一、项目介绍

本项目基于YOLOv11深度学习算法开发了一套学生课堂行为检测系统，旨在实时识别并分析学生在课堂中的多种行为表现。系统可检测6类典型课堂行为：举手（hand-raising）、阅读（reading）、书写（writing）、使用手机（using phone）、低头（bowing the head）和趴桌（leaning over the table）。采用精心标注的YOLO格式数据集，包含训练集1,422张、验证集203张和测试集407张图像，确保模型训练的可靠性和泛化能力。系统配备直观的UI界面，集成登录注册功能以保障数据安全，采用Python技术栈实现完整项目架构。该解决方案为教师提供客观的课堂参与度分析工具，有助于优化教学管理，提升教学质量评估效率。项目包含完整源码、预训练模型及部署方案，具备良好的教育场景适用性和可扩展性。

目录

 一、项目介绍

二、项目功能展示

2.1 用户登录系统

2.2 检测功能

2.3 检测结果显示

2.4 参数配置

2.5 其他功能

3. 技术特点

4. 系统流程

三、数据集介绍

1. 类别定义

2. 数据集划分

数据集配置文件

四、项目环境配置

创建虚拟环境

安装所需要库

五、模型训练

训练代码

训练结果

六、核心代码

🔐登录注册验证

🎯 多重检测模式

🖼️ 沉浸式可视化

⚙️ 参数配置系统

✨ UI美学设计

🔄 智能工作流

七、项目源码（视频简介）

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基于深度学习YOLOv11的学生课堂行为检测系统（YOLOv11+YOLO数据集+UI界面+登录注册界面+Python项目源码+模型）_哔哩哔哩_bilibili

二、项目功能展示

✅ 用户登录注册：支持密码检测和安全性验证。

✅ 三种检测模式：基于YOLOv11模型，支持图片、视频和实时摄像头三种检测，精准识别目标。

✅ 双画面对比：同屏显示原始画面与检测结果。

✅ 数据可视化：实时表格展示检测目标的类别、置信度及坐标。

✅智能参数调节：提供置信度滑块，动态优化检测精度，适应不同场景需求。

✅科幻风交互界面：深色主题搭配动态光效，减少视觉疲劳，提升操作体验。

✅多线程高性能架构：独立检测线程保障流畅运行，实时状态提示，响应迅速无卡顿。

2.1 用户登录系统

• 提供用户登录和注册功能

• 用户名和密码验证

• 账户信息本地存储(accounts.json)

• 密码长度至少6位的安全要求

2.2 检测功能

• 图片检测：支持JPG/JPEG/PNG/BMP格式图片的火焰烟雾检测

• 视频检测：支持MP4/AVI/MOV格式视频的逐帧检测

• 摄像头检测：实时摄像头流检测(默认摄像头0)

• 检测结果保存到"results"目录

2.3 检测结果显示

• 显示原始图像和检测结果图像

• 检测结果表格展示，包含：

  • 检测到的类别

  • 置信度分数

  • 物体位置坐标(x,y)、

2.4 参数配置

• 模型选择

• 置信度阈值调节(0-1.0)

• IoU(交并比)阈值调节(0-1.0)

• 实时同步滑块和数值输入框

2.5 其他功能

• 检测结果保存功能

• 视频检测时自动保存结果视频

• 状态栏显示系统状态和最后更新时间

• 无边框窗口设计，可拖动和调整大小

3. 技术特点

• 采用多线程处理检测任务，避免界面卡顿

• 精美的UI设计，具有科技感的视觉效果：

  • 发光边框和按钮

  • 悬停和按下状态效果

  • 自定义滑块、表格和下拉框样式

• 检测结果保存机制

• 响应式布局，适应不同窗口大小

4. 系统流程

1. 用户登录/注册

2. 选择检测模式(图片/视频/摄像头)

3. 调整检测参数(可选)

4. 开始检测并查看结果

5. 可选择保存检测结果

6. 停止检测或切换其他模式

三、数据集介绍

本项目采用 YOLO 格式标注 的学生课堂行为检测数据集，包含 6 类常见课堂行为，具体类别及数据分布如下：

1. 类别定义

类别编号	类别名称（英文）	类别名称（中文）	行为描述
0	hand-raising	举手	学生举手提问或回答问题
1	reading	阅读	学生正在阅读课本或资料
2	writing	书写	学生执笔书写或做笔记
3	using phone	使用手机	学生低头使用手机（非学习行为）
4	bowing the head	低头	学生低头（可能走神或睡觉）
5	leaning over the table	趴桌	学生趴在桌子上（可能休息或睡觉）

