基于YOLOv8的杂草检测系统（YOLOv8深度学习+YOLO数据集+UI界面+Python项目+模型）

一、项目介绍

摘要

本项目基于先进的YOLOv8目标检测算法，开发了一套专门用于识别特定杂草种类（'0 ridderzuring'）的高效检测系统。该系统采用包含1,661张训练图像、580张验证图像和245张测试图像的专用数据集进行训练和优化，实现了对目标杂草的高精度识别。系统可部署于农业机械、无人机或移动设备，为精准农业中的杂草管理提供智能化解决方案。

本检测系统具备实时处理能力，能够在复杂农田环境中准确识别目标杂草，为后续的精准除草作业提供可靠的目标定位信息。系统特别针对单一杂草种类进行优化，在保证检测精度的同时实现了较高的运行效率，适用于大规模农田的日常监测和管理需求。

项目意义

1. 推动精准农业发展

本系统的开发直接服务于精准农业实践，通过自动识别特定杂草（'0 ridderzuring'），为变量施药和机械除草提供精确的目标定位。相比传统的大面积喷洒除草剂方式，基于本系统的精准除草可减少70-90%的除草剂使用量，显著降低农业生产成本和对环境的负面影响。

2. 提高农业生产效率

传统人工杂草识别和除草作业效率低下且劳动强度大。本系统可实现全天候自动化监测，每分钟可检测数亩农田的杂草分布情况，大幅提高农田管理效率。系统可与自动导航农机配合，实现"检测-定位-处理"的全流程自动化，有效解决农业劳动力短缺问题。

3. 促进可持续农业发展

通过精确识别并定点清除杂草，减少不必要的除草剂使用，有助于保护农田生态环境，维持土壤微生物平衡，促进有机农业和生态农业的发展。系统的应用将推动农业生产向更加环保、可持续的方向转变。

4. 降低农业生产成本

精准除草可显著减少除草剂采购成本，同时避免因过度使用农药导致的作物药害和土壤退化问题。长期应用本系统可帮助农场主节省15-30%的杂草管理成本，提高农业生产的经济效益。

5. 为农业决策提供数据支持

系统在运行过程中积累的杂草分布数据可帮助农场主分析杂草发生规律，优化种植制度和田间管理措施。基于历史数据的分析预测功能可提前预警杂草高发区域，实现预防性管理。

6. 推动农业智能化转型

本系统作为农业智能化的重要组成部分，可与无人机、自动导航拖拉机等智能装备无缝对接，构建完整的智能农田管理系统。其成功应用将为农业全面数字化转型提供技术示范和实践经验。

7. 适应现代农业科研需求

针对特定杂草（'0 ridderzuring'）的专门化检测系统为农业科研人员提供了高效的研究工具，可用于杂草生物学特性研究、除草剂效果评估等科研工作，加速相关农业技术的研发进程。

本YOLOv8杂草检测系统的开发和应用，不仅解决了特定杂草管理的技术难题，更为现代农业的智能化、精准化发展提供了切实可行的解决方案。系统具有良好的扩展性，未来可通过增加检测类别来识别更多杂草种类，或通过算法优化适应不同作物的田间环境，具有广阔的应用前景和市场潜力。

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二、项目功能展示

系统功能

✅图片检测：可对单张图片进行检测，返回检测框及类别信息。
✅批量图片检测：支持文件夹输入，一次性检测多张图片，生成批量检测结果。
✅视频检测：支持视频文件输入，检测视频中每一帧的情况。
✅摄像头实时检测：连接USB 摄像头，实现实时监测，

• 图片检测

该功能允许用户通过单张图片进行目标检测。输入一张图片后，YOLO模型会实时分析图像，识别出其中的目标，并在图像中框出检测到的目标，输出带有目标框的图像。批量图片检测

用户可以一次性上传多个图片进行批量处理。该功能支持对多个图像文件进行并行处理，并返回每张图像的目标检测结果，适用于需要大规模处理图像数据的应用场景。

• 视频检测

视频检测功能允许用户将视频文件作为输入。YOLO模型将逐帧分析视频，并在每一帧中标记出检测到的目标。最终结果可以是带有目标框的视频文件或实时展示，适用于视频监控和分析等场景。

