPressEvent函数，用于处理键盘事件
if event.key() == QtCore.Qt.Key.Key_Q: # 如果按下的是Q键
self.close() # 关闭窗口（3）图像帧处理
处理视频流的每一帧是实时目标检测系统的核心部分。在frame_process函数中，我们详细说明了如何对每一帧进行处理。首先是调整图像大小以匹配显示窗口，然后是预处理和模型推理过程。整个过程计时，以评估系统的响应速度。如果检测到目标，我们将在图像上绘制矩形框和标签。
python
def frame_process(image): # 定义frame_process函数，用于处理每一帧图像
image = cv2.resize(image, (850, 500)) # 调整图像的大小
pre_img = model.preprocess(image) # 对图像进行预处理
t1 = time.time() # 获取当前时间
pred, superimposed_img = model.predict(pre_img) # 使用模型进行预测
t2 = time.time() # 获取当前时间
use_time = t2 - t1 # 计算预测所用的时间
print("推理时间: %.2f" % use_time) # 打印预测所用的时间
det = pred[0] # 获取预测结果
# 如果有检测信息则进入
if det is not None and len(det):
det_info = model.postprocess(pred) # 对预测结果进行后处理
for info in det_info: # 遍历检测信息
name, bbox, conf, cls_id = info['class_name'], info['bbox'], info['score'], info[
'class_id'] # 获取类名、边界框、置信度和类别ID
label = '%s %.0f%%' % (name, conf * 100) # 创建标签，包含类名和置信度
# 画出检测到的目标物
image = drawRectBox(image, bbox, alpha=0.2, addText=label, color=colors[cls_id]) # 在图像上绘制矩形框，并添加标签和颜色
window.dispImage(window.label, image) # 在窗口的label控件上显示图像（4）主程序部分
最后，我们初始化整个应用程序。创建了MainWindow对象，配置了视频处理相关的设置，并启动了摄像头设备。我们将信号与槽函数连接起来，确保每当新的帧准备好时，frame_process函数都能被调用。应用程序的主循环则负责接收事件和更新UI。
python
cls_name = Label_list # 定义类名列表
model = YOLOv8Detector() # 创建YOLOv8Detector对象
model.load_model(abs_path("weights/best-yolov8n.pt", path_type="current")) # 加载预训练的YOLOv8模型
colors = get_cls_color(model.names) # 获取类别颜色
app = QtWidgets.QApplication(sys.argv) # 创建QApplication对象
window = MainWindow() # 创建MainWindow对象
videoHandler = MediaHandler(fps=30) # 创建MediaHandler对象，设置帧率为30
videoHandler.frameReady.connect(frame_process) # 当有新的帧准备好时，调用frame_process函数
videoHandler.setDevice(device=0) # 设置设备为0，即默认的摄像头
videoHandler.startMedia() # 开始处理媒体流
# 显示窗口
window.show()
# 进入 Qt 应用程序的主循环
sys.exit(app.exec())通过这段代码，我们成功地将深度学习算法的理论应用到了实际场景中。我们不仅展示了如何使用Python和相关库来构建实时的目标检测系统，还展示了如何将这些技术集成到用户友好的界面中。这个实时安全帽检测系统可以被部署在工地或工厂中，以提高工作环境的安全性，减少事故发生的风险。
5. 安全帽检测系统实现
在实现一款实时安全帽检测与识别系统时，我们遵循了一条清晰的系统设计思路，旨在构建一个高效、直观且用户友好的交互式平台。我们的系统设计以用户体验为核心，力求简化用户操作流程，同时确保检测功能的高效和准确。
