YOLOv8 是一款高效能的物件偵測模型,適合用於昆蟲辨識,原因如下:
高速與高準確度:可即時偵測昆蟲種類、外觀特徵等,適用於生態監測與自然保育研究。
適應多種環境:能處理不同大小的物件,在戶外自然環境(如複雜的枝葉背景)或光線變化下,仍保持良好辨識能力。
輕量化與易部署:可運行於手機、無人機等設備,便於野外實地生態觀察與應用。
支援多種影像分析:除了物件偵測,還能用於分類與語義分割,提供更細緻的昆蟲輪廓與形態資訊。
易於訓練與擴充:可透過遷移學習提升辨識準確度,適應不同的昆蟲(如各類金龜子)數據集。 YOLOv8 的高效與靈活性,使其成為昆蟲辨識的理想解決方案!
在現代物件偵測模型的架構中,骨幹(Backbone)扮演著至關重要的角色,它就像人類視覺系統中的「初步觀察」階段,負責從輸入圖像中提取基礎特徵。常見的 Backbone 結構如 CSPDarknet(Cross Stage Partial Darknet),是一種高效且經過優化的卷積神經網路(CNN),其設計核心在於減少計算負擔的同時,提升特徵學習的能力。CSPDarknet 的層次結構相當精巧,由多個卷積層(Convolution)和殘差塊(Residual Blocks)組成,這些模組不僅能有效捕捉圖像的局部與全局特徵,還能確保資訊在網路中的流動更加順暢,避免梯度消失或爆炸的問題,從而提升模型的穩定性與表現。
接著,頸部(Neck)模組負責進一步強化 Backbone 提取的特徵,並進行多尺度特徵融合,使模型能夠更靈活地偵測不同大小的物件。常見的 Neck 結構包括 FPN(Feature Pyramid Network)和 PANet(Path Aggregation Network)。FPN 採用「自上而下」的特徵傳遞方式,將高階語義資訊(如昆蟲的形狀、類別)與低階細節特徵(如觸角邊緣、甲殼紋理)進行結合,使模型在處理不同解析度的物件時更具適應性。而 PANet 則在此基礎上進一步優化,引入額外的資訊傳遞路徑,強化特徵金字塔的整合能力,特別是在小型昆蟲的偵測上,PANet 能顯著提升準確率,避免細節資訊在網路傳遞過程中被稀釋或遺失。
最後,檢測頭(Detection Head)是整個模型的最終決策階段,它根據 Neck 提供的豐富特徵,執行具體的物件偵測任務,輸出目標的類別(Class)、位置(Bounding Box)以及置信度(Confidence Score)。Detection Head 通常具備多層級的輸出設計,以適應不同尺寸的物件偵測需求,例如在昆蟲辨識中,它需要精準捕捉細微的肢體特徵或斑紋;在自動駕駛場景中,則需快速識別遠近不同的車輛與行人;而在監控系統中,可能需同時處理高解析度畫面中的多個小型目標。這種靈活且強大的架構,使得現代物件偵測模型能夠廣泛應用於各種複雜的現實場景,並持續推動電腦視覺技術的進步。
(參照圖4-1)
圖4-1
YOLOv3: 雖然是經典版本,但速度和精度已無法滿足現代需求,特別是在小物體檢測上表現較弱。
YOLOv4: 在 Darknet 框架下運行,精度和速度有提升,但部署複雜且缺乏多任務支持,與 YOLOv8 的易用性和靈活性差距明顯。
YOLOv5: 是 YOLOv8 的前身,性能已非常優秀,但 YOLOv8 在架構上進一步優化(如無錨點頭和更高效的特徵提取),精度和速度均有提升。
YOLOv7: 由不同團隊開發,專注於高精度,但模型複雜度和計算成本較高,對於輕量級照片辨識應用不如 YOLOv8 實用。
圖4-2
1.訓練集 (train)
每種金龜子前 80% 的圖片 (PNG) 檔,以及相對應的特徵框選標籤 (TXT) 檔。
(參照圖4-2)
每種金龜子後 20% 的圖片 (PNG) 檔,以及相對應的特徵框選標籤 (TXT) 檔。
(參照圖4-2)
圖片測試總數: 607張
框的數目(Instances): 19,170個
Box(P) 準確率(精確率): 模型預測出來的結果中,有高達 92.0% (0.920) 是與我們框的是相符的。這代表模型判斷非常精準,預測出來的昆蟲幾乎都是對的,很少發生誤判。
R 召回率: 有 91.2% (0.912) 實際存在的昆蟲有被成功框出來。代表模型「很少漏看」,絕大多數照片中的昆蟲都有被正確捕捉到。
mAP50: 模型「偵測」準確度(主力指標)> 0.5 就算及格。我們的模型達到了 0.928,顯示這套模型在昆蟲特徵的辨識上表現極為優異且穩定。
(參照圖4-3)
圖4-3
圖4-4