传知代码-自动车牌识别检测系统（论文复现）

代码以及视频讲解

本文所涉及所有资源均在传知代码平台可获取

YOLO V8实现多种车牌检测+识别！

一、概述

使用yolov8进行车牌检测（训练+测试+演示+部署）

二、支持类型

我们的车牌识别检测系统支持多种类型的车牌
具体支持类型如下：
1.单行蓝牌
2.单行黄牌
3.新能源车牌
4.白色警用车牌
5.教练车牌
6.武警车牌
7.双层黄牌
8.双层白牌
9.使馆车牌
10.港澳粤Z牌
11.双层绿牌
12.民航车牌

三、车牌检测训练

1. 下载CCPD数据集，本文附件已经进行了标签，生成train.txt和test.txt标签文件；
2. 修改ultralytics/datasets/yolov8-plate.yaml train和val路径,换成你的数据路径：

train: /mnt/mydisk/xiaolei/plate_detect/new_train_data # train images (relative to 'path') 4 images
val: /mnt/mydisk/xiaolei/plate_detect/new_val_data # val images (relative to 'path') 4 images

3. 训练

yolo task=detect mode=train model=yolov8s.yaml  data=./ultralytics/cfg/datasets/plate.yaml epochs=120 batch=32 imgsz=640 pretrained=False optimizer=SGD 

四、YOLO V8介绍

YOLO V8一种用于实时检测飞行物体的通用模型，可用于迁移学习和进一步研究，以及一种改进的模型，可实现飞行物体检测的最新结果。我作者通过在包含40个不同类别飞行物体的数据集上训练我们的第一个（广义）模型来实现这一点，迫使模型提取抽象的特征表示。然后使用这些学习到的参数对更能代表“真实的世界”环境的数据集（即更高频率的遮挡、非常小的空间尺寸、旋转等）进行迁移学习。同时，生成精细模型飞行物体的目标检测仍然是具有挑战性的，以及大物体的变化空间大小/纵横比，速度，遮挡，和集群的背景。为了解决一些挑战，同时最大限度地提高性能，作者提出了当前最先进的单次检测器YOLOv 8，试图找到推理速度和平均精度（mAP）之间的最佳权衡。

• 损失函数和更新规则
  广义损失函数和权重更新过程可以定义如下：

$$L(\theta )=\frac{{\lambda }_{\text{box}}}{N_{\text{pos}}}{L}_{\text{box}}(\theta )+\frac{{\lambda }_{\text{cls}}}{N_{\text{pos}}}{L}_{\text{cls}}(\theta )+\frac{{\lambda }_{\text{dfl}}}{N_{\text{pos}}}{L}_{\text{dfl}}(\theta )+\varphi \frac{\Vert \theta {\Vert }^2}{2}(1)$$

$$V_t=\beta V_{t-1}+{\nabla }_{\theta }L({\theta }_{t-1})(2)$$

$${\theta }_t={\theta }_{t-1}-\eta V_t(3)$$
(1)是包含个体损失权重和具有权重衰减的正则化项的广义损失函数，（2）是具有动量β的速度项，以及（3）是具有η作为学习率的权重更新规则

具体的YOLOv8损失函数可以定义为：

$$L=\frac{{\lambda }_{\text{box}}}{N_{\text{pos}}}\sum _{x,y}\left(1_{c_{x,y}^{\ast }}\left(1-q_{x,y}^{+}\right)\frac{\Vert b_{x,y}-{\hat{b}}_{x,y}{\Vert }^2}{2{\rho }^2}+{\alpha }_{x,y}{\nu }_{x,y}\right)$$

$$

• \frac{\lambda_{\text{cls}}}{N_{\text{pos}}} \sum_{x,y} \sum_{c \in \text{classes}} \left( y_c \log(\hat{y}_c) + (1 - y_c) \log(1 - \hat{y}_c) \right)
  $$

$$

• \frac{\lambda_{\text{dfl}}}{N_{\text{pos}}} \sum_{x,y} \left( 1_{c^*{x,y}} \left[ - (q{(x,y)+1} - q_{x,y}) \log(\hat{q}{x,y}) + (q{x,y} - q_{(x,y)-1}) \log(\hat{q}_{(x,y)+1}) \right] \right)
  $$

