【yolov3目标检测】(3) opencv+yolov3 检测交通路况，附python完整代码

各位同学好，今天和大家分享一下如何使用 opencv 调用 yolov3 模型，加载网络权重，很方便地实现 yolov3 目标检测。先放张图看效果。

使用的网上找的行车记录仪视频做测试，数据集采用COCO数据集，检测效果还是不错的。

---

1. 预先准备

首先需要导入 COCO 数据集的分类名文件 'coco.names'，以及yolov3的网络结构 'yolo.cfg'，网络的权重参数 'yolo.weights'，这些文件以及本案例的代码我给大家都提供好了，有需要的自取。

链接：https://pan.baidu.com/s/12iPJTjiN7SIBJ7hpHomn_w 

提取码：p548

yolov3 使用 Darknet53 网络模型，这个网络我之前复现过，感兴趣的可以看一下：https://blog.csdn.net/dgvv4/article/details/121997986

使用 cv2.dnn.readNetFromDarknet() 从opencv中读取网络模型，传入网络结构和权重参数。

由于我这个视频比较短，因此设置视频重复播放，使用 cv2.CAP_PROP_POS_FRAMES 获取当前视频所在第几帧，使用 cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT 获取该视频一共有多少帧。如果播放到了最后一帧，那就让当前帧=0，从头开始。

代码如下，net 配置完成，播放视频图像。

import numpy as np
import cv2
import time

#（1）加载预训练的COCO数据集
classesFile = 'coco.names'  # 指定coco数据集分类名所在路径
classNames = []  # 创建列表，存放coco数据集的分类名称

# 打开数据集名称的文件
with open(classesFile, 'rt') as f:  #读取文本文件
    classNames = f.read().rstrip('\n').split('\n')  # 通过换行符来拆分，再读入

# 加载yolov3结构cfg文件
modelConfiguration = 'yolov3.cfg'
# 加载yolov3网络权重
modelWeights = 'yolov3.weights'

#（2）构建网络结构
# 导入darknet53网络，传入cfg文件和网络权重
net = cv2.dnn.readNetFromDarknet(modelConfiguration, modelWeights)
# 申明使用opencv作为后端
net.setPreferableBackend(cv2.dnn.DNN_BACKEND_OPENCV)
# 申明使用CPU计算
net.setPreferableTarget(cv2.dnn.DNN_TARGET_CPU)

#（3）获取摄像头
videoFile = 'C:\\GameDownload\\Deep Learning\\yolov3video.mp4'
cap = cv2.VideoCapture(videoFile) # 0代表电脑自带的摄像头,代表外接摄像头 

pTime = 0  # 设置第一帧开始处理的起始时间

#（4）处理帧图像
while True:
    
    # 接收图片是否导入成功、帧图像
    success, img = cap.read()
    
    # 改变图像大小
    img = cv2.resize(img, (1280,720))
    
    # 视频较短，循环播放
    if cap.get(cv2.CAP_PROP_POS_FRAMES) == cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT):
        
        # 如果当前帧==总帧数，那就重置当前帧为0
        cap.set(cv2.CAP_PROP_POS_FRAMES, 0)
    
    #（5）显示图像
    # 查看FPS
    cTime = time.time() #处理完一帧图像的时间
    fps = 1/(cTime-pTime)
    pTime = cTime  #重置起始时间
    
    # 在视频上显示fps信息，先转换成整数再变成字符串形式，文本显示坐标，文本字体，文本大小
    cv2.putText(img, str(int(fps)), (70,50), cv2.FONT_HERSHEY_PLAIN, 3, (255,0,0), 3)  
    
    # 显示图像，输入窗口名及图像数据
    cv2.imshow('img', img)    
    if cv2.waitKey(20) & 0xFF==27:  #每帧滞留20毫秒后消失，ESC键退出
        break

# 释放视频资源
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

---

2. 获取检测框信息

2.1 确定输入及输出

先看下面代码中的第（6）步，图像传入神经网络之前先进行预处理 cv2.dnn.blobFromImage()，包括减均值，比例缩放，裁剪，交换通道等，返回一个4通道的blob（blob可以简单理解为一个N维的数组）。之后使用 net.setInput() 将blob类型图像作为网络输入。

cv2.dnn.blobFromImage(img, scalefactor, size, mean, swapRB, crop, ddepth)

