[C#][winform]基于yolov11的水下目标检测系统C#源码+onnx模型+评估指标曲线+精美GUI界面

【算法介绍】

基于YOLOv11的水下目标检测系统是一种利用深度学习技术实现的高效系统，特别适用于识别水下环境中的多种目标。该系统支持识别的目标种类包括fish（鱼）、jellyfish（水母）、penguin（企鹅）、puffin（海雀）、shark（鲨鱼）、starfish（海星）以及stingray（魟鱼）等。

YOLOv11作为YOLO系列的最新版本，具有强大的特征提取能力和高效的推理速度。这使得它能够在复杂的水下环境中快速、准确地检测出上述目标，并标注出其种类和位置。在构建该系统时，首先需要准备一个包含各种水下生物图像的数据集，并对这些图像进行标注，包括生物的位置和类别信息。然后，使用这些数据对YOLOv11模型进行训练，使其学习到水下生物的特征。

训练完成后，系统就可以对输入的水下图像进行实时检测，并输出检测结果。该系统可以广泛应用于水下机器人、海洋探测、环境监测以及水下资源勘探等领域，为科研人员提供准确、实时的数据支持，有助于更好地了解水下生物的分布和数量，为生态保护提供科学依据。

【效果展示】

【测试环境】

windows10 x64系统

VS2019

netframework4.7.2

opencvsharp4.9.0

onnxruntime1.22.0

注意使用CPU推理，没有使用cuda推理因此需要电脑具有nvidia显卡，无需安装安装cuda+dunn

【模型可以检测出7类别】

"fish","jellyfish","penguin","puffin","shark","starfish","stingray"

【训练数据集介绍】

数据集格式：Pascal VOC格式+YOLO格式(不包含分割路径的txt文件，仅仅包含jpg图片以及对应的VOC格式xml文件和yolo格式txt文件)

图片数量(jpg文件个数)：1224

标注数量(xml文件个数)：1224

标注数量(txt文件个数)：1224

标注类别数：7

标注类别名称(注意yolo格式类别顺序不和这个对应，而以labels文件夹classes.txt为准):["fish","jellyfish","penguin","puffin","shark","starfish","stingray"]

每个类别标注的框数：

fish 框数 = 5425

jellyfish 框数 = 1280

penguin 框数 = 894

puffin 框数 = 494

shark 框数 = 693

starfish 框数 = 192

stingray 框数 = 367

总框数：9345

使用标注工具：labelImg

标注规则：对类别进行画矩形框

重要说明：暂无

特别声明：本数据集不对训练的模型或者权重文件精度作任何保证，数据集只提供准确且合理标注

图片预览：

标注例子：

【训练信息】

|-----------------|-------|
| 参数 | 值 |
| 训练集图片数 | 447 |
| 验证集图片数 | 127 |
| 训练map | 77.4% |
| 训练精度(Precision) | 82.4% |
| 训练召回率(Recall) | 72.2% |

验证集测试精度信息

|-----------|--------|
| 类别 | map0.5 |
| all | 77 |
| fish | 80 |
| jellyfish | 93 |
| penguin | 67 |
| puffin | 56 |
| shark | 74 |
| starfish | 83 |
| stingray | 88 |

【界面设计】

using DeploySharp.Data;
using OpenCvSharp;
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Diagnostics;
using System.Drawing;
using System.IO;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;
 
namespace FIRC
{
    public partial class Form1 : Form
    {
 
        public bool videoStart = false;//视频停止标志
        string weightsPath = Application.StartupPath + "\\weights";//模型目录
        YoloDetector detetor = new YoloDetector();//推理引擎
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
            CheckForIllegalCrossThreadCalls = false;//线程更新控件不报错
        }
        private void LoadWeightsFromDir()
        {
            var di = new DirectoryInfo(weightsPath);
            foreach(var fi in di.GetFiles("*.onnx"))
            {
                comboBox1.Items.Add(fi.Name);
            }
            if(comboBox1.Items.Count>0)
            {
                comboBox1.SelectedIndex = 0;
            }
            else
            {
                tssl_show.Text = "未找到模型,请关闭程序，放入模型到weights文件夹!";
                tsb_pic.Enabled = false;
                tsb_video.Enabled = false;
                tsb_camera.Enabled = false;
            }
        }
        private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
        {
            LoadWeightsFromDir();//从目录加载模型
                               