具体解释如下：

1. IoU：
   $$q_{x,y}={\text{IoU}}_{x,y}=\frac{{\beta }_{x,y}\cap {\hat{\beta }}_{x,y}}{{\beta }_{x,y}\cup {\hat{\beta }}_{x,y}}$$
   $q_{x,y}$ 表示在位置 $(x,y)$ 处的交并比 $IoU$，即预测边界框 ${\hat{\beta }}_{x,y}$ 与真实边界框 ${\beta }_{x,y}$ 之间的交集和并集之比。

2. 纵横比损失：
   $${\nu }_{x,y}=\frac{4}{{\pi }^2}{\left(\arctan \left(\frac{w_{x,y}}{h_{x,y}}\right)-\arctan \left(\frac{{\hat{w}}_{x,y}}{{\hat{h}}_{x,y}}\right)\right)}^2$$
   这个公式计算预测框和真实框的纵横比差异，并将其作为损失的一部分。

3. 权重因子：
   $${\alpha }_{x,y}=\frac{{\nu }_{x,y}}{1-q_{x,y}}$$
   这个权重因子用于对损失函数中的各个部分进行加权，结合 IoU 和纵横比信息。

4. 预测的类别概率：
   $${\hat{y}}_c=\sigma (\cdot )$$
   这里的 ${\hat{y}}_c$ 是通过 sigmoid 函数 $\sigma (\cdot )$ 计算得到的预测类别概率。

5. 预测的 IoU 分数：
   $${\hat{q}}_{x,y}=\text{softmax}(\cdot )$$
   这个公式表示使用 softmax 函数来计算预测的 IoU 分数。

符号说明：

• $N_{\text{pos}}$ 表示包含目标的网格单元的总数。
• $1_{c_{x,y}^{\ast }}$ 是指示函数，用于标识包含目标的网格单元。
• ${\beta }_{x,y}$ 是表示真实边界框的元组，包括 (x 坐标, y 坐标, 宽度, 高度)。
• ${\hat{\beta }}_{x,y}$ 是相应网格单元的预测框。
• $b_{x,y}$ 是表示真实边界框中心点的元组。
• $y_c$ 是类别 c 的真实标签（不是网格单元 c），适用于输入中的每个网格单元 (x,y)，无论是否存在目标。
• $q(x,y)+/-1$ 是最近的预测框 IoU（左和右）在 $c_{x,y}^{\ast }$ 中。
• $w_{x,y}$ 和 $h_{x,y}$ 分别是边界框的宽度和高度。
• $\rho$ 是覆盖预测框和真实框的最小包围框的对角线长度。

每个网格单元然后确定其最合适的候选者来预测目标的边界框。这个损失函数包括由 Zheng 等人提出的完整 IoU（CIoU）损失作为框损失，标准的二元交叉熵作为分类损失（允许每个单元预测多个类别），以及 Li 等人提出的分布焦点损失作为第三项。

五、车牌识别

1. 环境配置
   WIN 10 or Ubuntu 16.04
   PyTorch > 1.2.0 (may fix ctc loss)?
   yaml
   easydict
   tensorboardX

2. 下载数据集车牌识别数据集CCPD+CRPD，本文已经帮大家打好标签并在附件中/datasets目录下提供标签文件；

3. 将train.txt val.txt路径写入lib/config/360CC_config.yaml 中

DATASET:
  DATASET: 360CC
  ROOT: ""
  CHAR_FILE: 'lib/dataset/txt/plate2.txt'
  JSON_FILE: {'train': 'datasets/train.txt', 'val': 'datasets/val.txt'}

4. 训练

python train.py --cfg lib/config/360CC_config.yaml

六、测试效果

python demo.py --model_path saved_model/best.pth --image_path images/test.jpg
                                   or your/model/path

七、demo结果展示

附件说明

附件内容包括已训练好的模型（.pt）文件，用于测试demo效果，以及重新标注的数据，分为3类（train.txt, test.txt, val.txt），推理代码onnx/yolov8_plate_onnx_infer.py

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