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基于图像识别算法的零售移动智能收银方案

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作者:章凯华

 

部门:业务技术/同城零售

 

背景

 

生鲜果蔬行业在零售行业中是一个较大且比较有特征性的行业,同时在生鲜果蔬行业中,称重秤为经营的刚需类设备。目前商家主要使用条码秤,通过 PLU(Price Lookup Code) 码进行商品的管理,每个 PLU 码对应一个商品,我们可以想象下在超市购买水果的时候会碰到下面这个流程:

 

所以在门店商品种类比较多时(一个典型生鲜果蔬类商家商品种类大多超过 200 个,随机调研了 5 家有赞果蔬商家,平均 SKU 数量 500+),PLU 码较难记忆清楚,在打秤时需临时查询,称重耗时比较长,为了避免高峰时期排队现象,需在门店增加秤台和打称员,导致商家人力成本较高。

 

因此就前面所提到的场景,我们需要通过更加智能的方式帮助商家加购,那幺基于机器学习的图像识别能力就被提上了议程。我们通过条码秤关联的摄像头进行实时拍摄,基于机器学习技术和图像识别技术,将店员放置在秤盘上的商品进行识别,并给出相关商品的列表,减少收银员收银场景中的操作次数,减少商家对新收银员的PLU码的培训并降低熟悉相关商品的培训成本,从而在整体上降低收银员的门槛以及商家的人力成本。所以我们可以得到我们期望的购买流程:

 

 

所以我们针对于商家的痛点和可行的解决方案绘制了下面的流程图:

 

 

这个流程中的基础能力如下:

 

实现摄像头对于商品的拍摄。

 

针对于拍摄能力支持图像转换成为商品的能力。

 

将识别结果进行列表化展示。

 

将用户点击之后的结果进行上报,用于商家个性化画像的绘制,以及机器学习模型的加深。

 

支持机器学习模型的动态下发。

 

在完成这些能力后,我们最终落地的效果如下:

 

接下来我们会对于核心流程和优化流程进行更加详细的描述。

 

框架选择

 

首先是整个环节的核心点,对于商家商品的关联以及数据模型进行机器学习并完成定时的增量更新流程。通过对比市面上已有的框架,因为 TensorFlow 有 lite 版本单独支持移动端能力,同时结合有赞算法团队已有的技术沉淀,所以敲定使用 TensorFlow 作为机器学习的基础框架。完成了框架的确定,就需要考虑业务场景上的实现了。

 

商品关联

 

完成了框架选择,接下来就需要确定如何将商品关联到数据模型上了。

 

有赞的商品有很多的字段,比如说:编码、条码、规格、属性等等。但是能够用于商品的唯一标识的字段屈指可数。然而最常见的几个唯一标识字段均是以条码的方式进行展示,对于条码的识别零售已经支持,所以不是本次图像识别的主要方向。所以在除了条码以外,我们考虑相对而言比较小众的字段,但仍然能够区分商品本身存在的差异化的方案——商品类目。

 

有赞的商品类目最大为 4 级,最后基本上已经能够细分到水果的某一个种类中。举个例子:一个苹果,在有赞类目中的选择需要被选择成为 食品酒水 > 水产肉类/新鲜蔬果/熟食/现做食品 > 新鲜水果 > 苹果 ,同时考虑到苹果中仍然存在不同的品种。所以我们在商品类目中追加了水果种类用于区分不同的苹果品种,比如说: 金帅国光冰糖心 ……

 

 

反馈闭环

 

在确定了核心能力的解决方案后,接下来需要解决的是如何将商家本地的数据进行上传,并对于已有模型进行强化。为了更加及时的获得用户本地的选择情况,我们选择了有赞埋点平台作为技术支撑,通过离线缓存,并结合闲时上报的能力,将用户选择图片的整体筛选情况,基于店铺/角色等维护进行拆分,并将最终的选择数据导入 ODS 库中。并在算法前结合用户选择时机的拍摄图片上传 + 用户选择商品情况进行结合,进一步针对于对应店铺的模型进行加强。从而在不断的强化商家模型,从而提高用户准确性。

 

完成以上几个能力支持后,基本能力已经闭环。我们可以获得如下的流程图:

 

 

流程优化

 

不过仅仅实现了基本流程,只是达到了能用的程度,还远远没有达到好用的程度。所以我们需要对于数据统计流程/用户交互流程进行更加深入的优化。

 

自动化类目关联

 

考虑到许多商家在使用零售的过程中,如果需要挂载到对应的类目中成本较高,为了减少商家的操作成本。我们基于商家的商品标题 + 图片提供了默认类目和种类的选择。极大程度上降低了用户的操作成本。

 

图片上传/优化处理

 

根据分析商家的实际使用场景,我们发现部分商家在售卖生鲜果蔬的同时,仍然会同时售卖一些标品,比如说日常的柴米油盐酱醋茶。所以导致商家在正常选择商品时候,设备相机仍然会采集相关照片。从而导致商家返回中会存在一部分无效图片,从而影响后续的数据分析,所以我们需要在进行机器学习算法前进行空盘图片的判断,从而避免无效数据对于数据集的影响。

 

同时由于电子秤的硬件特性:当物品放置到称上的时候,电子秤中的读数从 0 变化到物品实际重量的流程是非线形的,这就导致了,如果我们在这过程中进行数据采集,可能会采集物品非稳定的状态。所以我们约定在电子秤的读数停止变化的时候才进行数据采集,从而保证数据的有效性。

 

除此之外,由于设备的服务商的不同,导致不同服务商对于设备摄像头的调校结果也不相同。有的厂商为了能够更好地将商品拍摄完全,通过广角镜头在较短的视距内获得更好的视野;有的厂商使用了分辨率较低的摄像头导致图像的精细程度没有那幺高;有的商家设备由于在运输过程中的震动,导致摄像头拍摄位置发生了偏移。以上种种问题,我们都需要通过一些图形学的解法,将所有的逻辑处理成为统一的结果。所以在最终进入机器学习的算法前,我们需要通过图像处理,对图片进行裁切、锐化、畸变矫正。从而保证了不同设备的数据一致性。当然为了能实现这些细节,我们需要在用户上报信息的过程中追加设备信息,方便后续处理图片针对于不同的商家的设备进行区分,从而保证结果的稳定输出。

 

离线能力支持

 

考虑到零售本身的特殊性,很多商家在真实收银的场景当中的网络环境较差,完全的离线的机器学习可能会影响商家的收银流程。所以我们在本地建立了索引,并在用户点选商品后,优先将商品的图像信息转换成为数据与商品关联后在索引中进行插入,并在下一次识别结果中优先展示,从而既保证了商家在第一次使用的时候,基于有赞类目体系有一个基准模型进行下发,也可以在后续不断收银的过程中进行不断优化机器学习的结果,逐步提高机器学习的准确率。

 

总结

 

在有赞零售完成了图像识别系统落地后,系统的识别率和准确率上均有一个较为不错的结果。同时对于生鲜果蔬行业的能力支持,在后续对于其他行业类型支持的时候也会存在较大的借鉴意义。总结而言图像识别对于商家不仅仅在收银上能够提效,还能帮助商家降低成本,可谓是一举两得。

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