        }
        public string GetResultString(DetResult[] result)
        {
            Dictionary<string, int> resultDict = new Dictionary<string, int>();
            for (int i = 0; i < result.Length; i++)
            {
                if(resultDict.ContainsKey( result[i].Category) )
                {
                    resultDict[result[i].Category]++;
                }
                else
                {
                    resultDict[result[i].Category] =1;
                }
            }
 
            var resultStr = "";
            foreach(var item in resultDict)
            {
                resultStr += string.Format("{0}:{1}\r\n",item.Key,item.Value);
            }
            return resultStr;
        }
        private void tsb_pic_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            OpenFileDialog ofd = new OpenFileDialog();
            ofd.Filter = "*.*|*.bmp;*.jpg;*.jpeg;*.tiff;*.tiff;*.png";
            if (ofd.ShowDialog() != DialogResult.OK) return;
            tssl_show.Text = "正在检测中...";
            Task.Run(() => {
                var sw = new Stopwatch();
                sw.Start();
                Mat image = Cv2.ImRead(ofd.FileName);
                detetor.SetParams(Convert.ToSingle(numericUpDown1.Value), Convert.ToSingle(numericUpDown2.Value));
                var results=detetor.Inference(image);
                
                var resultImage = detetor.DrawImage(image, results);
    
                sw.Stop();
                pb_show.Image = OpenCvSharp.Extensions.BitmapConverter.ToBitmap(resultImage);
                tb_res.Text = GetResultString(results);
                tssl_show.Text = "检测已完成!总计耗时"+sw.Elapsed.TotalSeconds+"秒";
            });
           
 
 
        }
 
        public void VideoProcess(string videoPath)
        {
            Task.Run(() => {
 
                detetor.SetParams(Convert.ToSingle(numericUpDown1.Value), Convert.ToSingle(numericUpDown2.Value));
                VideoCapture capture = new VideoCapture(videoPath);
                if (!capture.IsOpened())
                {
                    tssl_show.Text="视频打开失败!";
                    return;
                }
                Mat frame = new Mat();
                var sw = new Stopwatch();
                int fps = 0;
                while (videoStart)
                {
 
                    capture.Read(frame);
                    if (frame.Empty())
                    {
                        Console.WriteLine("data is empty!");
                        break;
                    }
                    sw.Start();
                    var results = detetor.Inference(frame);
                    var resultImg = detetor.DrawImage(frame,results);
                    sw.Stop();
                    fps = Convert.ToInt32(1 / sw.Elapsed.TotalSeconds);
                    sw.Reset();
                    Cv2.PutText(resultImg, "FPS=" + fps, new OpenCvSharp.Point(30, 30), HersheyFonts.HersheyComplex, 1.0, new Scalar(255, 0, 0), 3);
                    //显示结果
                    pb_show.Image = OpenCvSharp.Extensions.BitmapConverter.ToBitmap(resultImg);
                    tb_res.Text = GetResultString(results);
                    Thread.Sleep(5);
 
 
                }
 
                capture.Release();
 
                pb_show.Image = null;
                tssl_show.Text = "视频已停止!";
                tsb_video.Text = "选择视频";
 
            });
        }
        public void CameraProcess(int cameraIndex=0)
        {
            Task.Run(() => {
 
                detetor.SetParams(Convert.ToSingle(numericUpDown1.Value), Convert.ToSingle(numericUpDown2.Value));
                VideoCapture capture = new VideoCapture(cameraIndex);
                if (!capture.IsOpened())
                {
                    tssl_show.Text = "摄像头打开失败!";
                    return;
                }
                Mat frame = new Mat();
                var sw = new Stopwatch();
                int fps = 0;
                while (videoStart)
                {
 
                    capture.Read(frame);
                    if (frame.Empty())
                    {
                        Console.WriteLine("data is empty!");
                        break;
                    }
                    sw.Start();
                    var results = detetor.Inference(frame);
                    var resultImg = detetor.DrawImage(frame, results);
                    sw.Stop();
                    fps = Convert.ToInt32(1 / sw.Elapsed.TotalSeconds);
                    sw.Reset();
                    Cv2.PutText(resultImg, "FPS=" + fps, new OpenCvSharp.Point(30, 30), HersheyFonts.HersheyComplex, 1.0, new Scalar(255, 0, 0), 3);
                    //显示结果
                    pb_show.Image = OpenCvSharp.Extensions.BitmapConverter.ToBitmap(resultImg);
                    tb_res.Text = GetResultString(results);
                    Thread.Sleep(5);
 
 
                }
 
                capture.Release();
 
                pb_show.Image = null;
                tssl_show.Text = "摄像头已停止!";
                tsb_camera.Text = "打开摄像头";
 
            });
        }
        private void tsb_video_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if(tsb_video.Text=="选择视频")
            {
                OpenFileDialog ofd = new OpenFileDialog();
                ofd.Filter = "视频文件(*.*)|*.mp4;*.avi";
                if (ofd.ShowDialog() != DialogResult.OK) return;
                videoStart = true;
                VideoProcess(ofd.FileName);
                tsb_video.Text = "停止";
                tssl_show.Text = "视频正在检测中...";
 
