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标题: 盘算机视觉算法实现——浮水衣穿着状态智能识别 [打印本页]

作者: 农妇山泉一亩田    时间: 3 天前
标题: 盘算机视觉算法实现——浮水衣穿着状态智能识别
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一、浮水衣穿着状态识别领域概述

水上安全一直是环球关注的重大题目,据天下卫生组织统计,每年约有32万人因溺水事故丧生。浮水衣作为最基本的水上安全装备,其正确穿着对预防溺水事故至关重要。然而,在实际应用中,由于舒适性、美观性等因素,许多人会选择不穿或错误穿着浮水衣,这大大增长了水上运动的风险。
盘算机视觉技能在浮水衣穿着状态识别领域的应用主要包括:
相比传统的人工检查方式,基于盘算机视觉的智能识别系统具有以下上风:

二、浮水衣穿着识别算法的基本原理

浮水衣穿着状态识别通常接纳目的检测与分类相结合的技能路线,主流算法包括:
1. 两阶段检测算法(如Faster R-CNN)

  1. import torchvision
  2. from torchvision.models.detection import FasterRCNN
  3. from torchvision.models.detection.rpn import AnchorGenerator
  4. def get_faster_rcnn_model(num_classes):
  5.     # 加载预训练的骨干网络
  6.     backbone = torchvision.models.mobilenet_v2(pretrained=True).features
  7.     backbone.out_channels = 1280
  8.    
  9.     # 定义锚点生成器
  10.     anchor_generator = AnchorGenerator(sizes=((32, 64, 128, 256, 512),),
  11.                                    aspect_ratios=((0.5, 1.0, 2.0),))
  12.    
  13.     # 定义ROI pooling
  14.     roi_pooler = torchvision.ops.MultiScaleRoIAlign(featmap_names=['0'],
  15.                                                 output_size=7,
  16.                                                 sampling_ratio=2)
  17.    
  18.     # 构建Faster R-CNN模型
  19.     model = FasterRCNN(backbone,
  20.                    num_classes=num_classes,
  21.                    rpn_anchor_generator=anchor_generator,
  22.                    box_roi_pool=roi_pooler)
  23.     return model
复制代码
2. 单阶段检测算法(如YOLO、SSD)

  1. import torch
  2. from models.experimental import attempt_load
  3. def load_yolov5_model(weights_path):
  4.     # 加载预训练的YOLOv5模型
  5.     model = attempt_load(weights_path, map_location=torch.device('cpu'))
  6.     return model
复制代码
3. 关键点检测算法(用于穿着合规性检测)

  1. import torch
  2. import torch.nn as nn
  3. class LifeJacketKeypointModel(nn.Module):
  4.     def __init__(self, num_keypoints):
  5.         super().__init__()
  6.         self.backbone = torchvision.models.resnet18(pretrained=True)
  7.         self.deconv_layers = self._make_deconv_layer()
  8.         self.final_layer = nn.Conv2d(256, num_keypoints, kernel_size=1)
  9.         
  10.     def _make_deconv_layer(self):
  11.         layers = []
  12.         layers.append(nn.ConvTranspose2d(512, 256, kernel_size=4, stride=2, padding=1))
  13.         layers.append(nn.ReLU(inplace=True))
  14.         return nn.Sequential(*layers)
  15.         
  16.     def forward(self, x):
  17.         x = self.backbone.conv1(x)
  18.         x = self.backbone.bn1(x)
  19.         x = self.backbone.relu(x)
  20.         x = self.backbone.maxpool(x)
  21.         
  22.         x = self.backbone.layer1(x)
  23.         x = self.backbone.layer2(x)
  24.         x = self.backbone.layer3(x)
  25.         x = self.backbone.layer4(x)
  26.         
  27.         x = self.deconv_layers(x)
  28.         x = self.final_layer(x)
  29.         return x
复制代码
三、浮水衣识别数据集及下载链接

1. 常用公开数据集

2. 数据增强计谋

针对水上环境特点,推荐以下增强方式:
  1. from albumentations import (
  2.     Compose, RandomBrightnessContrast, HueSaturationValue,
  3.     MotionBlur, RandomRain, HorizontalFlip, Rotate
  4. )
  5. train_transform = Compose([
  6.     HorizontalFlip(p=0.5),
  7.     RandomBrightnessContrast(p=0.3),
  8.     HueSaturationValue(hue_shift_limit=20, sat_shift_limit=30, val_shift_limit=20, p=0.5),
  9.     MotionBlur(blur_limit=7, p=0.3),
  10.     RandomRain(drop_length=5, blur_value=3, p=0.1),
  11.     Rotate(limit=15, p=0.5)
  12. ])
复制代码
四、完整代码实现

