基于YOLOv5的坐姿监测系统设计

### 基于YOLOv5实现坐姿检测的设计方案

#### 1. 数据准备
为了训练一个有效的坐姿监测系统，需要收集大量的标注图像数据。这些图像是指在教室环境中拍摄的学生照片，并且每张图片中标注了学生的身体姿态信息。具体来说，应该标记出人体的关键部位如头部、肩膀、腰部以及臀部的位置。

对于数据集的质量控制方面，在采集过程中要确保覆盖各种不同的光照条件、角度变化等因素；另外还需要注意样本多样性，即包含不同性别、年龄阶段甚至种族特征的人群以使模型具有更好的泛化能力[^3]。

#### 2. 模型选择与配置调整
考虑到YOLOv5具备多种版本可供挑选（包括但不限于n, s, m, l 和 x），针对本项目可以选择较为紧凑高效的YOLOv5s作为基础框架来进行定制化修改。此版本不仅能够满足实时处理的需求而且占用资源较少适合部署在学校内部服务器或是边缘设备之上。

接着就是对默认设置做适当改动以便更好地适应特定应用场景的要求：

- **输入尺寸**：根据实际摄像头分辨率设定合理的input size；
- **锚框数量及尺度分布**：依据前期探索实验结果微调anchor boxes的数量及其比例范围从而优化定位效果；
- **损失函数权重分配**：平衡分类误差与其他回归项之间的关系使得最终输出更加精准可靠[^1]。

#### 3. 训练过程概述
利用上述整理好的自定义数据集开展监督学习流程之前先执行迁移学习策略——加载官方提供的预训练权值文件初始化网络参数进而加速收敛进程并减少过拟合风险。随后按照标准操作规程依次完成如下几个环节的工作：

- 划分训练/验证子集合；
- 设定超参组合比如batch size、learning rate等；
- 启动多轮迭代更新直至loss趋于稳定或达到预期指标为止；
- 定期保存checkpoint便于后续评估测试时回溯最佳状态下的model checkpoint。

#### 4. 推理应用实例展示
当经过充分打磨后的算法已经就绪之后就可以将其应用于真实的教学场所当中去了。下面给出一段简单的Python脚本来说明如何读取视频流并对每一帧画面实施预测分析：

import torch
from pathlib import Path
from models.experimental import attempt_load
from utils.general import non_max_suppression, scale_coords
from utils.datasets import letterbox
import cv2


def detect_pose(image_path):
    device = 'cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu'
    
    model = attempt_load('path_to_your_best_model.pt', map_location=device)

    img_size = 640
    conf_thres = 0.4
    iou_thres = 0.5
    
    # Load image and preprocess it.
    im0 = cv2.imread(str(image_path))
    img = letterbox(im0, new_shape=img_size)[0]

    img = img[:, :, ::-1].transpose(2, 0, 1).copy()
    img = torch.from_numpy(img).to(device)
    img = img.float() / 255.0
    if img.ndimension() == 3:
        img = img.unsqueeze(0)

    pred = model(img)[0]
    det = non_max_suppression(pred, conf_thres, iou_thres)[0]

    if det is not None and len(det):
        det[:, :4] = scale_coords(img.shape[2:], det[:, :4], im0.shape).round()

        for *xyxy, conf, cls in reversed(det):
            label = f'{conf:.2f}'
            plot_one_box(xyxy, im0, label=label, color=(0, 255, 0), line_thickness=3)


if __name__ == '__main__':
    path = "test_image.jpg"
    detect_pose(Path(path))