血细胞自动检测与分类系统：深度学习与UI界面的结合

一、项目概述

项目背景

在医学实验室中，血细胞的检测和分类是诊断和研究的重要环节。传统方法依赖于人工显微镜检查，费时且容易出现误差。通过深度学习技术，特别是目标检测模型YOLO，可以实现自动化、快速且准确的血细胞检测和分类。

项目目标

构建一个能够准确检测和分类血细胞的深度学习模型
开发一个用户友好的UI界面，方便医务人员使用
部署系统，实现实时检测

二、环境配置与工具准备

开发环境

操作系统：Windows/Linux/MacOS
Python：3.8及以上版本
IDE：PyCharm/VSCode/Jupyter Notebook

必备工具

Anaconda：用于管理Python环境和依赖包
YOLOv8/v7/v6/v5：目标检测模型
OpenCV：计算机视觉库
Flask/Django：Web框架，用于开发UI界面

安装步骤

安装Anaconda并创建虚拟环境：

conda create -n cell_detection python=3.8
conda activate cell_detection

安装必要的Python库：

pip install torch torchvision torchaudio
pip install opencv-python
pip install flask
pip install pandas

安装YOLO：

pip install -U git+https://github.com/ultralytics/yolov5

三、数据准备

数据集获取

使用公开的血细胞数据集，例如Kaggle上的Blood Cell Detection数据集。

数据集下载链接：https://www.kaggle.com/datasets/paultimothymooney/blood-cells

数据标注

使用LabelImg工具进行数据标注，生成YOLO格式的标注文件。

安装LabelImg：

pip install labelImg

运行LabelImg进行标注：

labelImg

数据集划分

将数据集划分为训练集、验证集和测试集：

import os
import shutil
import random

def split_dataset(source_dir, train_dir, val_dir, test_dir, train_ratio=0.7, val_ratio=0.2):
    all_files = os.listdir(source_dir)
    random.shuffle(all_files)
    train_count = int(len(all_files) * train_ratio)
    val_count = int(len(all_files) * val_ratio)

    for i, file in enumerate(all_files):
        if i < train_count:
            shutil.move(os.path.join(source_dir, file), train_dir)
        elif i < train_count + val_count:
            shutil.move(os.path.join(source_dir, file), val_dir)
        else:
            shutil.move(os.path.join(source_dir, file), test_dir)

split_dataset('data/source', 'data/train', 'data/val', 'data/test')

四、模型训练

配置YOLO模型

下载YOLOv5预训练权重，并修改配置文件：

# example.yaml
train: data/train
val: data/val
nc: 3  # number of classes (RBC, WBC, Platelets)
names: ['RBC', 'WBC', 'Platelets']

模型训练

运行以下命令开始训练：

python train.py --img 640 --batch 16 --epochs 50 --data example.yaml --cfg yolov5s.yaml --weights yolov5s.pt

模型评估

使用验证集评估模型性能，并进行必要的超参数调优：

from sklearn.metrics import accuracy_score, recall_score, f1_score

y_true = [...]  # true labels
y_pred = [...]  # predicted labels

accuracy = accuracy_score(y_true, y_pred)
recall = recall_score(y_true, y_pred, average='macro')
f1 = f1_score(y_true, y_pred, average='macro')

print(f"Accuracy: {accuracy}, Recall: {recall}, F1 Score: {f1}")

五、UI界面开发

Flask搭建Web应用

创建项目目录结构：

blood_cell_detection/
├── app.py
├── templates/
│   ├── index.html
│   └── result.html
├── static/
│   └── styles.css
└── models/
    └── yolov5s.pt

编写网页模板：

index.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Blood Cell Detection</title>
    <link rel="stylesheet" href="{{ url_for('static', filename='styles.css') }}">
</head>
<body>
    <h1>Blood Cell Detection</h1>
    <form action="/predict" method="post" enctype="multipart/form-data">
        <input type="file" name="file">
        <button type="submit">Upload</button>
    </form>
</body>
</html>

result.html

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
    <meta charset="UTF-8">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
    <title>Result</title>
    <link rel="stylesheet" href="{{ url_for('static', filename='styles.css') }}">
</head>
<body>
    <h1>Detection Result</h1>
    <img src="{{ url_for('static', filename='uploads/' + filename) }}" alt="Uploaded Image">
    <p>{{ result }}</p>
</body>
</html>

实现后端逻辑

app.py

from flask import Flask, request, render_template, url_for
import os
from werkzeug.utils import secure_filename
import torch
from PIL import Image

app = Flask(__name__)
app.config['UPLOAD_FOLDER'] = 'static/uploads/'

model = torch.hub.load('ultralytics/yolov5', 'custom', path='models/yolov5s.pt')

@app.route('/')
def index():
    return render_template('index.html')

@app.route('/predict', methods=['POST'])
def predict():
    if 'file' not in request.files:
        return 'No file part'
    file = request.files['file']
    if file.filename == '':
        return 'No selected file'
    if file:
        filename = secure_filename(file.filename)
        filepath = os.path.join(app.config['UPLOAD_FOLDER'], filename)
        file.save(filepath)
        img = Image.open(filepath)
        results = model(img)
        results.save(save_dir=app.config['UPLOAD_FOLDER'])
        return render_template('result.html', filename=filename, result=results.pandas().xyxy[0].to_json(orient="records"))

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

六、模型部署

部署到云服务器

使用Gunicorn部署

pip install gunicorn
gunicorn -w 4 app:app

部署到AWS EC2实例
- 创建EC2实例并配置安全组
- 上传项目文件
- 运行Gunicorn应用

七、系统测试与优化

系统测试

本地测试

使用多个血细胞图像进行测试，记录检测结果和性能指标。
在线测试

部署到云服务器后，提供在线测试链接供用户体验。

优化策略

模型优化
- 使用更多的数据增强技术
- 调整超参数
- 使用迁移学习进行微调
系统优化
- 优化UI界面，提高用户体验
- 增加更多功能，如结果导出、历史记录等

八、总结与展望

项目总结

本项目通过构建基于YOLO的血细胞检测系统，展示了深度学习在医学影像分析中的应用。系统从数据准备、模型训练到UI界面开发和部署，提供了完整的解决方案。

未来展望

系统扩展

进一步优化模型，提高检测准确性，扩展到其他医学图像分析任务。
更多应用场景

将该技术应用于更多的医学检测场景，如癌细胞检测、细菌分类等。

声明

声明：本文只是简单的项目思路，如有部署的想法，想要（UI界面+YOLOv8/v7/v6/v5代码+训练数据集+视频教学）的可以联系作者.