以下是一个基于YOLOv5的浮水衣穿着状态识别系统完整实现:
  1. import torch
  2. import cv2
  3. import numpy as np
  4. from pathlib import Path
  5. import argparse
  6. class LifeJacketDetector:
  7.     def __init__(self, weights_path, conf_thres=0.5, iou_thres=0.45):
  8.         self.model = self.load_model(weights_path)
  9.         self.conf_thres = conf_thres
  10.         self.iou_thres = iou_thres
  11.         self.classes = ['no_lifejacket', 'proper_worn', 'improper_worn']
  12.         self.colors = [(0, 0, 255), (0, 255, 0), (255, 0, 0)]  # 红:未穿, 绿:正确, 蓝:错误
  13.         
  14.     def load_model(self, weights_path):
  15.         model = torch.hub.load('ultralytics/yolov5', 'custom', path=weights_path)
  16.         return model
  17.    
  18.     def detect(self, img):
  19.         # 推理
  20.         results = self.model(img)
  21.         pred = results.pred[0]
  22.         
  23.         # 后处理
  24.         detections = []
  25.         for *xyxy, conf, cls in pred:
  26.             if conf > self.conf_thres:
  27.                 x1, y1, x2, y2 = map(int, xyxy)
  28.                 class_id = int(cls)
  29.                 label = f"{self.classes[class_id]}: {conf:.2f}"
  30.                 detections.append({
  31.                     'bbox': [x1, y1, x2, y2],
  32.                     'class_id': class_id,
  33.                     'confidence': float(conf),
  34.                     'label': label
  35.                 })
  36.         return detections
  37.    
  38.     def draw_detections(self, img, detections):
  39.         for det in detections:
  40.             x1, y1, x2, y2 = det['bbox']
  41.             class_id = det['class_id']
  42.             label = det['label']
  43.             
  44.             # 绘制边界框
  45.             color = self.colors[class_id]
  46.             cv2.rectangle(img, (x1, y1), (x2, y2), color, 2)
  47.             
  48.             # 绘制标签背景
  49.             (w, h), _ = cv2.getTextSize(label, cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, 1)
  50.             cv2.rectangle(img, (x1, y1 - 20), (x1 + w, y1), color, -1)
  51.             
  52.             # 绘制标签文本
  53.             cv2.putText(img, label, (x1, y1 - 5),
  54.                        cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, (255,255,255), 1)
  55.         return img
  56. def main():
  57.     parser = argparse.ArgumentParser()
  58.     parser.add_argument('--source', type=str, default='0', help='视频源,0为摄像头')
  59.     parser.add_argument('--weights', type=str, required=True, help='模型权重路径')
  60.     args = parser.parse_args()
  61.    
  62.     # 初始化检测器
  63.     detector = LifeJacketDetector(args.weights)
  64.    
  65.     # 初始化视频源
  66.     cap = cv2.VideoCapture(0 if args.source == '0' else args.source)
  67.    
  68.     while True:
  69.         ret, frame = cap.read()
  70.         if not ret:
  71.             break
  72.             
  73.         # 检测救生衣
  74.         detections = detector.detect(frame)
  75.         
  76.         # 绘制结果
  77.         frame = detector.draw_detections(frame, detections)
  78.         
  79.         # 显示
  80.         cv2.imshow('Life Jacket Detection', frame)
  81.         
  82.         if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
  83.             break
  84.             
  85.     cap.release()
  86.     cv2.destroyAllWindows()
  87. if __name__ == '__main__':
  88.     main()
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五、优秀论文及资源

六、详细应用场景

1. 码头与渡轮安全检查

在搭客登船通道安装智能摄像头,主动识别未正确穿着浮水衣的人员,提醒工作人员进行干预,预防违规出海。
2. 游艇与邮轮监控系统

集成到船舶安全系统中,及时监控甲板上所有人员的浮水衣穿着状态,特殊在恶劣气候条件下主动触发警报。
3. 水上乐园安全管理

在漂流河、造浪池等地区部署,确保游客遵守安全规定,淘汰溺水事故风险。
4. 渔业作业羁系

通过渔船监控系统远程检查渔民浮水衣穿着环境,提升渔业安全生产羁系效率。
5. 无人机海岸巡逻

搭载视觉识别系统的巡逻无人机可快速扫描大片水域,识别未穿着浮水衣的游泳者或作业人员。
七、未来研究方向与改进方向

1. 当前技能挑战

2. 未来研究方向

3. 大概的改进方向

结语

浮水衣穿着状态智能识别技能是盘算机视觉在水上安全领域的重要应用,具有显著的社会代价和贸易潜力。随着算法不停进步和硬件性能提升,这类系统将变得更加精准、可靠和遍及。未来,我们有望看到这项技能与物联网、5G通信、边缘盘算等新兴技能深度融合,构建起全方位、智能化的水上安全防护网络,为掩护人类水上运动安全做出更大贡献。

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