2. 数据集划分

• 训练集（Train）：1,422 张图像（用于模型训练）

• 验证集（Validation）：203 张图像（用于调参和模型选择）

• 测试集（Test）：407 张图像（用于最终模型评估）

数据集配置文件

数据集采用标准化YOLO格式组织：

train: F:\学生课堂行为检测数据集/images/train
val: F:\学生课堂行为检测数据集/images/val
test: F:\学生课堂行为检测数据集/images/test


##/datasets/dataset/images/test
# number of classes
nc: 6

# class names
names:  [ 'hand-raising', 'reading', 'writing','using phone', 'bowing the head', 'leaning over the table']

四、项目环境配置

创建虚拟环境

首先新建一个Anaconda环境，每个项目用不同的环境，这样项目中所用的依赖包互不干扰。

终端输入

conda create -n yolov11 python==3.9

激活虚拟环境

conda activate yolov11
 

安装cpu版本pytorch

pip install torch torchvision torchaudio

安装所需要库

pip install -r requirements.txt

pycharm中配置anaconda

五、模型训练

训练代码

from ultralytics import YOLO

model_path = 'yolo11s.pt'
data_path = 'data.yaml'

if __name__ == '__main__':
    model = YOLO(model_path)
    results = model.train(data=data_path,
                          epochs=100,
                          batch=8,
                          device='0',
                          workers=0,
                          project='runs',
                          name='exp',
                          )

根据实际情况更换模型
# yolov11n.yaml (nano)：轻量化模型，适合嵌入式设备，速度快但精度略低。
# yolov11s.yaml (small)：小模型，适合实时任务。
# yolov11m.yaml (medium)：中等大小模型，兼顾速度和精度。
# yolov11b.yaml (base)：基本版模型，适合大部分应用场景。
# yolov11l.yaml (large)：大型模型，适合对精度要求高的任务。

• --batch 8：每批次8张图像。
• --epochs 100：训练100轮。
• --datasets/data.yaml：数据集配置文件。
• --weights yolov11s.pt：初始化模型权重，yolov11s.pt 是预训练的轻量级YOLO模型。

训练结果

六、核心代码

import sys

import cv2
import numpy as np
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMessageBox, QFileDialog
from PyQt5.QtCore import QThread, pyqtSignal
from ultralytics import YOLO
from UiMain import UiMainWindow
import time
import os
from PyQt5.QtWidgets import QDialog
from LoginWindow import LoginWindow

class DetectionThread(QThread):
    frame_received = pyqtSignal(np.ndarray, np.ndarray, list)  # 原始帧, 检测帧, 检测结果
    finished_signal = pyqtSignal()  # 线程完成信号

    def __init__(self, model, source, conf, iou, parent=None):
        super().__init__(parent)
        self.model = model
        self.source = source
        self.conf = conf
        self.iou = iou
        self.running = True

    def run(self):
        try:
            if isinstance(self.source, int) or self.source.endswith(('.mp4', '.avi', '.mov')):  # 视频或摄像头
                cap = cv2.VideoCapture(self.source)
                while self.running and cap.isOpened():
                    ret, frame = cap.read()
                    if not ret:
                        break

                    # 保存原始帧
                    original_frame = frame.copy()

                    # 检测
                    results = self.model(frame, conf=self.conf, iou=self.iou)
                    annotated_frame = results[0].plot()

                    # 提取检测结果
                    detections = []
                    for result in results:
                        for box in result.boxes:
                            class_id = int(box.cls)
                            class_name = self.model.names[class_id]
                            confidence = float(box.conf)
                            x, y, w, h = box.xywh[0].tolist()
                            detections.append((class_name, confidence, x, y))

                    # 发送信号
                    self.frame_received.emit(
                        cv2.cvtColor(original_frame, cv2.COLOR_BGR2RGB),
                        cv2.cvtColor(annotated_frame, cv2.COLOR_BGR2RGB),
                        detections
                    )

                    # 控制帧率
                    time.sleep(0.03)  # 约30fps

                cap.release()
            else:  # 图片
                frame = cv2.imread(self.source)
                if frame is not None:
                    original_frame = frame.copy()
                    results = self.model(frame, conf=self.conf, iou=self.iou)
                    annotated_frame = results[0].plot()

