摘? 要：為解決寵物狗喂養(yǎng)人缺乏飼養(yǎng)知識(shí)、飼養(yǎng)方法不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，設(shè)計(jì)了一款基于圖像識(shí)別的寵物狗養(yǎng)育系統(tǒng)。該系統(tǒng)從用戶需求出發(fā)，提供寵物狗品種、性格特征、喂養(yǎng)方法、訓(xùn)練方式、生病預(yù)防、交流分享等多方面的功能，涉及喂養(yǎng)寵物狗各個(gè)環(huán)節(jié)。其中“寵物狗品種識(shí)別”是其中的核心功能，利用百度EasyDL平臺(tái)圖像識(shí)別快速實(shí)現(xiàn)該功能。文章主要論述在實(shí)現(xiàn)該功能的過(guò)程中進(jìn)行機(jī)器訓(xùn)練總結(jié)出的一些方法和經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：圖像識(shí)別;機(jī)器訓(xùn)練;寵物狗養(yǎng)育系統(tǒng)

Abstract：In order to solve the problems of pet dog breeders，such as lack of knowledge and improper breeding methods，a pet dog rearing system based on image recognition was designed. Based on the needs of users，the system provides various functions such as pet dog breed，personality characteristics，feeding methods，training methods，disease prevention，communication and sharing，involving all aspects of pet dog feeding. Among them，“pet dog breed identification” is the core function，which is realized quickly by using Baidu EasyDL platform image recognition. This paper mainly discusses some methods and experience of machine training in the process of realizing this function.

Keywords：image recognition;machine training;pet dog rearing system

0? 引? 言

隨著人類社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，人類飼養(yǎng)寵物的需求逐步增加。人類需要寵物的陪伴，需要寵物治愈心靈。很多人選擇了飼養(yǎng)寵物狗，但是養(yǎng)育一只寵物狗并不是一件簡(jiǎn)單的事情。如何選擇一只適合喂養(yǎng)人的寵物狗，針對(duì)它的品種，了解其性情，如何喂養(yǎng)，如何訓(xùn)練等，有許多的知識(shí)需要學(xué)習(xí)，使得飼養(yǎng)的寵物狗能健康成長(zhǎng)。針對(duì)寵物狗喂養(yǎng)人的需求，利用現(xiàn)代化的移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)和人工智能技術(shù)設(shè)計(jì)一個(gè)寵物狗喂養(yǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以幫助用戶解決在寵物喂養(yǎng)過(guò)程中的許多問(wèn)題。本系統(tǒng)可以在實(shí)際寵物狗喂養(yǎng)中提供信息協(xié)助和數(shù)據(jù)支持，并作為本院畜牧獸醫(yī)學(xué)院寵物養(yǎng)護(hù)與訓(xùn)導(dǎo)專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)資源。

1? 系統(tǒng)背景

移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展使用戶可以方便地通過(guò)多種方式訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)獲取信息，人工智能技術(shù)可以在很多不同的應(yīng)用場(chǎng)景中幫助人們快速解決問(wèn)題。寵物狗喂養(yǎng)系統(tǒng)是針對(duì)寵物狗喂養(yǎng)人在喂養(yǎng)過(guò)程中的需求，利用移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)和人工智能技術(shù)解決養(yǎng)狗過(guò)程中的各種困難和需求。不同品種的寵物狗，性格特征也不盡相同，喂養(yǎng)人需要正確識(shí)別寵物狗的品種，并根據(jù)其品種特點(diǎn)，了解適合的喂養(yǎng)照顧方式和訓(xùn)練方法。在喂養(yǎng)過(guò)程中，需要注意寵物狗的衛(wèi)生防疫，在寵物狗生病時(shí)，及時(shí)獲得寵物醫(yī)院的信息;針對(duì)疾病，獲取照顧護(hù)理的信息。同時(shí)也需要解決喂養(yǎng)人記錄寵物狗的日常生活、與其他喂養(yǎng)人交流等方面的信息交換。本系統(tǒng)的業(yè)務(wù)范圍包含寵物狗的品種識(shí)別、選擇、喂養(yǎng)、訓(xùn)練，到衛(wèi)生防疫、生病照顧、分享交流等。喂養(yǎng)人在喂養(yǎng)寵物狗的全程都可以通過(guò)本系統(tǒng)獲取信息和幫助。

2? 整體設(shè)計(jì)

為了符合用戶的使用習(xí)慣，降低用戶的使用成本，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用多種訪問(wèn)方式，提供網(wǎng)頁(yè)、Android APP、小程序等三種訪問(wèn)方式供用戶選擇，如圖1所示。

其中，Android APP的功能是最全面的，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所提供的所有功能，是寵物狗喂養(yǎng)人的首選訪問(wèn)方式。小程序方式訪問(wèn)系統(tǒng)，方便快捷但部分功能受限;網(wǎng)頁(yè)訪問(wèn)是傳統(tǒng)的訪問(wèn)方式，但用戶信息不能保存，每次使用需要登錄才能獲得個(gè)人信息及偏好設(shè)置。用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行訪問(wèn)方式的選擇。服務(wù)器端采用Spring Boot框架進(jìn)行開發(fā)。Spring Boot框架可以快速進(jìn)行Spring框架的搭建，為快速、高效進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)鋪平了道路。