'''
image： 输入图像
scalefactor： 图像各通道数值的缩放比例，默认=1
size： 输出图像的空间尺寸,如size=(200,300)表示高h=300,宽w=200
mean： 用于各通道减去的值，以降低光照的影响，
       例：(image为BGR的3通道的图像，mean=[104.0, 177.0, 123.0]，表示B通道的值-104，G-177，R-123)
swapRB： 交换RB通道，默认为False。(cv2.imread读取的是彩图是BGR通道)
crop： 图像裁剪，默认为False。当值为True时，先按比例缩放，然后从中心裁剪成size尺寸
ddepth： 输出的图像深度，可选CV_32F 或者 CV_8U.
'''

由下图的 Darknet53 网络结构图可知，网络有三个输出层，输出的shape分别为 [52,52,255] 用于预测小目标，[26,26,255] 用于预测中等大小的目标，[13,13,255] 用于预测大目标。因此我们通过 net.getUnconnectedOutLayers() 就能知道这三个输出层处于网络中的第几层，得到的返回结果是 [200, 227, 254]。通过 net.getLayerNames() 只要输入层的索引就能得到该索引所对应的层的名称。得到输出层的层名称后，将其传入 net.forward() 中，就能找到输出层的输出结果。

到这里就完成了网络模型的输入 blob，得到了模型的三个输出 outputs，打印输出结果的相关信息如下。以 outputs[0].shape =（300，85）为例， 300代表检测框的数量，85代表：中心点坐标 x，y；框的宽高 w，h；置信度 c；80 个分类各自的概率

print(outputs[0].shape)  # (300, 85) 
print(outputs[1].shape)  # (1200, 85)
print(outputs[2].shape)  # (4800, 85)
print(outputs[0][0])  # 打印第0个检测框所包含的信息

'''
(300, 85)
(1200, 85)
(4800, 85)
[4.9195103e-02 5.5935599e-02 6.5290880e-01 1.8459144e-01 8.2010246e-08
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00
 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00 0.0000000e+00]
'''

---

2.2 获取检测框信息

接下来我们就看到下面代码中的第（4）步，现在有了每个区域的预测结果 outputs，需要从中找到和每个物体对应的最合适的检测框。

注意一下，img.shape 是先指定图像的高，再指定宽，(h, w, c)，不要搞错了。

其中 output 遍历三个输出层，每个输出层包含n个检测框，每个框包含85项信息。det 遍历每一层的n个检测框，det 包含85项信息。我们需要找到每个框属于哪个分类，以及该框属于该分类的概率 confidence。如果该分类概率大于阈值 confThreshold 证明找到了，这时候就将该框的左上角坐标(x,y)，框的宽w和高h，及置信度 confidence 保存下来。

这里需要注意的是，每个框的85项信息中的其四个信息：中心坐标和宽高，都是归一化之后的比例坐标和比例宽高。需要将比例宽高乘上原图像宽高才能得到检测框的真实宽高。

在第二节的代码中补充。

import numpy as np
import cv2
import time

#（1）加载预训练的COCO数据集
classesFile = 'coco.names'  # 指定coco数据集分类名所在路径
classNames = []  # 创建列表，存放coco数据集的分类名称

# 打开数据集名称的文件
with open(classesFile, 'rt') as f:  #读取文本文件
    classNames = f.read().rstrip('\n').split('\n')  # 通过换行符来拆分，再读入

# 加载yolov3结构cfg文件
modelConfiguration = 'yolov3.cfg'
# 加载yolov3网络权重
modelWeights = 'yolov3.weights'

# 确定输入图像的宽和高
wInput, hInput = 320, 320

# 自定义目标检测的最小置信度
confThreshold = 0.5

#（2）构建网络结构
# 导入darknet53网络，传入cfg文件和网络权重
net = cv2.dnn.readNetFromDarknet(modelConfiguration, modelWeights)
# 申明使用opencv作为后端
net.setPreferableBackend(cv2.dnn.DNN_BACKEND_OPENCV)
# 申明使用CPU计算
net.setPreferableTarget(cv2.dnn.DNN_TARGET_CPU)