                    # 提取检测结果
                    detections = []
                    for result in results:
                        for box in result.boxes:
                            class_id = int(box.cls)
                            class_name = self.model.names[class_id]
                            confidence = float(box.conf)
                            x, y, w, h = box.xywh[0].tolist()
                            detections.append((class_name, confidence, x, y))

                    self.frame_received.emit(
                        cv2.cvtColor(original_frame, cv2.COLOR_BGR2RGB),
                        cv2.cvtColor(annotated_frame, cv2.COLOR_BGR2RGB),
                        detections
                    )

        except Exception as e:
            print(f"Detection error: {e}")
        finally:
            self.finished_signal.emit()

    def stop(self):
        self.running = False


class MainWindow(UiMainWindow):
    def __init__(self):
        super().__init__()

        # 初始化模型
        self.model = None
        self.detection_thread = None
        self.current_image = None
        self.current_result = None
        self.video_writer = None
        self.is_camera_running = False
        self.is_video_running = False
        self.last_detection_result = None  # 新增：保存最后一次检测结果

        # 连接按钮信号
        self.image_btn.clicked.connect(self.detect_image)
        self.video_btn.clicked.connect(self.detect_video)
        self.camera_btn.clicked.connect(self.detect_camera)
        self.stop_btn.clicked.connect(self.stop_detection)
        self.save_btn.clicked.connect(self.save_result)

        # 初始化模型
        self.load_model()

    def load_model(self):
        try:
            model_name = self.model_combo.currentText()
            self.model = YOLO(f"{model_name}.pt")  # 自动下载或加载本地模型
            self.update_status(f"模型 {model_name} 加载成功")
        except Exception as e:
            QMessageBox.critical(self, "错误", f"模型加载失败: {str(e)}")
            self.update_status("模型加载失败")

    def detect_image(self):
        if self.detection_thread and self.detection_thread.isRunning():
            QMessageBox.warning(self, "警告", "请先停止当前检测任务")
            return

        file_path, _ = QFileDialog.getOpenFileName(
            self, "选择图片", "", "图片文件 (*.jpg *.jpeg *.png *.bmp)")

        if file_path:
            self.clear_results()
            self.current_image = cv2.imread(file_path)
            self.current_image = cv2.cvtColor(self.current_image, cv2.COLOR_BGR2RGB)
            self.display_image(self.original_image_label, self.current_image)

            # 创建检测线程
            conf = self.confidence_spinbox.value()
            iou = self.iou_spinbox.value()
            self.detection_thread = DetectionThread(self.model, file_path, conf, iou)
            self.detection_thread.frame_received.connect(self.on_frame_received)
            self.detection_thread.finished_signal.connect(self.on_detection_finished)
            self.detection_thread.start()

            self.update_status(f"正在检测图片: {os.path.basename(file_path)}")

    def detect_video(self):
        if self.detection_thread and self.detection_thread.isRunning():
            QMessageBox.warning(self, "警告", "请先停止当前检测任务")
            return

        file_path, _ = QFileDialog.getOpenFileName(
            self, "选择视频", "", "视频文件 (*.mp4 *.avi *.mov)")

        if file_path:
            self.clear_results()
            self.is_video_running = True

            # 初始化视频写入器
            cap = cv2.VideoCapture(file_path)
            frame_width = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH))
            frame_height = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT))
            fps = cap.get(cv2.CAP_PROP_FPS)
            cap.release()

            # 创建保存路径
            save_dir = "results"
            os.makedirs(save_dir, exist_ok=True)
            timestamp = time.strftime("%Y%m%d_%H%M%S")
            save_path = os.path.join(save_dir, f"result_{timestamp}.mp4")

            fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'mp4v')
            self.video_writer = cv2.VideoWriter(save_path, fourcc, fps, (frame_width, frame_height))

            # 创建检测线程
            conf = self.confidence_spinbox.value()
            iou = self.iou_spinbox.value()
            self.detection_thread = DetectionThread(self.model, file_path, conf, iou)
            self.detection_thread.frame_received.connect(self.on_frame_received)
            self.detection_thread.finished_signal.connect(self.on_detection_finished)
            self.detection_thread.start()

            self.update_status(f"正在检测视频: {os.path.basename(file_path)}")

    def detect_camera(self):
        if self.detection_thread and self.detection_thread.isRunning():
            QMessageBox.warning(self, "警告", "请先停止当前检测任务")
            return

        self.clear_results()
        self.is_camera_running = True

        # 创建检测线程 (默认使用摄像头0)
        conf = self.confidence_spinbox.value()
        iou = self.iou_spinbox.value()
        self.detection_thread = DetectionThread(self.model, 0, conf, iou)
        self.detection_thread.frame_received.connect(self.on_frame_received)
        self.detection_thread.finished_signal.connect(self.on_detection_finished)
        self.detection_thread.start()

        self.update_status("正在从摄像头检测...")