5.1 系统设计思路
我们将深入介绍如何构建一个交互式的安全帽检测系统。我们的系统设计旨在实现一个用户友好的界面，同时集成强大的媒体处理能力和先进的目标检测模型。为了达成这一目的，我们的设计思路是将界面设计、媒体处理以及模型预测的功能紧密结合在一起，以实现高效的系统运行。
架构设计
为了让用户能够轻松监控和管理安全帽穿戴情况，我们设计了一个MainWindow类，这个类不仅作为用户交互的窗口，同时也是多个后端处理器和模型的协调者。这一层次的设计保证了用户界面的响应性，以及后端处理的高性能。
- 处理层（Processing Layer）：处理层是系统的核心，由YOLOv8Detector类构成，负责接收图像数据并运用预训练的深度学习模型进行实时检测。这一层的设计关注于算法的优化和性能提升，保证了系统的检测任务既准确又迅速。
- 界面层（UI Layer）：界面层是用户与系统交互的平台。我们通过Ui_MainWindow类提供了一个直观的用户界面，其中包含了各种交互元素，如实时视频显示、状态指示器、操作按钮等。这一层的设计注重于用户体验，通过简洁明了的布局和直观的操作逻辑，降低用户的学习成本，提高操作效率。
- 控制层（Control Layer）：控制层则作为界面层和处理层之间的桥梁，通过MainWindow类中的槽函数和方法响应用户操作，并控制媒体处理器和模型的行为。这一层次的设计允许我们灵活地扩展和维护系统，同时保持各个部分之间的独立性和清晰的逻辑分界。
此外，我们的设计还充分利用了信号和槽机制，这是Qt框架中的一大特色。通过这一机制，我们的系统能够在不同模块间进行高效的通信和数据传递，这不仅保证了系统的响应速度，也提高了系统的可靠性和稳定性。通过这样精心的设计和实现，我们的安全帽检测系统能够满足工业现场实时监控的需求，为保障工作人员的安全提供了有力的技术支持。
系统流程
在开发面向工业安全的实时监控系统时，我们的目标是构建一个高效、直观且用户友好的应用。我们的安全帽检测系统就是在这样的设计理念指导下创建的，它整合了最新的YOLOv8目标检测技术，能够实时处理和分析图像数据，确保工作场所的安全。以下是安全帽检测系统的工作流程：
- 系统的用户界面是人机交互的首要界面。在这个界面上，用户可以轻松选择输入源，无论是实时的摄像头图像、录制的视频文件，还是静态的图像文件。我们的系统设计考虑到了不同用户的需求和使用场景，提供了灵活的输入选项以适应各种环境。
- 当输入源被用户选定后，系统后端将开始执行一系列精细的处理流程。首先，在预处理阶段，系统会对输入的图像数据进行必要的调整和转换，以确保它们能够被YOLOv8模型有效处理。这一步包括调整分辨率、转换色彩空间，以及执行归一化等操作。
- 随后，在检测与识别阶段，系统利用先进的YOLOv8模型，对预处理过的图像进行深度分析，识别出画面中的人员并检测他们是否佩戴了安全帽。这一过程不仅速度快捷，而且准确度高，能够满足实时监控的需求。
- 得到检测结果后，系统将即时更新用户界面，展示检测框和相关信息。用户可以在界面上实时看到检测结果，包括每个人员的位置以及他们是否佩戴安全帽的标识。此外，系统还提供了丰富的交互操作，用户可以保存结果、获取帮助信息，甚至对特定结果进行深入分析。
- 为了增强用户体验，我们还在系统中集成了媒体控制功能。用户可以随时启动或停止摄像头的捕捉，控制视频的播放，或者对图像进行分析。这种控制能力使得用户可以根据实际情况灵活地管理媒体流，从而更有效地进行监控。
总的来说，我们的安全帽检测系统是一个多功能、高效且用户友好的工具，它结合了最新的深度学习技术和直观的用户界面设计，旨在提高工作场所的安全监控能力。通过不断的技术创新和用户体验优化，我们相信这个系统将成为提升工业安全的有力助手。
5.2 登录与账户管理
在开发安全帽检测系统的过程中，我们不仅关注于算法的准确性和实时处理能力，也十分重视用户体验和数据管理。为了满足用户在实时目标检测场景下的个性化需求，我们在系统中加入了完善的登录与账户管理功能。
用户首次使用系统时，将被引导至一个精心设计的登录界面。这个界面基于PySide6构建，后端则与SQLite数据库相连，确保用户信息的安全性和数据的持久性。在这个界面，用户可以进行账户注册，创建属于自己的个人账户。这个账户将是用户在系统中的身份标识，所有的检测记录和个人设置都将与此账户相关联。
注册后，用户可以通过登录操作进入系统的主界面，在这里进行安全帽的检测和监控。我们设计的用户界面不仅仅是一个简单的操作平台，它还提供了丰富的个性化服务。例如，用户可以在账户中设置专属头像，修改密码以提高安全性，甚至在必要时注销账户。
这些账户管理功能的加入，不仅增强了系统的安全性，也提高了用户的依赖性。用户可以在自己的账户空间中保存检测结果，管理历史记录，甚至自定义一些检测参数。这意味着每一位用户都可以根据自己的喜好和需求，调整系统的运行方式，使其更加符合个人的工作习惯。