#（3）获取摄像头
videoFile = 'C:\\GameDownload\\Deep Learning\\trafficvideo2.mp4'
cap = cv2.VideoCapture(videoFile) # 0代表电脑自带的摄像头,代表外接摄像头 

pTime = 0  # 设置第一帧开始处理的起始时间

#（4）定义函数用于检测目标，获取检测框信息，以及分类类别
def findObjects(outputs, img):
    
    # 图像的高度、宽度、通道数
    hT, wT, cT = img.shape
    
    # 定义一个列表存放检测框的中心点坐标和宽高
    bbox = []
    # 定义列表存放分类的名称的索引
    classIds = []
    # 定义列表存放置信度
    confs = [] # 如果找到目标了，就将检测框的信息存放起来
    
    # 遍历三个输出层
    for output in outputs:
        
        # 遍历输出层的85项信息
        for det in output:  # det是数组类型
            
            # 在80个分类中找到哪个分类的值是最高的
            score = det[5:]  # 忽略检测框的x,y,w,h,c
            
            # 找到分类值最大对应的索引号
            classId = np.argmax(score)
            
            # 找到分类概率最大值的索引对应的值
            confidence = score[classId]
            
            # 如果检测置信度大于规定的阈值，表明检测到了物体
            if confidence > confThreshold:
                
                # 记录检测框的宽和高，这里的宽高是归一化之后的比例宽度和高度
                w, h = int(det[2]*wT), int(det[3]*hT)  # 比例宽高转为像素宽高，像素宽高是整数
                
                # 记录检测框的左上角坐标
                x, y = det[0]*wT-w//2, det[1]*hT-h//2
                
                # 将检测框的信息保存起来
                bbox.append([x, y, w, h])
                # 将目标属于哪个类别的索引保存下来
                classIds.append(classId)
                # 保存检测框的置信度，检测出某个目标的概率
                confs.append(float(confidence))
    
    # 打印检测框信息
    print('classids:', classIds, 'confidence:', confs, 'bbox:', bbox)
    
#（5）处理帧图像
while True:
    
    # 接收图片是否导入成功、帧图像
    success, img = cap.read()
    
    # 改变图像大小
    img = cv2.resize(img, (1280,720))
    
    # 视频较短，循环播放
    if cap.get(cv2.CAP_PROP_POS_FRAMES) == cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT):
        
        # 如果当前帧==总帧数，那就重置当前帧为0
        cap.set(cv2.CAP_PROP_POS_FRAMES, 0)
    
    #（6）将img图片转换成blob块类型，网络只接受这种类型
    # 输入img图像，，图像宽w高h，默认参数[0,0,0]，，
    blob = cv2.dnn.blobFromImage(img, 1/255, (wInput,hInput), [0,0,0], 1, crop=False)
    
    # 将转换类型后的图像作为输入数据
    net.setInput(blob)
    
    # 获得网络各层的名称，由于网络会输出最后三层的结果，用于定位输出层
    layerNames = net.getLayerNames()  # 得到网络所有层的名称
    
    # 提取输出层，返回输出层是第几层，层数是从1开始，索引是从0开始
    # net.getUnconnectedOutLayers()  # [200, 227, 254]
    
    outputNames = []  # 存放输出层名称
    
    # 得到输出层在网络中属于第几层
    for outindex in net.getUnconnectedOutLayers():
        
        # 得到输出层的名称，outindex是第几层（从1开始），传入的是索引（从0开始）
        outputNames.append(layerNames[outindex-1])
    
    # 获取输出层返回结果
    outputs = net.forward(outputNames)
    
    print(outputs[0].shape)  # (300, 85)  300代表检测框的数量，85代表：中心点坐标x,y,框的宽高w,h,置信度c,80个分类各自的概率
    print(outputs[1].shape)  # (1200, 85)
    print(outputs[2].shape)  # (4800, 85)
    print(outputs[0][0])  # 打印第0个检测框所包含的信息
    
    #（7）目标检测
    findObjects(outputs, img)    
    
    #（8）显示图像
    # 查看FPS
    cTime = time.time() #处理完一帧图像的时间
    fps = 1/(cTime-pTime)
    pTime = cTime  #重置起始时间
    