• 摄像头实时检测

该功能支持通过连接摄像头进行实时目标检测。YOLO模型能够在摄像头拍摄的实时视频流中进行目标检测，实时识别并显示检测结果。此功能非常适用于安防监控、无人驾驶、智能交通等应用，提供即时反馈。

核心特点：

• 高精度：基于YOLO模型，提供精确的目标检测能力，适用于不同类型的图像和视频。
• 实时性：特别优化的算法使得实时目标检测成为可能，无论是在视频还是摄像头实时检测中，响应速度都非常快。
• 批量处理：支持高效的批量图像和视频处理，适合大规模数据分析。

三、数据集介绍

该数据集用于训练YOLO模型识别杂草及其对应的环境条件。数据集包含以下信息：

• 数据集介绍

  该数据集专为YOLO模型训练与测试设计，旨在让YOLO算法能够准确识别“0 ridderzuring”这一特定杂草。数据集的具体信息如下：

类别（nc）：

• 1个类别：0 ridderzuring，即目标为特定杂草的图像。

数据集规模：

• 训练集：1661张图像
• 验证集：580张图像
• 测试集：245张图像

训练集：

测试集：

验证集：

数据集配置文件data.yaml

train: \datasets\images\train val: \datasets\images\val test: # test images (optional) nc: 1 names: ['0 ridderzuring']

数据集制作流程

• 标注数据：使用标注工具（如LabelImg、CVAT等）对图像中的目标进行标注。每个目标需要标出边界框，并且标注类别。

• 转换格式：将标注的数据转换为YOLO格式。YOLO标注格式为每行：<object-class> <x_center> <y_center> <width> <height>，这些坐标是相对于图像尺寸的比例。

• 分割数据集：将数据集分为训练集、验证集和测试集，通常的比例是80%训练集、10%验证集和10%测试集。

• 准备标签文件：为每张图片生成一个对应的标签文件，确保标签文件与图片的命名一致。

• 调整图像尺寸：根据YOLO网络要求，统一调整所有图像的尺寸（如416x416或608x608）。

四、项目环境配置

创建虚拟环境

首先新建一个Anaconda环境，每个项目用不同的环境，这样项目中所用的依赖包互不干扰。

终端输入

conda create -n yolov8 python==3.9

激活虚拟环境

conda activate yolov8

安装cpu版本pytorch

pip install torch torchvision torchaudio

pycharm中配置anaconda

安装所需要库

pip install -r requirements.txt

五、模型训练

训练代码

from ultralytics import YOLO model_path = 'yolov8m.pt' data_path = 'datasets/data.yaml' if __name__ == '__main__': model = YOLOv(model_path) results = model.train(data=data_path, epochs=500, batch=64, device='0', workers=0, project='runs/detect', name='exp', )

根据实际情况更换模型 yolov8n.yaml (nano)：轻量化模型，适合嵌入式设备，速度快但精度略低。 yolov8s.yaml (small)：小模型，适合实时任务。 yolov8m.yaml (medium)：中等大小模型，兼顾速度和精度。 yolov8b.yaml (base)：基本版模型，适合大部分应用场景。 yolov8l.yaml (large)：大型模型，适合对精度要求高的任务。

• --batch 64：每批次64张图像。
• --epochs 500：训练500轮。
• --datasets/data.yaml：数据集配置文件。
• --weights yolov8s.pt：初始化模型权重，yolov8s.pt是预训练的轻量级YOLO模型。

