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《------正文------》
基本功能演示
摘要：
野外火情是一种常见的自然灾害，野外火焰的烟雾检测系统能够利用视频监控技术，能够高效地识别火灾早期的烟雾，从而启动及时的警报和灭火措施，这对于减少火灾带来的损失有着十分关键的作用。本文基于YOLOv8深度学习框架，通过737张野外高空视角下的烟雾相关图片，训练了一个进行野外火焰的烟雾目标检测模型,可对野外火焰所产生的烟雾进行检测。并基于此模型开发了一款带UI界面的野外火焰烟雾检测系统，可用于实时检测野外火焰产生的烟雾，也更方便进行功能的展示。该系统是基于python与PyQT5开发的，支持图片、视频以及摄像头进行目标检测，并保存检测结果。本文提供了完整的Python代码和使用教程，给感兴趣的小伙伴参考学习，完整的代码资源文件获取方式见文末。
文章目录
- 基本功能演示
- 前言
- 一、软件核心功能介绍及效果演示
- 二、模型的训练、评估与推理
-
- 1.YOLOv8的基本原理
- [2. 数据集准备与训练](#2. 数据集准备与训练)
- [3. 训练结果评估](#3. 训练结果评估)
- [4. 检测结果识别](#4. 检测结果识别)
- 【获取方式】
- 结束语
前言
野外火情是一种常见的自然灾害，及时发现并处理对于保护生命财产安全、维护生态环境至关重要。传统的火灾监测依赖于卫星遥感或人工巡查，这些手段往往难以实现实时监控和快速响应。野外火焰的烟雾检测系统能够利用视频监控技术，能够高效地识别火灾早期的烟雾，从而启动及时的警报和灭火措施，这对于减少火灾带来的损失有着十分关键的作用。
野外火焰的烟雾检测系统的
应用场景包括：
森林防火监控：在森林及周边区域安装监控系统，实时监控并及时发现森林火灾，防止火灾蔓延。
国家公园和自然保护区管理：在自然保护区部署烟雾检测系统，保护野生动植物栖息地。
农田和草原火情预警：对于农作物秸秆焚烧等农田火灾，以及草原火情进行监控。
城市边缘区域和空地监控：城市近郊和未规划利用的空地容易成为火灾发生地，安装系统以供早期监测。
路边和交通枢纽监控：高速公路旁的落叶积聚地可能会因意外点火而燃起火灾。
总结来说，一个智能化的野外火焰的烟雾检测系统对于实现火灾的早期发现与快速反应非常重要，可以有效地减轻火灾带来的人员伤亡和财产损失，同时保护自然环境。通过采用YOLOv8算法，这样的系统能在众多干扰中高效地识别出真正的火情信号，增强火灾预防与处理的智能化和自动化水平。随着技术的持续发展，如此系统将成为野外火灾监控和预警的重要工具。
博主通过搜集实际场景中的野外火焰产生的烟雾相关数据图片，根据YOLOv8的目标检测技术，基于python与Pyqt5开发了一款界面简洁的野外火焰烟雾检测系统，可支持图片、视频以及摄像头检测，同时可以将图片或者视频检测结果进行保存。
软件初始界面如下图所示：
检测结果界面如下：
一、软件核心功能介绍及效果演示
软件主要功能
1. 可用于实时野外火焰所产生的烟雾检测;
2. 支持图片、视频及摄像头进行检测，同时支持图片的批量检测；
3. 界面可实时显示目标位置、目标总数、置信度、用时等信息;
4. 支持图片或者视频的检测结果保存；
界面参数设置说明
置信度阈值：也就是目标检测时的conf参数，只有检测出的目标置信度大于该值，结果才会显示；
交并比阈值：也就是目标检测时的iou参数，只有目标检测框的交并比大于该值，结果才会显示；
IoU：全称为Intersection over
Union，表示交并比。在目标检测中，它用于衡量模型生成的候选框与原标记框之间的重叠程度。IoU值越大，表示两个框之间的相似性越高。通常，当IoU值大于0.5时，认为可以检测到目标物体。这个指标常用于评估模型在特定数据集上的检测准确度。
（1）图片检测演示
点击打开图片按钮，选择需要检测的图片，或者点击打开文件夹按钮，选择需要批量检测图片所在的文件夹，操作演示如下：
点击目标下拉框后，可以选定指定目标的结果信息进行显示。
点击保存按钮，会对检测结果进行保存，存储路径为：save_data目录下。
注：1.右侧目标位置默认显示置信度最大一个目标位置，可用下拉框进行目标切换。所有检测结果均在左下方表格中显示。
单个图片检测操作如下：
批量图片检测操作如下：
（2）视频检测演示
点击视频按钮，打开选择需要检测的视频，就会自动显示检测结果，再次点击可以关闭视频。
点击保存按钮，会对视频检测结果进行保存，存储路径为：save_data目录下。
（3）摄像头检测演示
点击打开摄像头按钮，可以打开摄像头，可以实时进行检测，再次点击，可关闭摄像头。
（4）保存图片与视频检测结果
点击保存按钮后，会将当前选择的图片【含批量图片】或者视频的检测结果进行保存。检测的图片与视频结果会存储在save_data目录下。
视频检测保存演示如下：
保存的检测结果文件如下：
二、模型的训练、评估与推理
1.YOLOv8的基本原理
