血细胞自动检测与分类系统:深度学习与UI界面的结合

一、项目概述
项目背景

在医学实验室中,血细胞的检测和分类是诊断和研究的重要环节。传统方法依赖于人工显微镜检查,费时且容易出现误差。通过深度学习技术,特别是目标检测模型YOLO,可以实现自动化、快速且准确的血细胞检测和分类。

项目目标
  • 构建一个能够准确检测和分类血细胞的深度学习模型
  • 开发一个用户友好的UI界面,方便医务人员使用
  • 部署系统,实现实时检测
二、环境配置与工具准备
开发环境
  • 操作系统:Windows/Linux/MacOS
  • Python:3.8及以上版本
  • IDE:PyCharm/VSCode/Jupyter Notebook
必备工具
  • Anaconda:用于管理Python环境和依赖包
  • YOLOv8/v7/v6/v5:目标检测模型
  • OpenCV:计算机视觉库
  • Flask/Django:Web框架,用于开发UI界面
安装步骤
  1. 安装Anaconda并创建虚拟环境:

    bash 复制代码
    conda create -n cell_detection python=3.8
    conda activate cell_detection
  2. 安装必要的Python库:

    bash 复制代码
    pip install torch torchvision torchaudio
    pip install opencv-python
    pip install flask
    pip install pandas
  3. 安装YOLO:

    bash 复制代码
    pip install -U git+https://github.com/ultralytics/yolov5
三、数据准备
数据集获取

使用公开的血细胞数据集,例如Kaggle上的Blood Cell Detection数据集。

数据集下载链接:https://www.kaggle.com/datasets/paultimothymooney/blood-cells

数据标注

使用LabelImg工具进行数据标注,生成YOLO格式的标注文件。

安装LabelImg:

bash 复制代码
pip install labelImg

运行LabelImg进行标注:

bash 复制代码
labelImg
数据集划分

将数据集划分为训练集、验证集和测试集:

python 复制代码
import os
import shutil
import random

def split_dataset(source_dir, train_dir, val_dir, test_dir, train_ratio=0.7, val_ratio=0.2):
    all_files = os.listdir(source_dir)
    random.shuffle(all_files)
    train_count = int(len(all_files) * train_ratio)
    val_count = int(len(all_files) * val_ratio)

    for i, file in enumerate(all_files):
        if i < train_count:
            shutil.move(os.path.join(source_dir, file), train_dir)
        elif i < train_count + val_count:
            shutil.move(os.path.join(source_dir, file), val_dir)
        else:
            shutil.move(os.path.join(source_dir, file), test_dir)

split_dataset('data/source', 'data/train', 'data/val', 'data/test')
四、模型训练
配置YOLO模型

下载YOLOv5预训练权重,并修改配置文件:

yaml 复制代码
# example.yaml
train: data/train
val: data/val
nc: 3  # number of classes (RBC, WBC, Platelets)
names: ['RBC', 'WBC', 'Platelets']
模型训练

运行以下命令开始训练:

bash 复制代码
python train.py --img 640 --batch 16 --epochs 50 --data example.yaml --cfg yolov5s.yaml --weights yolov5s.pt
模型评估

使用验证集评估模型性能,并进行必要的超参数调优:

python 复制代码
from sklearn.metrics import accuracy_score, recall_score, f1_score

y_true = [...]  # true labels
y_pred = [...]  # predicted labels

accuracy = accuracy_score(y_true, y_pred)
recall = recall_score(y_true, y_pred, average='macro')
f1 = f1_score(y_true, y_pred, average='macro')

print(f"Accuracy: {accuracy}, Recall: {recall}, F1 Score: {f1}")
五、UI界面开发
Flask搭建Web应用
  1. 创建项目目录结构:

    blood_cell_detection/
    ├── app.py
    ├── templates/
    │   ├── index.html
    │   └── result.html
    ├── static/
    │   └── styles.css
    └── models/
        └── yolov5s.pt
    
  2. 编写网页模板:

    • index.html

      html 复制代码
      <!DOCTYPE html>
      <html lang="en">
      <head>
          <meta charset="UTF-8">
          <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
          <title>Blood Cell Detection</title>
          <link rel="stylesheet" href="{{ url_for('static', filename='styles.css') }}">
      </head>
      <body>
          <h1>Blood Cell Detection</h1>
          <form action="/predict" method="post" enctype="multipart/form-data">
              <input type="file" name="file">
              <button type="submit">Upload</button>
          </form>
      </body>
      </html>
    • result.html

      html 复制代码
      <!DOCTYPE html>
      <html lang="en">
      <head>
          <meta charset="UTF-8">
          <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
          <title>Result</title>
          <link rel="stylesheet" href="{{ url_for('static', filename='styles.css') }}">
      </head>
      <body>
          <h1>Detection Result</h1>
          <img src="{{ url_for('static', filename='uploads/' + filename) }}" alt="Uploaded Image">
          <p>{{ result }}</p>
      </body>
      </html>
实现后端逻辑
  • app.py

    python 复制代码
    from flask import Flask, request, render_template, url_for
    import os
    from werkzeug.utils import secure_filename
    import torch
    from PIL import Image
    
    app = Flask(__name__)
    app.config['UPLOAD_FOLDER'] = 'static/uploads/'
    
    model = torch.hub.load('ultralytics/yolov5', 'custom', path='models/yolov5s.pt')
    
    @app.route('/')
    def index():
        return render_template('index.html')
    
    @app.route('/predict', methods=['POST'])
    def predict():
        if 'file' not in request.files:
            return 'No file part'
        file = request.files['file']
        if file.filename == '':
            return 'No selected file'
        if file:
            filename = secure_filename(file.filename)
            filepath = os.path.join(app.config['UPLOAD_FOLDER'], filename)
            file.save(filepath)
            img = Image.open(filepath)
            results = model(img)
            results.save(save_dir=app.config['UPLOAD_FOLDER'])
            return render_template('result.html', filename=filename, result=results.pandas().xyxy[0].to_json(orient="records"))
    
    if __name__ == '__main__':
        app.run(debug=True)
六、模型部署
部署到云服务器
  1. 使用Gunicorn部署

    bash 复制代码
    pip install gunicorn
    gunicorn -w 4 app:app
  2. 部署到AWS EC2实例

    • 创建EC2实例并配置安全组
    • 上传项目文件
    • 运行Gunicorn应用
七、系统测试与优化
系统测试
  1. 本地测试

    使用多个血细胞图像进行测试,记录检测结果和性能指标。

  2. 在线测试

    部署到云服务器后,提供在线测试链接供用户体验。

优化策略
  1. 模型优化

    • 使用更多的数据增强技术
    • 调整超参数
    • 使用迁移学习进行微调
  2. 系统优化

    • 优化UI界面,提高用户体验
    • 增加更多功能,如结果导出、历史记录等
八、总结与展望
项目总结

本项目通过构建基于YOLO的血细胞检测系统,展示了深度学习在医学影像分析中的应用。系统从数据准备、模型训练到UI界面开发和部署,提供了完整的解决方案。

未来展望
  • 系统扩展

    进一步优化模型,提高检测准确性,扩展到其他医学图像分析任务。

  • 更多应用场景

    将该技术应用于更多的医学检测场景,如癌细胞检测、细菌分类等。

声明

声明:本文只是简单的项目思路,如有部署的想法,想要(UI界面+YOLOv8/v7/v6/v5代码+训练数据集+视频教学)的可以联系作者.

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