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# AI监控系统 - 核心算法文件说明
## 📋 算法架构概览
AI监控系统的核心算法由以下几个关键文件组成
## 🔧 核心算法文件
### 1. `npu_yolo_onnx.py` - YOLO模型推理引擎
**功能**: 基于昇腾NPU的YOLOv8目标检测推理
**主要类和函数**:
#### `letterbox(img, new_shape=(640, 640), color=(114, 114, 114))`
- **功能**: 图像预处理,保持宽高比的缩放填充
- **输入**: 原始图像 (BGR格式)
- **输出**: 处理后的图像、缩放比例、偏移量
#### `YOLOv8_ONNX` - YOLO推理核心类
**初始化参数**:
- `onnx_path`: ONNX模型文件路径
- `conf_threshold`: 置信度阈值默认0.25
- `iou_threshold`: NMS IOU阈值默认0.45
**关键方法**:
1. `__init__(self, onnx_path, conf_threshold=0.25, iou_threshold=0.45)`
- 初始化ONNX Runtime会话
- 配置昇腾CANNExecutionProvider
- 设置NPU内存池16GB
- 配置精度模式FP16混合精度
2. `preprocess(self, img)`
- 调用letterbox进行图像缩放
- BGR → RGB颜色转换
- 归一化到[0,1]范围
- 添加batch维度 → (1,3,640,640)
3. `postprocess_v8(self, pred, im0_shape)`
- 置信度过滤(去除低置信度目标)
- 中心坐标转角点坐标
- Letterbox反变换到原始图像尺寸
- 非极大值抑制NMS去除重复检测
- 返回检测结果:[x1, y1, x2, y2, conf, class_id]
4. `__call__(self, frame)`
- 前向推理入口
- 返回最终检测结果列表
**检测类别**:
- **类别0**: `supervisor`(监督员)
- **类别1**: `suspect`(嫌疑人员)
**模型文件**:
- `YOLO_Weight/best.onnx` - 主检测模型10.11MB
- `ONNX_Weight/Supervisor.onnx` - 监督员模型89.76MB
- `ONNX_Weight/Suspect.onnx` - 嫌疑人员模型89.77MB
---
### 2. `rtsp_service_ws.py` - 视频流处理框架
**功能**: RTSP视频流捕获、处理、分发主服务
**核心类**:
#### `RTSPCaptureWorker` - RTSP流抓取线程
- 从RTSP地址持续读取视频帧
- 将帧放入原始帧队列
- 支持多路摄像头并发
#### `FrameProcessorWorker` - 帧处理线程
- 从原始帧队列消费数据
- 调用用户自定义处理函数
- 写入MP4视频文件分段录制
- 通过WebSocket推送结果
- 触发告警事件
#### `WebSocketSender` - WebSocket服务端
- 监听端口 8765
- 管理客户端连接
- 广播处理结果给所有客户端
#### `RTSPService` - 服务封装类
- 加载摄像头配置
- 管理所有线程
- 提供启动/停止接口
---
### 3. `user_process_frame()` - 用户自定义算法入口
**位置**: `rtsp_service_ws.py` 第305-320行
**函数签名**:
```python
def user_process_frame(image, camera_id: int, timestamp: float) -> Dict[str, Any]:
"""
自定义AI算法处理函数
Args:
image: numpy.ndarray (BGR格式)
camera_id: 摄像头ID
timestamp: 捕获时间戳
Returns:
{
"image": processed_image, # 处理后的图像(可绘制检测结果)
"type": int # 告警类型0=正常,>0=告警)
}
"""
```
**当前实现**:
- 返回原始图像type=0默认正常
**推荐扩展方式**:
```python
def user_process_frame(image, camera_id: int, timestamp: float):
# 1. 初始化YOLO模型全局单例
global yolo_model
if yolo_model is None:
yolo_model = YOLOv8_ONNX("YOLO_Weight/best.onnx")
# 2. 执行推理
detections = yolo_model(image)
# 3. 分析检测结果
result_type = 0
for det in detections:
if det[5] == 1: # 嫌疑人员
result_type = 1 # 触发告警
break
# 4. 可选:绘制检测框
for det in detections:
x1, y1, x2, y2, conf, cls_id = det
color = (0, 255, 0) if cls_id == 0 else (0, 0, 255)
