猫咪如厕检测与分类识别系统系列【二】多图上传及猫咪分类特征提取更新

前情提要

家里养了三只猫咪，其中一只布偶猫经常出入厕所。但因为平时忙于学业，没法时刻关注牠的行为。我知道猫咪的如厕频率和时长与健康状况密切相关，频繁如厕可能是泌尿问题，停留过久也可能是便秘或不适。为了更科学地了解牠的如厕习惯，我计划搭建一个基于视频监控和AI识别的系统，自动识别猫咪进出厕所的行为，记录如厕时间和停留时长，并区分不同猫咪。这样即使我不在家，也能掌握猫咪的健康状态，更安心地照顾它们。

已完成工作：
✅猫咪如厕检测与分类识别系统系列【一】 功能需求分析及猫咪分类特征提取

✅ 计划工作：
· 猫咪管理（添加猫照片及名字）【进行】
· 区域选择（绘制检测区域）【待更新】
· 检测记录【待更新】 【待更新】

❓ 目前存在问题：

1.每只猫只能录入一张图片效率较低，同时对于多猫家庭来说更是任务艰巨。

2.之前的匹配逻辑准确率较低，能否根据多张图片来进行特征点匹配?

🐱 匹配算法需求更新：

✅ 实现：

1. 每只猫可以上传多张脸部图片

2. 批量上传图片（一次性上传多张图）

3. 系统自动提取所有图片的特征，并将这些特征汇总为一个猫的特征集合

4. 识别时与集合中的多个向量比对，提升准确率（可用平均、最大相似度等策略）

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✅ 新设计方案：

🧠 数据结构调整（database.py）：

• 每只猫的多个向量单独保存，例如：

embeddings/
├── 0_Mimi/
│   ├── 1.npy
│   ├── 2.npy
│   └── ...
├── 1_Kaka/
│   ├── 1.npy
│   └── ...

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✅ 1. 修改 database.py 支持多图上传：

class CatDatabase:
    def __init__(self, db_path='data/embeddings'):
        self.db_path = db_path
        os.makedirs(db_path, exist_ok=True)

    def add_cat_images(self, name, embeddings):
        # 创建文件夹
        cat_id = self._next_id(name)
        cat_folder = os.path.join(self.db_path, cat_id)
        os.makedirs(cat_folder, exist_ok=True)
        for idx, emb in enumerate(embeddings):
            np.save(os.path.join(cat_folder, f"{idx}.npy"), emb)

    def _next_id(self, name):
        # 用名称做 ID
        existing = [f for f in os.listdir(self.db_path) if os.path.isdir(os.path.join(self.db_path, f))]
        base = f"{len(existing)}_{name}"
        return base

    def get_all(self):
        embeddings = []
        names = []
        for folder in os.listdir(self.db_path):
            full_path = os.path.join(self.db_path, folder)
            if os.path.isdir(full_path):
                for file in os.listdir(full_path):
                    if file.endswith('.npy'):
                        vec = np.load(os.path.join(full_path, file))
                        embeddings.append(vec)
                        names.append(folder.split("_", 1)[1])
        return embeddings, names

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✅ 2. 修改 app.py 支持批量上传

@app.route('/', methods=['GET', 'POST'])
def index():
    if request.method == 'POST':
        name = request.form['name']
        files = request.files.getlist('images')
        if name and files:
            embeddings = []
            for file in files:
                img_path = os.path.join(app.config['UPLOAD_FOLDER'], file.filename)
                file.save(img_path)
                try:
                    vec = embedder.extract(img_path)
                    embeddings.append(vec)
                except:
                    print(f"跳过无效图像: {file.filename}")
            if embeddings:
                db.add_cat_images(name, embeddings)
            return redirect(url_for('index'))

    _, names = db.get_all()
    return render_template('index.html', cats=set(names))

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✅ 3. 修改前端支持批量上传

<form method="POST" enctype="multipart/form-data">
    <input type="text" name="name" placeholder="猫咪名字" required><br><br>
    <input type="file" name="images" multiple accept="image/*" required><br><br>
    <input type="submit" value="批量添加猫咪图像">
</form>

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✅ 工作流程示意：

[上传多张图 + 猫名] → [逐张提取特征] → [保存特征集合]
识别时 → 与所有特征比对 → 选择相似度最高的那只猫

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🧠 识别逻辑更新（matcher.py）：
用最近邻（最大相似度匹配）来做猫咪识别，识别时只要有一张特征相似度高于阈值就判定为该猫，这样在有多个角度或不同光照条件下也能更稳定。

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from sklearn.metrics.pairwise import cosine_similarity
import numpy as np

class CatMatcher:
    def __init__(self, db):
        self.db = db

    def match(self, query_vec, threshold=0.7):
        embeddings, names = self.db.get_all()
        if not embeddings:
            return "Unknown"

        sims = cosine_similarity([query_vec], embeddings)[0]
        best_idx = np.argmax(sims)
        best_score = sims[best_idx]

        if best_score > threshold:
            return names[best_idx]
        return "Unknown"

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✅ 项目状态总结：

模块	进度	功能描述
猫咪录入系统	✅ 完成	多张图片批量上传，提特征保存，Web UI 展示
猫咪识别系统	✅ 完成	最近邻匹配策略，返回匹配猫的名字
摄像头检测	🔜 待做	YOLOv11 检测猫是否进入区域，裁剪图并识别
事件记录系统	🔜 待做	进入/离开时间记录、保存图像、生成如厕时长
Web 展示记录	🔜 待做	Flask 页面展示记录，支持导出 / 查询

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