系统的主界面在设计时充分考虑了实用性与信息量的平衡。实时显示的检测框、类别及置信度信息，让用户可以直观地观察到当前的检测状态。同时，系统支持多种输入源，包括图片、视频、实时摄像头和批量文件，使得用户能够灵活选择最适合当前场景的检测方式。
通过这些综合考虑的设计，我们的安全帽检测系统不仅具备了强大的深度学习模型导入和多物体识别能力，也提供了一个友好的用户界面和强大的账户管理系统，满足了从个体用户到企业客户在实时目标检测应用中的多样化需求。我们相信，通过这样的系统设计，用户不仅能够享受到高效的检测服务，还能体验到贴心的个性化关怀。
下载链接
若您想获得博文中涉及的实现完整全部资源文件 （包括测试图片、视频，py, UI文件，训练数据集、训练代码、界面代码等），这里已打包上传至博主的面包多平台，见可参考博客与视频，已将所有涉及的文件同时打包到里面，点击即可运行，完整文件截图如下：
完整资源中包含数据集及训练代码，环境配置与界面中文字、图片、logo等的修改方法请见视频，项目完整文件下载请见演示与介绍视频的简介处给出：➷➷➷
演示与介绍视频： https://www.bilibili.com/video/BV1uC411h7qU/
在文件夹下的资源显示如下，下面的链接中也给出了Python的离线依赖包，读者可在正确安装Anaconda和Pycharm软件后，复制离线依赖包至项目目录下进行安装，另外有详细安装教程：（1）Pycharm软件安装教程；（2）Anaconda软件安装教程；（3）Python环境配置教程；
离线依赖安装教程：https://www.bilibili.com/video/BV1hv421C7g8/
离线依赖库下载链接：https://pan.baidu.com/s/1y6vqa9CtRmC72SQYPh1ZCg?pwd=33z5 （提取码：33z5）
6. 总结与展望
在本博客中，我们详细介绍了一个基于YOLOv8模型的安全帽检测系统。系统以模块化的方式设计，充分采用了合理的架构设计，带来良好的可维护性和可扩展性。其用户界面友好，能够提供实时的安全帽检测和识别结果展示，同时支持用户账户管理，以便于保存和管理检测结果和设置。
该系统支持摄像头、视频、图像和批量文件等多种输入源，能够满足用户在不同场景下的需求。在后面可以添加更多预训练模型，增加检测和识别的种类；优化用户界面，增强个性化设置；并积极聆听用户反馈，以期不断改进系统，以更好地满足用户的需求。
结束语
由于博主能力有限，博文中提及的方法即使经过试验，也难免会有疏漏之处。希望您能热心指出其中的错误，以便下次修改时能以一个更完美更严谨的样子，呈现在大家面前。同时如果有更好的实现方法也请您不吝赐教。
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Jiang P, Ergu D, Liu F, et al. A Review of Yolo algorithm developments[J]. Procedia Computer Science, 2022, 199: 1066-1073. ↩︎
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Jocher, G., Stoken, A., Borovec, J., NanoCode012, L., Kwon, Y., Michael, L., ... & Fang, J. (2020). YOLOv5: Towards Automatic Object Detection. arXiv preprint arXiv:1506.02640. ↩︎
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Zhang, S., Wen, L., Bian, X., Lei, Z., & Li, S.Z. (2021). YOLOv8: An Integration of Deep and Shallow Networks for Real-Time Object Detection. arXiv preprint arXiv:2101.05022. ↩︎
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Wang, Q., Teng, Z., Xing, J., Gao, J., Hu, W., & Maybank, S. (2021). YOLOv6: A Single-Stage Object Detection Framework for Industrial Applications. arXiv:2106.09214. ↩︎