🔐登录注册验证

对应文件：LoginWindow.py

# 账户验证核心逻辑
def handle_login(self):
    username = self.username_input.text().strip()
    password = self.password_input.text().strip()
    
    if not username or not password:
        QMessageBox.warning(self, "警告", "用户名和密码不能为空！")
        return
    
    if username in self.accounts and self.accounts[username] == password:
        self.accept()  # 验证通过
    else:
        QMessageBox.warning(self, "错误", "用户名或密码错误！")

# 密码强度检查（注册时）
def handle_register(self):
    if len(password) < 6:  # 密码长度≥6位
        QMessageBox.warning(self, "警告", "密码长度至少为6位！")

🎯 多重检测模式

对应文件：main.py

图片检测

def detect_image(self):
    file_path, _ = QFileDialog.getOpenFileName(
        self, "选择图片", "", "图片文件 (*.jpg *.jpeg *.png *.bmp)")
    if file_path:
        self.detection_thread = DetectionThread(self.model, file_path, conf, iou)
        self.detection_thread.start()  # 启动检测线程

视频检测

def detect_video(self):
    file_path, _ = QFileDialog.getOpenFileName(
        self, "选择视频", "", "视频文件 (*.mp4 *.avi *.mov)")
    if file_path:
        self.video_writer = cv2.VideoWriter()  # 初始化视频写入器
        self.detection_thread = DetectionThread(self.model, file_path, conf, iou)

实时摄像头

def detect_camera(self):
    self.detection_thread = DetectionThread(self.model, 0, conf, iou)  # 摄像头设备号0
    self.detection_thread.start()

🖼️ 沉浸式可视化

对应文件：UiMain.py

双画面显示

def display_image(self, label, image):
    q_img = QImage(image.data, w, h, bytes_per_line, QImage.Format_RGB888)
    pixmap = QPixmap.fromImage(q_img)
    label.setPixmap(pixmap.scaled(label.size(), Qt.KeepAspectRatio))  # 自适应缩放

结果表格

def add_detection_result(self, class_name, confidence, x, y):
    self.results_table.insertRow(row)
    items = [
        QTableWidgetItem(class_name),  # 类别列
        QTableWidgetItem(f"{confidence:.2f}"),  # 置信度
        QTableWidgetItem(f"{x:.1f}"),  # X坐标
        QTableWidgetItem(f"{y:.1f}")   # Y坐标
    ]

⚙️ 参数配置系统

对应文件：UiMain.py

双阈值联动控制

# 置信度阈值同步
def update_confidence(self, value):
    confidence = value / 100.0
    self.confidence_spinbox.setValue(confidence)  # 滑块→数值框
    self.confidence_label.setText(f"置信度阈值: {confidence:.2f}")

# IoU阈值同步  
def update_iou(self, value):
    iou = value / 100.0
    self.iou_spinbox.setValue(iou)

✨ UI美学设计

对应文件：UiMain.py

科幻风格按钮

def create_button(self, text, color):
    return f"""
    QPushButton {{
        border: 1px solid {color};
        color: {color};
        border-radius: 6px;
    }}
    QPushButton:hover {{
        background-color: {self.lighten_color(color, 10)};
        box-shadow: 0 0 10px {color};  # 悬停发光效果
    }}
    """

动态状态栏

def update_status(self, message):
    self.status_bar.showMessage(
        f"状态: {message} | 最后更新: {time.strftime('%H:%M:%S')}"  # 实时时间戳
    )

🔄 智能工作流

对应文件：main.py

线程管理

class DetectionThread(QThread):
    frame_received = pyqtSignal(np.ndarray, np.ndarray, list)  # 信号量通信
    
    def run(self):
        while self.running:  # 多线程检测循环
            results = self.model(frame, conf=self.conf, iou=self.iou)
            self.frame_received.emit(original_frame, result_frame, detections)

七、项目源码（视频简介）

基于深度学习YOLOv11的学生课堂行为检测系统（YOLOv11+YOLO数据集+UI界面+登录注册界面+Python项目源码+模型）_哔哩哔哩_bilibili