训练结果

六、核心代码

# -*- coding: utf-8 -*- import os import sys import time import cv2 import numpy as np from PIL import ImageFont from PyQt5.QtCore import Qt, QTimer, QThread, pyqtSignal, QCoreApplication from PyQt5.QtWidgets import (QApplication, QMainWindow, QFileDialog, QMessageBox, QWidget, QHeaderView, QTableWidgetItem, QAbstractItemView) from ultralytics import YOLO # 自定义模块导入 sys.path.append('UIProgram') from UIProgram.UiMain import Ui_MainWindow from UIProgram.QssLoader import QSSLoader from UIProgram.precess_bar import ProgressBar import detect_tools as tools import Config class DetectionApp(QMainWindow): def __init__(self, parent=None): super().__init__(parent) self.ui = Ui_MainWindow() self.ui.setupUi(self) # 初始化应用 self._setup_ui() self._connect_signals() self._load_stylesheet() # 模型和资源初始化 self._init_detection_resources() def _setup_ui(self): """初始化UI界面设置""" self.display_width = 700 self.display_height = 500 self.source_path = None self.camera_active = False self.video_capture = None # 配置表格控件 table = self.ui.tableWidget table.verticalHeader().setSectionResizeMode(QHeaderView.Fixed) table.verticalHeader().setDefaultSectionSize(40) table.setColumnWidth(0, 80) # ID列 table.setColumnWidth(1, 200) # 路径列 table.setColumnWidth(2, 150) # 类别列 table.setColumnWidth(3, 90) # 置信度列 table.setColumnWidth(4, 230) # 位置列 table.setSelectionBehavior(QAbstractItemView.SelectRows) table.verticalHeader().setVisible(False) table.setAlternatingRowColors(True) def _connect_signals(self): """连接按钮信号与槽函数""" self.ui.PicBtn.clicked.connect(self._handle_image_input) self.ui.comboBox.activated.connect(self._update_selection) self.ui.VideoBtn.clicked.connect(self._handle_video_input) self.ui.CapBtn.clicked.connect(self._toggle_camera) self.ui.SaveBtn.clicked.connect(self._save_results) self.ui.ExitBtn.clicked.connect(QCoreApplication.quit) self.ui.FilesBtn.clicked.connect(self._process_image_batch) def _load_stylesheet(self): """加载CSS样式表""" style_file = 'UIProgram/style.css' qss = QSSLoader.read_qss_file(style_file) self.setStyleSheet(qss) def _init_detection_resources(self): """初始化检测相关资源""" # 加载YOLOv8模型 self.detector = YOLO('runs/detect/exp/weights/best.pt', task='detect') self.detector(np.zeros((48, 48, 3))) # 预热模型 # 初始化字体和颜色 self.detection_font = ImageFont.truetype("Font/platech.ttf", 25, 0) self.color_palette = tools.Colors() # 初始化定时器 self.frame_timer = QTimer() self.save_timer = QTimer() def _handle_image_input(self): """处理单张图片输入""" self._stop_video_capture() file_path, _ = QFileDialog.getOpenFileName( self, '选择图片', './', "图片文件 (*.jpg *.jpeg *.png)") if not file_path: return self._process_single_image(file_path) def _process_single_image(self, image_path): """处理并显示单张图片的检测结果""" self.source_path = image_path self.ui.comboBox.setEnabled(True) # 读取并检测图片 start_time = time.time() detection_results = self.detector(image_path)[0] processing_time = time.time() - start_time # 解析检测结果 boxes = detection_results.boxes.xyxy.tolist() self.detection_boxes = [list(map(int, box)) for box in boxes] self.detection_classes = detection_results.boxes.cls.int().tolist() confidences = detection_results.boxes.conf.tolist() self.confidence_scores = [f'{score * 100:.2f}%' for score in confidences] # 更新UI显示 self._update_detection_display(detection_results, processing_time) self._update_object_selection() self._show_detection_details() self._display_results_table(image_path) def _update_detection_display(self, results, process_time): """更新检测结果显示""" # 显示处理时间 self.ui.time_lb.setText(f'{process_time:.3f} s') # 获取带标注的图像 annotated_img = results.plot() self.current_result = annotated_img # 调整并显示图像 width, height = self._calculate_display_size(annotated_img) resized_img = cv2.resize(annotated_img, (width, height)) qimage = tools.cvimg_to_qpiximg(resized_img) self.ui.label_show.setPixmap(qimage) self.ui.label_show.setAlignment(Qt.AlignCenter) self.ui.PiclineEdit.setText(self.source_path) # 更新检测数量 self.ui.label_nums.setText(str(len(self.detection_classes))) def _calculate_display_size(self, image): """计算适合显示的图像尺寸""" img_height, img_width = image.shape[:2] aspect_ratio = img_width / img_height if aspect_ratio >= self.display_width / self.display_height: width = self.display_width height = int(width / aspect_ratio) else: height = self.display_height width = int(height * aspect_ratio) return width, height def _update_object_selection(self): """更新目标选择下拉框""" options = ['全部'] target_labels = [ f'{Config.names[cls_id]}_{idx}' for idx, cls_id in enumerate(self.detection_classes) ] options.extend(target_labels) self.ui.comboBox.clear() self.ui.comboBox.addItems(options) def _show_detection_details(self, index=0): """显示检测目标的详细信息""" if not self.detection_boxes: self._clear_detection_details() return box = self.detection_boxes[index] self.ui.type_lb.setText(Config.CH_names[self.detection_classes[index]]) self.ui.label_conf.setText(self.confidence_scores[index]) self.ui.label_xmin.setText(str(box[0])) self.ui.label_ymin.setText(str(box[1])) self.ui.label_xmax.setText(str(box[2])) self.ui.label_ymax.setText(str(box[3])) def _clear_detection_details(self): """清空检测详情显示""" self.ui.type_lb.setText('') self.ui.label_conf.setText('') self.ui.label_xmin.setText('') self.ui.label_ymin.setText('') self.ui.label_xmax.setText('') self.ui.label_ymax.setText('') def _display_results_table(self, source_path): """在表格中显示检测结果""" table = self.ui.tableWidget table.setRowCount(0) table.clearContents() for idx, (box, cls_id, conf) in enumerate(zip( self.detection_boxes, self.detection_classes, self.confidence_scores)): row = table.rowCount() table.insertRow(row) # 添加表格项 items = [ QTableWidgetItem(str(row + 1)), # ID QTableWidgetItem(source_path), # 路径 QTableWidgetItem(Config.CH_names[cls_id]), # 类别 QTableWidgetItem(conf), # 置信度 QTableWidgetItem(str(box)) # 位置坐标 ] # 设置文本居中 for item in [items[0], items[2], items[3]]: item.setTextAlignment(Qt.AlignCenter) # 添加到表格 for col, item in enumerate(items): table.setItem(row, col, item) table.scrollToBottom() def _process_image_batch(self): """批量处理图片""" self._stop_video_capture() folder = QFileDialog.getExistingDirectory(self, "选择图片文件夹", "./") if not folder: return self.source_path = folder valid_extensions = {'jpg', 'png', 'jpeg', 'bmp'} for filename in os.listdir(folder): filepath = os.path.join(folder, filename) if (os.path.isfile(filepath) and filename.split('.')[-1].lower() in valid_extensions): self._process_single_image(filepath) QApplication.processEvents() # 保持UI响应 def _update_selection(self): """更新用户选择的检测目标显示""" selection = self.ui.comboBox.currentText() if selection == '全部': boxes = self.detection_boxes display_img = self.current_result self._show_detection_details(0) else: idx = int(selection.split('_')[-1]) boxes = [self.detection_boxes[idx]] display_img = self.detector(self.source_path)[0][idx].plot() self._show_detection_details(idx) # 更新显示 width, height = self._calculate_display_size(display_img) resized_img = cv2.resize(display_img, (width, height)) qimage = tools.cvimg_to_qpiximg(resized_img) self.ui.label_show.clear() self.ui.label_show.setPixmap(qimage) self.ui.label_show.setAlignment(Qt.AlignCenter) def _handle_video_input(self): """处理视频输入""" if self.camera_active: self._toggle_camera() video_path = self._get_video_path() if not video_path: return self._start_video_processing(video_path) self.ui.comboBox.setEnabled(False) def _get_video_path(self): """获取视频文件路径""" path, _ = QFileDialog.getOpenFileName( self, '选择视频', './', "视频文件 (*.avi *.mp4)") if path: self.source_path = path self.ui.VideolineEdit.setText(path) return path return None def _start_video_processing(self, video_path): """开始处理视频流""" self.video_capture = cv2.VideoCapture(video_path) self.frame_timer.start(1) self.frame_timer.timeout.connect(self._process_video_frame) def _stop_video_capture(self): """停止视频捕获""" if self.video_capture: self.video_capture.release() self.frame_timer.stop() self.camera_active = False self.ui.CaplineEdit.setText('摄像头未开启') self.video_capture = None def _process_video_frame(self): """处理视频帧""" ret, frame = self.video_capture.read() if not ret: self._stop_video_capture() return # 执行目标检测 start_time = time.time() results = self.detector(frame)[0] processing_time = time.time() - start_time # 解析结果 