    # 在视频上显示fps信息，先转换成整数再变成字符串形式，文本显示坐标，文本字体，文本大小
    cv2.putText(img, str(int(fps)), (70,50), cv2.FONT_HERSHEY_PLAIN, 3, (255,0,0), 3)  
    
    # 显示图像，输入窗口名及图像数据
    cv2.namedWindow("img", 0)  # 窗口大小可调整
    cv2.imshow('img', img)    
    if cv2.waitKey(20) & 0xFF==27:  #每帧滞留20毫秒后消失，ESC键退出
        break

# 释放视频资源
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

打印得到的检测框信息

classids: [2, 7, 7, 2, 2, 2, 2, 2, 2] 
confidence: [0.8474083542823792, 0.6886539459228516, 0.7003887891769409, 0.9768345952033997, 0.7150803804397583, 0.7982962131500244, 0.7913717031478882, 0.9718230962753296, 0.8747612833976746] 
bbox: [[769.3665313720703, 398.1743869781494, 110, 88], [348.8137969970703, 387.51572608947754, 98, 70], [347.2083282470703, 388.56964111328125, 101, 71], [453.0018081665039, 409.030611038208, 32, 26], [625.3595275878906, 397.98907947540283, 67, 57], [681.5968627929688, 405.41797828674316, 37, 36], [694.1919250488281, 410.92028617858887, 37, 30], [760.8668212890625, 402.86146450042725, 124, 75], [777.7303924560547, 401.2068338394165, 112, 77]]

---

3. 显示预测框，完成目标检测

进行完上面的操作后，我们现在得到一个物体上可能有很多的检测框都满足条件，接下来采用 NMS 非极大值抑制 cv2.dnn.NMSBoxes()，搜索出局部最大值，将置信度最大的框保存，其余剔除，确保每个目标至少有一个框。

cv2.dnn.NMSBoxes(bboxes, scores, score_threshold, nms_threshold, eta=None, top_k=None)

'''
bboxes：检测框信息 [x,y,w,h]
scores：每个待处理检测框的置信度
score_threshold：用于过滤检测框的置信度阈值
nms_threshold：NMS阈值
eta：自适应阈值公式中的相关系数
top_k: 如果 top_k>0，则保留最多 top_k 个边界框索引值
'''

接下去就能使用矩形框绘制函数 cv2.rectangle() 把每个检测框绘制出来。

在上一节的代码中补充。

import numpy as np
import cv2
import time

#（1）加载预训练的COCO数据集
classesFile = 'C:\\Users\\admin\\.spyder-py3\\test\\机器视觉\\yolov3\\coco.names'  # 指定coco数据集分类名所在路径
classNames = []  # 创建列表，存放coco数据集的分类名称

# 打开数据集名称的文件
with open(classesFile, 'rt') as f:  #读取文本文件
    classNames = f.read().rstrip('\n').split('\n')  # 通过换行符来拆分，再读入

# 加载yolov3结构cfg文件
modelConfiguration = 'yolov3.cfg'
# 加载yolov3网络权重
modelWeights = 'yolov3.weights'

# 确定输入图像的宽和高
wInput, hInput = 320, 320

# 自定义目标检测的最小置信度
confThreshold = 0.5

# 自定义非极大值抑制的参数
nms_threshold = 0.3

#（2）构建网络结构
# 导入darknet53网络，传入cfg文件和网络权重
net = cv2.dnn.readNetFromDarknet(modelConfiguration, modelWeights)
# 申明使用opencv作为后端
net.setPreferableBackend(cv2.dnn.DNN_BACKEND_OPENCV)
# 申明使用CPU计算
net.setPreferableTarget(cv2.dnn.DNN_TARGET_CPU)

#（3）获取摄像头
videoFile = 'C:\\GameDownload\\Deep Learning\\trafficvideo1.mp4'
cap = cv2.VideoCapture(videoFile) # 0代表电脑自带的摄像头,代表外接摄像头 

#（4）定义函数用于检测目标，获取检测框信息，以及分类类别
def findObjects(outputs, img):
    
