AI · 视觉识别 · 智慧零售

视觉识别秤背后的 AI 技术原理

视觉识别技术在各个领域的价值正在被逐步探索和挖掘,零售业也不例外。从自动结账、自动补货、刷脸支付到如今的视觉识别秤,这只是 AI 技术在零售业应用的开始。为了更好地理解这一趋势,本文将从识别过程、准确率提升方法和现实应用挑战三个方面,介绍 AI 视觉识别的基本原理。

01 · RECOGNITION PROCESS

电子秤识别的过程

01 / 信息的获取

获取信息的过程可以类比为人类“看”的动作。在识别设备中,首先需要通过摄像头拍摄秤盘上的商品,将光感信息转化为机器可以识别的电信息。

在图像描述中,可以通过不同色彩模式下的参数描述每个像素点,进而描述一张照片。例如,HSB 色彩模式通过色相、饱和度和亮度三个维度描述像素;此外还有常见的 RGB、LAB、灰度等多种方式。

AI图像识别常用颜色空间对比

02 / 信息的预处理

预处理是图像进入识别环节前的处理过程,包括对信息的挑选和加工。摄像头拍摄多张照片后,需要快速选出最清晰的一张;接下来再进行降噪处理。

图像处理可能包括图像修复填充、去雾、对比度增强、无损放大、拉伸图像恢复、清晰度增强和色彩增强等。其目的都是排除干扰因素,获得更适合算法识别的照片。

AI视觉识别图像拉伸数据增强示例

03 / 特征抽取和选择

简单来说,待识别的图像各式各样:有的包含苹果,有的包含香蕉。要对这些图片进行分类,就需要依据图像本身的特征加以识别。获取香蕉、苹果等对象特征的过程,就是“特征抽取”。

特征抽取获得的信息并不一定都对识别有用。例如,苹果上贴有标签,而识别并不依靠标签,那么就需要保留苹果本身的相关特征,摒弃标签特征,这就是“特征选择”。特征抽取和选择是图像识别过程中的关键技术,也是理解图像识别的重点。

04 / 分类器设计和分类决策

“分类器设计”是指通过训练得到一套识别规则,并利用这套规则进行特征分类,使图像识别获得较高的识别率。“分类决策”则是在特征空间中对被识别对象进行分类,从而判断研究对象具体属于哪一类。

例如,在无码商品识别中,如果发现具有大面积叶片特征的商品通常属于蔬菜,就可以在特征分类中加入蔬菜类别。这样,当算法再次发现大面积叶片特征时,会优先在叶类蔬菜中匹配,而不是进入水果或干货品类。

02 · ACCURACY IMPROVEMENT

如何提高图像识别的准确率?

01 / 样本增强

数据增强是指在训练过程中,为获得更多样本并模拟实际场景中的多变情况,对图像进行不同处理。例如,一张正常的小猫照片,可以经过褪色、增加曝光、模糊、锐化、旋转、翻转或添加有色滤镜等处理,从而产生更多样本。

增加验证准确性的简单方法之一,就是添加更多数据;当训练实例较少时,这种方法尤其有用。

AI视觉识别训练数据增强样本

02 / 正确操作,避免脏数据

在图像识别过程中,送入训练的图像越干净,模型识别的准确率就越高。这里的“干净”是指有效样本。例如,正常送入识别系统的样本,应当包含水果、蔬菜等无码商品。

如果操作过程中拍下了手机、钱包或主体不清晰的照片,这些不在训练样本范围内的图片就属于脏数据。脏数据越多,识别准确率就越低。

脏数据
AI识别电子秤遮挡商品拍摄样本
有效数据
AI识别电子秤散装商品训练样本

03 / 使用清晰度合适的照片

和人眼识别一样,如果输入图像太小,就不利于模型识别图像特征。但图像也并非越大越好:过大的图像会增加计算资源消耗,如果模型不够复杂,也可能无法有效处理。因此,如何选出最适合具体商业场景的图像尺寸,同样是一项重要的技术工作。

04 / 多套算法同时运行并进行 PK

识别系统可以同时部署多套算法,让不同算法分别进行识别计算,再对多套算法的结果进行比较,显示最有可能的结果。

例如,将一根黄瓜放到秤上,A 算法判断为黄瓜的最高概率是 80%;B 算法判断为苦瓜的最高概率是 30%。两个结果比较后,80% 明显高于 30%,因此系统会把黄瓜作为第一推荐结果,并将苦瓜放在第二位。

商品识别算法置信率对比示例

03 · REAL-WORLD CHALLENGES

AI 技术发展至今,面临的新挑战是什么?

原文数据摘录
早在 2015 年 2 月 15 日,新浪科技报道了一篇关于微软图像识别研究的论文。论文内容显示,在一项图像识别基准测试中,电脑系统的识别能力已经超越人类:人类在归类 ImageNet 数据库中的图像时,识别错误率为 5.1%,而微软研究小组的深度学习系统错误率为 4.94%。

随着技术日渐成熟,机器在图像处理效率和准确度上超越人类并非不可想象。技术人员随之面对新的问题:如何让这些技术真正为人所用,摆脱高昂费用和实验室的苛刻条件,进入复杂的现实世界,服务各行各业与普通家庭。

通过视觉识别在生产应用中需要解决的问题,可以大致了解技术与落地之间的距离。

01 / 720P 摄像头

识别所使用的是普通的 720P 摄像头,并非工业专业镜头。它所拍摄的照片甚至不如普通手机摄像头清晰,稍微放大便能看到明显的像素。

02 / 极小算力

识别所需算力很小。在称重设备上,识别系统与设备自身的 Windows 或安卓系统共用一个芯片,同时还要求运算速度达到毫秒级。为兼顾准确率与离线处理,还需要同时部署多套神经网络算法和本地自学习算法。

03 / 复杂现实环境

实际应用环境非常复杂:既要面对生鲜商品随季节产生的颜色和形态变化,也要适应不同门店的光线环境,以及不同包装袋的透光率等条件。

技术与行业,需要两手抓

算法的基础框架可能大同小异,但面对不同的实际场景,处理方式仍会千差万别。要做好一个领域的 AI 产品,既需要技术能力,也需要深入理解行业。