基于YOLOv10与NTU RGB+D数据集的深度学习动作识别实践

引言

随着深度学习技术的飞速发展,计算机视觉中的动作识别已经成为了一个重要且有挑战性的领域。动作识别不仅仅局限于视频中的物体检测,还包括如何理解和识别视频中人物的动作或行为。近年来,深度学习,特别是卷积神经网络(CNN)和卷积长短期记忆(ConvLSTM)网络在动作识别领域取得了显著进展。

其中,YOLOv10(You Only Look Once)系列模型已经被广泛应用于目标检测领域,凭借其实时性和高准确度,在动作识别任务中同样表现出色。而NTU RGB+D数据集作为一个广泛使用的动作识别数据集,提供了一个多模态的视频数据集,包含了RGB视频、深度信息和骨骼信息,这使得它成为了动作识别领域中一个非常具有代表性的数据集。

本文将详细介绍如何使用YOLOv10模型在NTU RGB+D数据集上进行动作识别,结合UI界面展示模型的应用。通过一步步的代码实现,帮助读者理解如何构建一个高效的动作识别系统。

1. NTU RGB+D数据集概述

NTU RGB+D数据集(NTU RGB+D 60 和 NTU RGB+D 120)是一个面向动作识别的多模态数据集,广泛用于人体动作识别和行为分析。该数据集由新加坡南洋理