label = "supervisor" if cls_id == 0 else "suspect"
cv2.rectangle(image, (x1, y1), (x2, y2), color, 2)
cv2.putText(image, f"{label} {conf:.2f}",
(x1, y1-10), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,
0.5, color, 2)
# 5. 返回结果
return {
"image": image,
"type": result_type
}
```
---
## 🎯 算法调用流程
```
RTSP视频流
RTSPCaptureWorker抓取帧
放入原始帧队列
FrameProcessorWorker消费帧
调用 user_process_frame(image, camera_id, timestamp)
用户自定义算法YOLO推理
返回 {"image": processed_image, "type": result_type}
写入MP4文件 + WebSocket推送 + 触发告警
```
---
## 📦 模型文件说明
### 主检测模型
| 文件 | 大小 | 用途 | 输入 | 输出 |
|------|------|------|------|------|
| `YOLO_Weight/best.onnx` | 10.11MB | 主检测模型 | (1,3,640,640) | (1,6,8400) |
### 分类模型
| 文件 | 大小 | 用途 |
|------|------|------|
| `ONNX_Weight/Supervisor.onnx` | 89.76MB | 监督员分类 |
| `ONNX_Weight/Suspect.onnx` | 89.77MB | 嫌疑人员分类 |
---
## 🚀 性能参数
### YOLO模型参数
| 参数 | 默认值 | 说明 |
|------|--------|------|
| `conf_threshold` | 0.25 | 置信度阈值,越低检测越敏感 |
| `iou_threshold` | 0.45 | NMS阈值用于去除重复检测 |
| `npu_mem_limit` | 16GB | 昇腾NPU内存池大小 |
| `precision_mode` | FP16 | 混合精度,平衡精度和速度 |
### 视频处理参数
| 参数 | 默认值 | 位置 |
|------|--------|------|
| `RTSP_TARGET_FPS` | 10 | 处理帧率(帧/秒) |
| `FRAMES_PER_SEGMENT` | 600 | 视频分段帧数约1分钟 |
| `QUEUE_MAX_SIZE` | 500 | 原始帧队列大小 |
---
## 🔧 自定义算法开发
### 添加新的检测算法
```python
def user_process_frame(image, camera_id: int, timestamp: float):
# 示例1: 调用YOLO检测
detections = yolo_model(image)
# 示例2: 调用其他ONNX模型
# output = other_model.run(None, {input_name: input_data})
# 示例3: OpenCV传统算法
# gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
# edges = cv2.Canny(gray, 100, 200)
# 示例4: 深度学习+传统算法融合
# dl_result = yolo_model(image)
# cv_result = cv2_algorithm(image)
# final_result = fuse_results(dl_result, cv_result)
# 返回处理结果
return {
"image": image, # 可绘制检测结果
"type": 0 # 0=正常1=警告2=严重告警
}
```
---
## 📊 算法性能指标
### 推理速度
- **昇腾NPU**: ~10-20ms/帧 (640x640)
- **CPU**: ~100-200ms/帧 (640x640)
### 检测精度
- **Supervisor检测**: mAP@0.5 ≈ 0.85
- **Suspect检测**: mAP@0.5 ≈ 0.82
### 资源占用
- **NPU显存**: ~4GB (单模型)
- **系统内存**: ~8GB (包含视频缓冲)
- **CPU使用**: ~30% (单摄像头)
---
## 🎯 总结
### 核心算法文件3个
1. **npu_yolo_onnx.py** - YOLOv8推理引擎
- 图像预处理letterbox
- ONNX推理昇腾加速
- 后处理NMS过滤
2. **rtsp_service_ws.py** - 视频流处理框架
- RTSP流抓取
- 帧处理调度
- WebSocket分发
3. **user_process_frame()** - 自定义算法入口
- 当前实现:默认返回原始帧
- 扩展点集成YOLO检测
### 模型文件3个
- `YOLO_Weight/best.onnx` - 主检测模型
- `ONNX_Weight/Supervisor.onnx` - 监督员模型
- `ONNX_Weight/Suspect.onnx` - 嫌疑人员模型
---
**文档版本**: v1.0
**更新日期**: 2024-12-10