    # 图像的高度、宽度、通道数
    hT, wT, cT = img.shape  # 先保存高度，再保存宽度
    
    # 定义一个列表存放检测框的中心点坐标和宽高
    bbox = []
    # 定义列表存放分类的名称的索引
    classIds = []
    # 定义列表存放置信度
    confs = [] # 如果找到目标了，就将检测框的信息存放起来
    
    # 遍历三个输出层
    for output in outputs:
        
        # 遍历输出层的85项信息
        for det in output:  # det是数组类型
            
            # 在80个分类中找到哪个分类的值是最高的
            score = det[5:]  # 忽略检测框的x,y,w,h,c
            
            # 找到分类值最大对应的索引号
            classId = np.argmax(score)
            
            # 找到分类概率最大值的索引对应的值
            confidence = score[classId]
            
            # 如果检测置信度大于规定的阈值，表明检测到了物体
            if confidence > confThreshold:
                
                # 记录检测框的宽和高，这里的宽高是归一化之后的比例宽度和高度
                w, h = int(det[2]*wT), int(det[3]*hT)  # 比例宽高转为像素宽高，像素宽高是整数
                
                # 记录检测框的左上角坐标
                x, y = int(det[0]*wT-w/2), int(det[1]*hT-h/2)
                
                # 将检测框的信息保存起来
                bbox.append([x, y, w, h])
                # 将目标属于哪个类别的索引保存下来
                classIds.append(classId)
                # 保存检测框的置信度，检测出某个目标的概率
                confs.append(float(confidence))

    #（5）消除重叠的矩形框，非极大值抑制
    indices = cv2.dnn.NMSBoxes(bbox, confs, confThreshold, nms_threshold)  # 返回检测框的索引 
    
    # 遍历索引绘制矩形框
    for i in indices:
  
        # 在所有包含目标的矩形框中找到最符合的矩形框
        box = bbox[i]
        
        # 提取矩形框的信息
        x, y, w, h = box[0], box[1], box[2], box[3]
        
        # 绘制矩形框
        cv2.rectangle(img, (x,y), (x+w,y+h), (255,255,0), 2)
        
        # 显示文本
        cv2.putText(img, f'{classNames[classIds[i]]}',
                    (x,y+h+18), cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.8, (0,255,0), 2)
        
        cv2.putText(img, f'{int(confs[i]*100)}%',
                    (x,y-8), cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX, 0.8, (0,0,255), 2)  

#（6）处理帧图像
while True:
    
    # 接收图片是否导入成功、帧图像
    success, img = cap.read()
    
    # 改变图像大小
    img = cv2.resize(img, (1280,720))
    
    # 视频较短，循环播放
    if cap.get(cv2.CAP_PROP_POS_FRAMES) == cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT):
        
        # 如果当前帧==总帧数，那就重置当前帧为0
        cap.set(cv2.CAP_PROP_POS_FRAMES, 0)
    
    #（7）将img图片转换成blob块类型，网络只接受这种类型
    # 输入img图像，，图像宽w高h，默认参数[0,0,0]，，
    blob = cv2.dnn.blobFromImage(img, 1/255, (wInput,hInput), [0,0,0], 1, crop=False)
    
    # 将转换类型后的图像作为输入数据
    net.setInput(blob)
    
    # 获得网络各层的名称，由于网络会输出最后三层的结果，用于定位输出层
    layerNames = net.getLayerNames()  # 得到网络所有层的名称
    
    # 提取输出层，返回输出层是第几层，层数是从1开始，索引是从0开始
    # net.getUnconnectedOutLayers()  # [200, 227, 254]
    
    outputNames = []  # 存放输出层名称
    
    # 得到输出层在网络中属于第几层
    for outindex in net.getUnconnectedOutLayers():
        
        # 得到输出层的名称，outindex是第几层（从1开始），传入的是索引（从0开始）
        outputNames.append(layerNames[outindex-1])
    
    # 获取输出层返回结果
    outputs = net.forward(outputNames)
    
    #（8）目标检测
    findObjects(outputs, img)    
    
    #（9）显示图像    
    # 显示图像，输入窗口名及图像数据
    cv2.namedWindow("img", 0)  # 窗口大小可调整
    cv2.imshow('img', img)    
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF==27:  #每帧滞留20毫秒后消失，ESC键退出
        break

# 释放视频资源
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

检测结果如下：