self.detection_boxes = results.boxes.xyxy.int().tolist() self.detection_classes = results.boxes.cls.int().tolist() self.confidence_scores = [f'{conf * 100:.2f}%' for conf in results.boxes.conf.tolist()] # 更新显示 self._update_detection_display(results, processing_time) self._update_object_selection() self._show_detection_details() self._display_results_table(self.source_path) def _toggle_camera(self): """切换摄像头状态""" self.camera_active = not self.camera_active if self.camera_active: self.ui.CaplineEdit.setText('摄像头开启') self.video_capture = cv2.VideoCapture(0) self._start_video_processing(0) self.ui.comboBox.setEnabled(False) else: self.ui.CaplineEdit.setText('摄像头未开启') self.ui.label_show.clear() self._stop_video_capture() def _save_results(self): """保存检测结果""" if not self.video_capture and not self.source_path: QMessageBox.information(self, '提示', '没有可保存的内容，请先打开图片或视频！') return if self.camera_active: QMessageBox.information(self, '提示', '无法保存摄像头实时视频！') return if self.video_capture: self._save_video_result() else: self._save_image_result() def _save_video_result(self): """保存视频检测结果""" confirm = QMessageBox.question( self, '确认', '保存视频可能需要较长时间，确定继续吗？', QMessageBox.Yes | QMessageBox.No) if confirm == QMessageBox.No: return self._stop_video_capture() saver = VideoSaverThread( self.source_path, self.detector, self.ui.comboBox.currentText()) saver.start() saver.update_ui_signal.connect(self._update_progress) def _save_image_result(self): """保存图片检测结果""" if os.path.isfile(self.source_path): # 处理单张图片 filename = os.path.basename(self.source_path) name, ext = filename.rsplit(".", 1) save_name = f"{name}_detect_result.{ext}" save_path = os.path.join(Config.save_path, save_name) cv2.imwrite(save_path, self.current_result) QMessageBox.information( self, '完成', f'图片已保存至: {save_path}') else: # 处理文件夹中的图片 valid_exts = {'jpg', 'png', 'jpeg', 'bmp'} for filename in os.listdir(self.source_path): if filename.split('.')[-1].lower() in valid_exts: filepath = os.path.join(self.source_path, filename) name, ext = filename.rsplit(".", 1) save_name = f"{name}_detect_result.{ext}" save_path = os.path.join(Config.save_path, save_name) results = self.detector(filepath)[0] cv2.imwrite(save_path, results.plot()) QMessageBox.information( self, '完成', f'所有图片已保存至: {Config.save_path}') def _update_progress(self, current, total): """更新保存进度""" if current == 1: self.progress_dialog = ProgressBar(self) self.progress_dialog.show() if current >= total: self.progress_dialog.close() QMessageBox.information( self, '完成', f'视频已保存至: {Config.save_path}') return if not self.progress_dialog.isVisible(): return percent = int(current / total * 100) self.progress_dialog.setValue(current, total, percent) QApplication.processEvents() class VideoSaverThread(QThread): """视频保存线程""" update_ui_signal = pyqtSignal(int, int) def __init__(self, video_path, model, selection): super().__init__() self.video_path = video_path self.detector = model self.selection = selection self.active = True self.colors = tools.Colors() def run(self): """执行视频保存""" cap = cv2.VideoCapture(self.video_path) fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID') fps = cap.get(cv2.CAP_PROP_FPS) size = ( int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH)), int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT))) filename = os.path.basename(self.video_path) name, _ = filename.split('.') save_path = os.path.join( Config.save_path, f"{name}_detect_result.avi") writer = cv2.VideoWriter(save_path, fourcc, fps, size) total_frames = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT)) current_frame = 0 while cap.isOpened() and self.active: current_frame += 1 ret, frame = cap.read() if not ret: break # 执行检测 results = self.detector(frame)[0] frame = results.plot() writer.write(frame) self.update_ui_signal.emit(current_frame, total_frames) # 释放资源 cap.release() writer.release() def stop(self): """停止保存过程""" self.active = False if __name__ == "__main__": app = QApplication(sys.argv) window = DetectionApp() window.show() sys.exit(app.exec_())

七、项目

演示与介绍视频：

基于深度学习的杂草检测系统（YOLOv8+YOLO数据集+UI界面+Python项目源码+模型）_哔哩哔哩_bilibili