            }
            else
            {
                videoStart = false;
               
            }
        }
 
        private void tsb_camera_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if (tsb_camera.Text == "打开摄像头")
            {
                videoStart = true;
                CameraProcess(0);
                tsb_camera.Text = "停止";
                tssl_show.Text = "摄像头正在检测中...";
 
            }
            else
            {
                videoStart = false;
 
            }
        }
 
        private void tsb_exit_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            videoStart = false;
            this.Close();
        }
 
        private void trackBar1_Scroll(object sender, EventArgs e)
        {
            numericUpDown1.Value = Convert.ToDecimal(trackBar1.Value / 100.0f);
        }
 
        private void trackBar2_Scroll(object sender, EventArgs e)
        {
            numericUpDown2.Value = Convert.ToDecimal(trackBar2.Value / 100.0f);
        }
 
        private void numericUpDown1_ValueChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            trackBar1.Value = (int)(Convert.ToSingle(numericUpDown1.Value) * 100);
        }
 
        private void numericUpDown2_ValueChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            trackBar2.Value = (int)(Convert.ToSingle(numericUpDown2.Value) * 100);
        }
 
        private void comboBox1_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e)
        {
            tssl_show.Text="加载模型:"+comboBox1.Text;
            detetor.LoadWeights(weightsPath+"\\"+comboBox1.Text);
            tssl_show.Text = "模型加载已完成!";
        }
    }
}

【常用评估参数介绍】

在目标检测任务中，评估模型的性能是至关重要的。你提到的几个术语是评估模型性能的常用指标。下面是对这些术语的详细解释：

1. Class ：
   • 这通常指的是模型被设计用来检测的目标类别。例如，一个模型可能被训练来检测车辆、行人或动物等不同类别的对象。
2. Images ：
   • 表示验证集中的图片数量。验证集是用来评估模型性能的数据集，与训练集分开，以确保评估结果的公正性。
3. Instances ：
   • 在所有图片中目标对象的总数。这包括了所有类别对象的总和，例如，如果验证集包含100张图片，每张图片平均有5个目标对象，则Instances为500。
4. P（精确度Precision） ：
   • 精确度是模型预测为正样本的实例中，真正为正样本的比例。计算公式为：Precision = TP / (TP + FP)，其中TP表示真正例（True Positives），FP表示假正例（False Positives）。
5. R（召回率Recall） ：
   • 召回率是所有真正的正样本中被模型正确预测为正样本的比例。计算公式为：Recall = TP / (TP + FN)，其中FN表示假负例（False Negatives）。
6. mAP50 ：
   • 表示在IoU（交并比）阈值为0.5时的平均精度（mean Average Precision）。IoU是衡量预测框和真实框重叠程度的指标。mAP是一个综合指标，考虑了精确度和召回率，用于评估模型在不同召回率水平上的性能。在IoU=0.5时，如果预测框与真实框的重叠程度达到或超过50%，则认为该预测是正确的。
7. mAP50-95 ：
   • 表示在IoU从0.5到0.95（间隔0.05）的范围内，模型的平均精度。这是一个更严格的评估标准，要求预测框与真实框的重叠程度更高。在目标检测任务中，更高的IoU阈值意味着模型需要更准确地定位目标对象。mAP50-95的计算考虑了从宽松到严格的多个IoU阈值，因此能够更全面地评估模型的性能。

这些指标共同构成了评估目标检测模型性能的重要框架。通过比较不同模型在这些指标上的表现，可以判断哪个模型在实际应用中可能更有效。

【使用步骤】

使用步骤：

（1）首先根据官方框架ultralytics安装教程安装好yolov11环境，并根据官方export命令将自己pt模型转成onnx模型,然后去github仓库futureflsl/firc-csharp-projects找到源码

（2）使用vs2019打开sln项目，选择x64 release并且修改一些必要的参数，比如输入shape等，点击运行即可查看最后效果

特别注意如果运行报错了，请参考我的博文进行重新引用我源码的DLL：[C#]opencvsharp报错System.Memory，Version=4.0.1.2，Culture=neutral，PublicKeyToken=cc7b13fcd2ddd51"版本高于所引_未能加载文件或程序集"system.memory, version=4.0.1.2, culture-CSDN博客

【提供文件】

C#源码

yolo11n.onnx模型（不提供pytorch模型）

训练的map,P,R曲线图(在weights\results.png)

测试图片（在test_img文件夹下面）

特别注意这里提供训练数据集