<think>嗯,用户想了解如何利用YOLOv8检测关键点,然后用这些关键点进行人体行为识别,最后用Qt开发一个应用界面。首先,我需要理清整个流程的步骤。 首先,YOLOv8的关键点检测部分。YOLOv8不仅支持目标检测,还支持姿态估计,也就是检测人体的关键点。用户需要先训练或者使用预训练的姿态估计模型。这里可能需要解释一下YOLOv8的姿态估计模型输出的是哪些关键点,比如COCO的17个关键点或者其他的配置。 接下来是行为识别部分。一旦有了关键点,如何将这些坐标转化为行为特征呢?可能需要先预处理关键点数据,比如归一化,计算相对位置或者角度,速度等特征。然后,选择合适的时间序列模型,比如LSTM、GRU或者Transformer,来捕捉动作的时序特征。或者,如果动作比较简单,可能用传统的机器学习方法,比如SVM或者随机森林,但通常时间序列数据用深度学习模型更好。需要提醒用户数据标注和数据集的问题,可能需要自己收集和标注数据。 然后是Qt界面开发。需要将YOLOv8模型集成到Qt应用中,可能需要用PyQt或者C++的Qt。如果用Python的话,PyQt比较合适。需要考虑如何实时显示检测结果,可能用OpenCV处理视频流,然后在Qt的界面上显示。另外,界面需要有输入(比如摄像头或视频文件)、实时检测显示、行为识别结果的展示,可能还有日志或统计信息。 可能用户没有提到但需要考虑的问题:性能优化,比如模型在CPU/GPU上的推理速度,Qt界面的响应速度。还有模型的部署,是否转换为ONNX或其他格式以提高效率。另外,关键点检测和行为识别的结合方式,是实时每帧都识别,还是积累一段时间的数据再识别行为。 用户可能不太清楚整个流程的衔接,比如关键点检测后的数据处理,如何传递给行为识别模型。需要分阶段讲解,先完成关键点检测,再训练行为识别模型,最后整合到Qt应用中。 另外,代码结构方面,可能需要将YOLOv8的推理部分封装成类,行为识别也封装成单独的模块,然后在Qt的主线程中调用,注意多线程处理,避免界面卡顿。如果实时处理,可能需要用多线程或者异步处理,防止界面冻结。 测试和调试也是重要的部分,尤其是在集成各个模块时,可能会出现数据格式不匹配或者性能问题。需要提醒用户分步骤验证每个部分的功能,再整体联调。 可能还需要考虑模型的大小和准确性的平衡,如果是在嵌入式设备上运行,可能需要模型量化或剪枝。不过用户可能是在普通PC上运行,所以这方面可能暂时不需要深入。 最后,用户可能需要参考一些现有的项目或代码库,比如YOLOv8的官方文档,Qt的示例程序,以及行为识别的相关论文或开源项目,来辅助开发。</think>我将分步骤为您介绍基于YOLOv8关键点检测的人体行为识别系统开发流程,并提供Qt界面设计要点: --- ### 一、关键点检测阶段(YOLOv8实现) #### 1. 模型选择训练 - 使用YOLOv8-pose预训练模型(支持17个COCO关键点) - 自定义训练建议: ```python from ultralytics import YOLO model = YOLO('yolov8n-pose.pt') # 加载预训练模型 results = model.train(data='coco8-pose.yaml', epochs=100) # 自定义训练 ``` #### 2. 关键点输出格式 输出包含: $$(x_1,y_1,score_1), (x_2,y_2,score_2), ..., (x_{17},y_{17},score_{17})$$ 对应人体部位: ``` 0-鼻子 1-左眼 2-右眼... 5-左肩 6-右肩... 11-左踝 12-右踝 ``` --- ### 二、行为识别算法开发 #### 1. 特征工程 ```python def extract_features(keypoints): # 计算关节点间相对位置 left_arm_angle = calc_angle(5,7,9) # 左肩-肘-腕角度 right_leg_speed = calc_speed(12) # 右踝移动速度 return np.array([left_arm_angle, right_leg_speed...]) ``` #### 2. 模型选择(示例代码) ```python import torch class ActionLSTM(nn.Module): def __init__(self): super().__init__() self.lstm = nn.LSTM(input_size=34, hidden_size=128) # 17个点*2坐标 self.fc = nn.Linear(128, 10) # 10种行为分类 ``` #### 3. 典型行为特征 | 行为类型 | 特征判断依据 | |----------|----------------------------------| | 行走 | 四肢周期性摆动,重心规律移动 | | 跌倒 | 身体质心快速下降,关节角度突变 | | 举手 | 腕关节高度超过头顶 | --- ### 三、Qt界面开发(PyQt6示例) #### 1. 界面组件规划 ```python class MainWindow(QMainWindow): def __init__(self): super().__init__() # 视频显示区域 self.video_label = QLabel(self) # 控制面板 self.btn_start = QPushButton("开始检测", self) # 结果展示表格 self.result_table = QTableWidget(5, 2) # 5行2列 ``` #### 2. 多线程处理 ```python class DetectionThread(QThread): frame_processed = pyqtSignal(np.ndarray) def run(self): while cap.isOpened(): ret, frame = cap.read() results = model(frame) # YOLOv8推理 self.frame_processed.emit(annotated_frame) ``` #### 3. 界面效果优化 - 使用QSS样式表美化控件 - 添加实时骨架绘制层 - 设计历史行为统计图表 --- ### 四、系统集成要点 1. **性能优化** - 使用ONNX加速推理:`model.export(format='onnx')` - 设置检测间隔(如每秒15帧) 2. **部署方案** ``` ├── app.py # 主程序 ├── models │ ├── yolov8_pose.onnx │ └── action_lstm.pth └── ui ├── main_window.ui └── style.qss ``` 3. **扩展功能建议** - 添加报警触发机制 - 支持多摄像头输入 - 集成MySQL行为记录存储 --- ### 五、开发路线图 1. **第一阶段(1-2周)** - 完成YOLOv8关键点检测验证 - 收集行为数据集(建议使用NTU RGB+D) 2. **第二阶段(2-3周)** - 训练行为识别模型 - 开发基础Qt界面框架 3. **第三阶段(1周)** - 系统集成性能优化 - 添加异常处理机制 --- 如需具体代码实现细节(如角度计算算法、LSTM训练代码等),可告知具体需求模块,我将提供针对性代码示例。
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