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一、项目介绍

摘要

本项目基于YOLOv8目标检测算法开发了一套高效的奶牛行为自动检测系统，专门用于识别和分类奶牛的三种典型行为状态：站立、行走和卧倒。系统使用了一个包含4932张标注图像的专业奶牛行为数据集，其中训练集3946张，验证集和测试集各493张，确保了模型的训练充分性和评估可靠性。通过深度学习技术的应用，该系统能够实现对奶牛行为的实时、自动化监测，准确率达到了行业领先水平。本系统不仅为畜牧业提供了智能化管理工具，也为动物行为学研究提供了数据支持，具有重要的实践应用价值和科研意义。

项目意义

1. 畜牧业生产效率提升

传统奶牛行为观察主要依靠人工完成，不仅效率低下，而且容易因疲劳或主观因素导致误判。本系统的应用将彻底改变这一状况，实现24小时不间断的自动化监测，显著提高牧场管理效率。通过准确识别奶牛行为状态，牧场管理者可以：

• 及时了解奶牛健康状况（如卧倒时间异常可能预示疾病）

• 精确掌握奶牛活动规律，优化饲喂和挤奶时间安排

• 减少人工观察成本，降低劳动力投入

• 实现基于数据的精准养殖决策

2. 动物福利保障

奶牛行为是反映其生理状态和福利水平的重要指标。本系统的持续监测能力可以：

• 早期发现异常行为，预防疾病发生

• 确保奶牛有足够的休息时间（通过卧倒行为监测）

• 监控群体社交行为，预防欺凌现象

• 为改善畜舍环境提供数据支持

3. 科研价值

在动物行为学研究领域，本系统提供了：

• 大量标准化、可量化的行为观测数据

• 长期连续的行为记录能力

• 精确的时间序列分析基础

• 群体行为动态研究的新方法

4. 技术创新价值

本项目在技术层面实现了多项创新：

• 针对农业场景优化YOLOv8模型，提高了复杂环境下的检测鲁棒性

• 开发了专门针对奶牛行为特点的识别算法

• 建立了高质量的奶牛行为标注数据集

• 解决了光照变化、遮挡等实际应用难题

5. 经济效益

系统的应用将带来显著的经济效益：

• 通过早期疾病发现减少治疗成本

• 优化管理提高产奶量

• 降低人力成本

• 延长奶牛生产年限

6. 行业示范作用

作为智慧农业的典型应用，本项目展示了人工智能技术与传统畜牧业深度融合的可能性，为整个畜牧业的数字化转型提供了可复制的技术方案和实施经验。

综上所述，YOLOv8奶牛行为检测系统的开发不仅具有直接的实用价值，还将推动畜牧业向更加智能化、精准化的方向发展，对提升我国现代农业技术水平具有重要意义。

基于深度学习的奶牛行为检测系统（YOLOv8+YOLO数据集+UI界面+Python项目源码+模型）_哔哩哔哩_bilibili

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

数据集名称: 奶牛行为检测数据集
数据集类别: 3类
类别名称: ['站立', '行走', '卧倒']

数据集划分:

• 训练集: 3946 张图像
  训练集用于训练YOLOv8模型，使其能够学习并识别奶牛三种行为状态的特征。训练集的图像涵盖了不同光照条件、背景环境、奶牛的不同姿态以及行为变化，以确保模型的泛化能力。

• 验证集: 493 张图像
  验证集用于在训练过程中评估模型的性能，帮助调整超参数和防止过拟合。验证集的图像与训练集类似，但独立于训练集，确保模型在未见过的数据上也能表现良好。

• 测试集: 493 张图像
  测试集用于最终评估模型的性能，反映模型在实际应用中的表现。测试集的图像是完全独立的，确保评估结果的客观性和准确性。

数据集特点:

• 高质量标注: 每张图像都经过精确的标注，标注信息包括奶牛的行为类别和边界框位置，确保模型能够准确学习目标特征。

• 多样性: 数据集中的图像涵盖了不同光照条件（如白天、夜晚）、背景环境（如室内、室外）、奶牛的不同姿态以及行为变化，确保模型能够适应各种实际场景。

• 类别平衡: 数据集中三种行为类别的样本数量相对平衡，避免了类别不平衡问题对模型性能的影响。

应用场景:

1. 智能养殖:
   实时监控奶牛的行为状态，帮助养殖场管理者优化奶牛的健康管理，如疾病预防、发情检测和产奶量预测。

2. 动物行为研究:
   为动物行为研究人员提供数据支持，帮助研究奶牛的行为模式及其与健康、生产性能的关系。

3. 畜牧业管理:
   通过检测奶牛的行为状态，优化饲养管理流程，如饲料投放、运动管理和环境改善，提高生产效率。

技术优势

• 高精度检测: 基于YOLOv8目标检测算法，能够实现高精度的奶牛行为检测。

• 实时性: 系统支持实时检测，能够快速处理图像并输出检测结果。

• 鲁棒性: 模型经过多样化数据训练，能够适应不同光照条件、背景环境和奶牛姿态。

• 易用性: 系统可部署于多种硬件平台（如嵌入式设备、监控摄像头、服务器等），满足不同场景的需求。

数据集配置文件data.yaml

train: .\datasets\images\train val: .\datasets\images\val test: .\datasets\images\test nc: 3 names: ['0', '1', '2']

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 = 'yolov8s.pt' data_path = 'datasets/data.yaml' if __name__ == '__main__': model = YOLO(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：

基于深度学习的奶牛行为检测系统（YOLOv8+YOLO数据集+UI界面+Python项目源码+模型）_哔哩哔哩_bilibili