YOLOv8是一种前沿的目标检测技术，它基于先前YOLO版本在目标检测任务上的成功，进一步提升了性能和灵活性，在精度和速度方面都具有尖端性能。在之前YOLO 版本的基础上，YOLOv8 引入了新的功能和优化，使其成为广泛应用中各种物体检测任务的理想选择。主要的创新点包括一个新的骨干网络、一个新的 Ancher-Free 检测头和一个新的损失函数，可以在从 CPU 到 GPU 的各种硬件平台上运行。
YOLO各版本性能对比：
YOLOv8网络结构如下：
2. 数据集准备与训练
本文使用的数据集为野外高空视角下的火焰所产生的烟雾相关图片，并使用Labelimg标注工具对每张图片中的目标边框（Bounding Box）及类别进行标注，共1个类别：烟雾。一共包含737张图片，其中训练集包含516张图片，验证集包含147张图片,测试集包含74张图片。
部分图像及标注如下图所示：
图片数据的存放格式如下，在项目目录中新建datasets目录，同时将检测的图片分为训练集与验证集放入Data目录下。
同时我们需要新建一个data.yaml文件，用于存储训练数据的路径及模型需要进行检测的类别。YOLOv8在进行模型训练时，会读取该文件的信息，用于进行模型的训练与验证。data.yaml的具体内容如下：
python
train: E:\CVProgram\YOLOv8Detect\datasets\WildfireSmokeData\train
val: E:\CVProgram\YOLOv8Detect\datasets\WildfireSmokeData\valid
test: E:\CVProgram\YOLOv8Detect\datasets\WildfireSmokeData\test
nc: 1
names: ['Smoke']注：train与val后面表示需要训练图片的路径，建议直接写自己文件的绝对路径。
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
#coding:utf-8
from ultralytics import YOLO
# 模型配置文件
model_yaml_path = "ultralytics/cfg/models/v8/yolov8.yaml"
#数据集配置文件
data_yaml_path = 'datasets/Data/data.yaml'
#预训练模型
pre_model_name = 'yolov8n.pt'
if __name__ == '__main__':
#加载预训练模型
model = YOLO(model_yaml_path).load(pre_model_name)
#训练模型
results = model.train(data=data_yaml_path,
epochs=150,
batch=4,
name='train_v8')3. 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值为0.953，结果还是很不错的。
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/train/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
#coding:utf-8
from ultralytics import YOLO
import cv2
# 所需加载的模型目录
path = 'models/best_v8.pt'
# 需要检测的图片地址
img_path = "TestFiles/ck0kck2czj0l10a46f6xkvofl_jpeg.rf.678c741e4261415dc135ecaf38d4581d.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)
print(results)
res = results[0].plot()
res = cv2.resize(res,dsize=None,fx=0.5,fy=0.5,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：
以上便是关于此款野外火焰烟雾检测系统的原理与代码介绍。基于此模型，博主用python与Pyqt5开发了一个带界面的软件系统，即文中第二部分的演示内容，能够很好的支持图片、视频及摄像头进行检测，同时支持检测结果的保存。
关于该系统涉及到的完整源码、UI界面代码、数据集、训练代码、测试图片视频等相关文件，均已打包上传，感兴趣的小伙伴可以通过下载链接自行获取。
【获取方式】
本文涉及到的完整全部程序文件：包括python源码、数据集、训练好的结果文件、训练代码、UI源码、测试图片视频 等（见下图），获取方式见文末：
注意：该代码基于Python3.9开发，运行界面的主程序为
MainProgram.py，其他测试脚本说明见上图。为确保程序顺利运行，请按照程序运行说明文档txt配置软件运行所需环境。
结束语
以上便是博主开发的基于YOLOv8深度学习的野外火焰烟雾检测系统的全部内容，由于博主能力有限，难免有疏漏之处，希望小伙伴能批评指正。
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