打造智能障碍物检测系统：从零开始的深度学习项目

一、项目简介

1. 项目背景

随着自动驾驶技术的发展，障碍物检测成为保障行车安全的重要一环。通过深度学习模型，尤其是YOLO（You Only Look Once）模型，可以高效、准确地检测道路上的障碍物，从而提高自动驾驶系统的安全性和可靠性。

2. 项目目标

• 构建一个能够检测道路障碍物的系统
• 实现一个用户友好的UI界面
• 使用YOLOv8/v7/v6/v5模型进行检测
• 提供完整的训练数据集

二、环境准备

1. 硬件要求

• 一台带有GPU（建议使用NVIDIA）的计算机

2. 软件要求

• 操作系统：Windows, macOS, 或 Linux
• Python 3.8 及以上版本
• CUDA 10.2 及以上版本（如果使用GPU）
• cuDNN 7 及以上版本

3. 安装必要的软件和库

1. 安装 Python
   访问 Python 官方网站 下载并安装最新版本的 Python。

2. 安装 pip（Python 包管理工具）
   通常 Python 自带 pip。如果没有，可以通过以下命令安装：

   sudo apt-get install python3-pip  # Ubuntu
   brew install python               # macOS
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3. 创建虚拟环境

   python -m venv obstacle_env
   source obstacle_env/bin/activate  # Linux/macOS
   obstacle_env\Scripts\activate     # Windows
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4. 安装深度学习相关库

   pip install torch torchvision torchaudio  # 如果使用PyTorch
   pip install tensorflow                    # 如果使用TensorFlow
   pip install opencv-python
   pip install matplotlib
   pip install numpy
   pip install Flask                         # 用于创建UI
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三、数据集准备

1. 收集和标注数据

• 从公开数据集或自己采集道路视频截图
• 使用LabelImg或其他标注工具进行标注，生成YOLO格式的标注文件（*.txt）

2. 数据集结构

dataset/
│
├── images/
│   ├── train/
│   ├── val/
│
└── labels/
    ├── train/
    ├── val/
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3. 数据增强（可选）

使用 albumentations 库进行数据增强：

import albumentations as A
from albumentations.pytorch import ToTensorV2
import cv2

transform = A.Compose([
    A.HorizontalFlip(p=0.5),
    A.RandomBrightnessContrast(p=0.2),
    A.Rotate(limit=15),
    ToTensorV2()
])

image = cv2.imread('path_to_image')
transformed = transform(image=image)
transformed_image = transformed["image"]
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四、训练模型

1. 下载 YOLOv5 仓库并安装依赖

git clone https://github.com/ultralytics/yolov5
cd yolov5
pip install -r requirements.txt
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2. 配置训练参数

修改 data.yaml 文件以适配你的数据集：

train: ../dataset/images/train
val: ../dataset/images/val

nc: 3  # 类别数量
names: ['pedestrian', 'vehicle', 'obstacle']  # 类别名称
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3. 开始训练

python train.py --img 640 --batch 16 --epochs 50 --data data.yaml --weights yolov5s.pt --cache
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五、模型测试

1. 测试单张图片

from yolov5.models.common import DetectMultiBackend
from yolov5.utils.datasets import LoadImages
from yolov5.utils.general import non_max_suppression, scale_coords
from yolov5.utils.plots import plot_one_box
import torch

model = DetectMultiBackend(weights='best.pt')
stride, names, pt, jit, onnx, engine = model.stride, model.names, model.pt, model.jit, model.onnx, model.engine
device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')

dataset = LoadImages('path_to_image')
for path, img, im0s, vid_cap, s in dataset:
    img = torch.from_numpy(img).to(device)
    img = img.float()
    img /= 255.0
    if img.ndimension() == 3:
        img = img.unsqueeze(0)

    pred = model(img)
    pred = non_max_suppression(pred, 0.25, 0.45, classes=None, agnostic=False)

    for i, det in enumerate(pred):
        if len(det):
            det[:, :4] = scale_coords(img.shape[2:], det[:, :4], im0s.shape).round()
            for *xyxy, conf, cls in reversed(det):
                label = f'{names[int(cls)]} {conf:.2f}'
                plot_one_box(xyxy, im0s, label=label, color=(255, 0, 0), line_thickness=2)

cv2.imshow('result', im0s)
cv2.waitKey(0)
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六、UI界面设计

1. 使用 Flask 创建基本界面

from flask import Flask, request, render_template
import os

app = Flask(__name__)

UPLOAD_FOLDER = 'uploads'
os.makedirs(UPLOAD_FOLDER, exist_ok=True)
app.config['UPLOAD_FOLDER'] = UPLOAD_FOLDER

@app.route('/')
def index():
    return render_template('index.html')

@app.route('/upload', methods=['POST'])
def upload_file():
    if 'file' not in request.files:
        return 'No file part'
    file = request.files['file']
    if file.filename == '':
        return 'No selected file'
    if file:
        file_path = os.path.join(app.config['UPLOAD_FOLDER'], file.filename)
        file.save(file_path)
        # 调用检测函数并返回结果
        result = detect_obstacles(file_path)
        return result

def detect_obstacles(image_path):
    # 在这里调用训练好的YOLO模型进行检测
    pass

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)
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2. 创建 index.html 文件

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>障碍物检测系统</title>
</head>
<body>
    <h1>障碍物检测系统</h1>
    <form action="/upload" method="post" enctype="multipart/form-data">
        <input type="file" name="file">
        <input type="submit" value="上传并检测">
    </form>
</body>
</html>
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七、部署

1. 在本地测试 Flask 应用

python app.py
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访问 http://127.0.0.1:5000 查看效果。

2. 使用 Docker 部署

创建 Dockerfile 文件：

FROM python:3.8-slim

WORKDIR /app

COPY . /app

RUN pip install -r requirements.txt

CMD ["python", "app.py"]
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构建并运行 Docker 镜像：

docker build -t obstacle-detection .
docker run -p 5000:5000 obstacle-detection
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八、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.