基于YOLOv8与ByteTrack的车辆检测追踪与流量计数系统【python源码+Pyqt5界面+数据集+训练代码】深度学习实战、目标追踪、车辆检测追踪、过线计数、流量统计（2）

基于YOLOv8与ByteTrack的车辆检测追踪与流量计数系统【python源码+Pyqt5界面+数据集+训练代码】深度学习实战、目标追踪、车辆检测追踪、过线计数、流量统计（1）https://developer.aliyun.com/article/1536910

二、目标检测模型的训练、评估与推理

1.YOLOv8的基本原理

YOLOv8是一种前沿的深度学习技术，它基于先前YOLO版本在目标检测任务上的成功，进一步提升了性能和灵活性，在精度和速度方面都具有尖端性能。在之前YOLO 版本的基础上，YOLOv8 引入了新的功能和优化，使其成为广泛应用中各种物体检测任务的理想选择。主要的创新点包括一个新的骨干网络、一个新的 Ancher-Free 检测头和一个新的损失函数，可以在从 CPU 到 GPU 的各种硬件平台上运行。

YOLO各版本性能对比：

Yolov8主要创新点

Yolov8主要借鉴了Yolov5、Yolov6、YoloX等模型的设计优点，其本身创新点不多，偏重在工程实践上，具体创新如下：

1. 提供了一个全新的SOTA模型（包括P5 640和P6 1280分辨率的目标检测网络和基于YOLACT的实例分割模型）。并且，基于缩放系数提供了N/S/M/L/X不同尺度的模型，以满足不同部署平台和应用场景的需求。
2. Backbone：同样借鉴了CSP模块思想，不过将Yolov5中的C3模块替换成了C2f模块，实现了进一步轻量化，同时沿用Yolov5中的SPPF模块，并对不同尺度的模型进行精心微调，不再是无脑式一套参数用于所有模型，大幅提升了模型性能。
3. Neck：继续使用PAN的思想，但是通过对比YOLOv5与YOLOv8的结构图可以看到，YOLOv8移除了1*1降采样层。
4. Head部分相比YOLOv5改动较大，Yolov8换成了目前主流的解耦头结构(Decoupled-Head)，将分类和检测头分离，同时也从Anchor-Based换成了Anchor-Free。
5. Loss计算：使用VFL Loss作为分类损失(实际训练中使用BCE Loss)；使用DFL Loss+CIOU Loss作为回归损失。
   标签分配：Yolov8抛弃了以往的IoU分配或者单边比例的分配方式，而是采用Task-Aligned Assigner正负样本分配策略。

其主要网络结构如下：

2. 数据集准备与训练

通过网络上搜集关于路面车辆的各类图片，并使用LabelImg标注工具对每张图片中的目标边框（Bounding Box）及类别进行标注。一共包含4930张图片，其中训练集包含3944张图片，验证集包含986张图片，部分图像及标注如下图所示。

图片数据的存放格式如下，在项目目录中新建datasets目录，同时将检测的图片分为训练集与验证集放入Data目录下。

同时我们需要新建一个data.yaml文件，用于存储训练数据的路径及模型需要进行检测的类别。YOLOv8在进行模型训练时，会读取该文件的信息，用于进行模型的训练与验证。data.yaml的具体内容如下：

train: E:\CVProgram\YOLOv8Detect\datasets\OnlyCarData\datasets\train
val: E:\CVProgram\YOLOv8Detect\datasets\OnlyCarData\datasets\val
# number of classes
nc: 1
# class names
names: ['car']

注：train与val后面表示需要训练图片的路径，建议直接写自己文件的绝对路径。

数据准备完成后，通过调用train.py文件进行模型训练，epochs参数用于调整训练的轮数，batch参数用于调整训练的批次大小【根据内存大小调整，最小为1】，代码如下：

#coding:utf-8
from ultralytics import YOLO
import matplotlib
matplotlib.use('TkAgg')
if __name__ == '__main__':
    # 模型配置文件路径
    model_yaml_path = 'ultralytics/cfg/models/v8/yolov8.yaml'
    # 加载模型配置文件
    model = YOLO(model_yaml_path)
    # 加载官方预训练模型
    model.load('yolov8n.pt')
    # 训练模型
    print("开始训练模型...")
    results = model.train(data='datasets/Data/data.yaml',
                          epochs=150,
                          batch=4)

3. 训练结果评估

在训练结束后，可以在runs/目录下找到训练过程及结果文件，如下所示：

在深度学习中，我们通常用损失函数下降的曲线来观察模型训练的情况。YOLOv8在训练时主要包含三个方面的损失：定位损失(box_loss)、分类损失(cls_loss)和动态特征损失（dfl_loss）。

各损失函数作用说明：

定位损失box_loss：预测框与标定框之间的误差（GIoU），越小定位得越准；

分类损失cls_loss：计算锚框与对应的标定分类是否正确，越小分类得越准；

动态特征损失（dfl_loss）：DFLLoss是一种用于回归预测框与目标框之间距离的损失函数。在计算损失时，目标框需要缩放到特征图尺度，即除以相应的stride，并与预测的边界框计算Ciou Loss，同时与预测的anchors中心点到各边的距离计算回归DFLLoss。这个过程是YOLOv8训练流程中的一部分，通过计算DFLLoss可以更准确地调整预测框的位置，提高目标检测的准确性。

本文训练结果如下：

我们通常用PR曲线来体现精确率和召回率的关系，本文训练结果的PR曲线如下。mAP表示Precision和Recall作为两轴作图后围成的面积，m表示平均，@后面的数表示判定iou为正负样本的阈值。mAP@.5：表示阈值大于0.5的平均mAP，可以看到本文模型两类目标检测的mAP@0.5平均值为0.974，结果还是非常不错的。

4. 使用模型进行检测

模型训练完成后，我们可以得到一个最佳的训练结果模型best.pt文件，在runs/trian/weights目录下。我们可以使用该文件进行后续的推理检测。

图片检测代码如下：

#coding:utf-8
from ultralytics import YOLO
import cv2
# 所需加载的模型目录
path = 'models/best.pt'
# 需要检测的图片地址
img_path = "TestFiles/car_data_1_4420.jpg"
# 加载预训练模型
model = YOLO(path, task='detect')
# 检测图片
results = model(img_path)
print(results)
res = results[0].plot()
# res = cv2.resize(res,dsize=None,fx=2,fy=2,interpolation=cv2.INTER_LINEAR)
cv2.imshow("YOLOv8 Detection", res)
cv2.waitKey(0)

执行上述代码后，会将检测的结果直接标注在图片上，结果如下：

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