本系統(tǒng)根據(jù)寵物喂養(yǎng)人在養(yǎng)育一只寵物狗的過(guò)程中的實(shí)際需要，將系統(tǒng)分為四大功能模塊：“了解寵物狗、喂養(yǎng)寵物狗、照顧寵物狗、狗狗朋友圈”。如圖2所示，“了解寵物狗”模塊主要功能包括“品種識(shí)別”、“品種特征”、“喂養(yǎng)須知”、“訓(xùn)練方法”四個(gè)功能。“品種識(shí)別”功能可以拍照識(shí)別寵物狗品種的功能;“品種特征”功能介紹不同品種的寵物狗的外觀特征和性格特點(diǎn);“喂養(yǎng)須知”功能是分品種提供狗在喂養(yǎng)、生活等方面的知識(shí)介紹;“訓(xùn)練方法”功能針對(duì)不同品種狗的特征介紹不同的訓(xùn)練方式?！拔桂B(yǎng)寵物狗”模塊主要功能是根據(jù)喂養(yǎng)人的寵物狗的特征，制定喂養(yǎng)計(jì)劃，記錄寵物狗的飲食，記錄運(yùn)動(dòng)時(shí)間并設(shè)置散步提醒，定位位置等滿足日常喂養(yǎng)過(guò)程中的需求;“照顧寵物狗”模塊主要功能包括“保健記錄”和“家庭醫(yī)生”，可以記錄并提醒衛(wèi)生預(yù)防，通過(guò)人工智能識(shí)別一些常見病，并提供附件，包含寵物醫(yī)院的位置、電話，方便喂養(yǎng)人對(duì)寵物狗的病中護(hù)理;“狗狗朋友圈”模塊主要功能包括“發(fā)布記錄”，“瀏覽記錄”，“好友管理”，可以分享自家寵物狗的日常，根據(jù)條件尋找狗朋友，滿足線上線下的交流需求。

其中“品種識(shí)別”模塊是本系統(tǒng)的核心功能，用戶需要確定寵物狗的品種才能有針對(duì)性地獲取適合該品種寵物狗的喂養(yǎng)、訓(xùn)練方面的信息。系統(tǒng)將根據(jù)寵物狗的品種主動(dòng)推薦一些喂養(yǎng)方面的信息。

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了寵物狗養(yǎng)育環(huán)節(jié)中，從了解寵物狗，選擇寵物狗，日常喂養(yǎng)，日常訓(xùn)練，日常照顧，交流分享等每個(gè)環(huán)節(jié)中信息的提供，信息分享，根據(jù)自身要求定制服務(wù)?？梢杂行У貛椭鱾€(gè)寵物狗喂養(yǎng)人更好地養(yǎng)育寵物狗，解決寵物狗養(yǎng)育環(huán)節(jié)中的一些困惑、疑慮，以適合的方式照顧寵物狗。

3? 關(guān)鍵技術(shù)

“寵物狗品種識(shí)別”功能是本系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過(guò)識(shí)別寵物狗的品種可以幫助使用者挑選寵物狗，根據(jù)寵物狗的品種，提供后續(xù)的養(yǎng)育知識(shí)、訓(xùn)練方式等定制化的服務(wù)。實(shí)現(xiàn)本環(huán)節(jié)需要使用到人工智能領(lǐng)域的圖像識(shí)別技術(shù)。當(dāng)前人工智能技術(shù)已經(jīng)融入了我們生活的方方面面，教育、零售、工業(yè)、政務(wù)、交通等領(lǐng)域都在越來(lái)越多的使用人工智能技術(shù)。很多人覺得人工智能技術(shù)的門檻較高，一般的程序設(shè)計(jì)人員不易掌握。隨著一些大型互聯(lián)網(wǎng)公司人工智能平臺(tái)的推出，這種刻板印象正逐漸被改變。使用人工智能技術(shù)正在變得越來(lái)越簡(jiǎn)便。通過(guò)人工智能平臺(tái)，開發(fā)人員可以獲得基于人工智能的解決方案、技術(shù)支持、場(chǎng)景應(yīng)用，可以更快、更好地解決實(shí)際問(wèn)題。

百度公司的百度AI開放平臺(tái)是其中的佼佼者，其包括254項(xiàng)場(chǎng)景能力、解決方案與軟硬一體組件，并提供EasyDL定制化訓(xùn)練平臺(tái)、深度學(xué)習(xí)開發(fā)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)AI Studio、自定義模板OCR等定制化平臺(tái)，零算法門檻實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)定制;為上下游合作伙伴搭建展示與交易平臺(tái)——AI市場(chǎng)，助力各行業(yè)高效實(shí)現(xiàn)AI升級(jí)。其中EasyDL平臺(tái)是一個(gè)可視化模型訓(xùn)練與服務(wù)平臺(tái)，可以快速獲取圖像識(shí)別、文本檢測(cè)、商品檢測(cè)等AI服務(wù)。根據(jù)本系統(tǒng)的需要，利用EasyDL平臺(tái)中圖像識(shí)別的功能實(shí)現(xiàn)寵物狗品種的分辨。

EasyDL平臺(tái)適合需要高效開發(fā)的項(xiàng)目，無(wú)須了解算法細(xì)節(jié)，基于百度內(nèi)置AutoDL技術(shù)，只需少量數(shù)據(jù)即可快速訓(xùn)練出高精度模型。全方位支持訓(xùn)練數(shù)據(jù)的高質(zhì)量采集和高效標(biāo)注，支持在模型迭代過(guò)程中擴(kuò)充數(shù)據(jù)，有效提升模型效果。使用EasyDL平臺(tái)重點(diǎn)是通過(guò)不同類型的圖片對(duì)人工智能平臺(tái)進(jìn)行機(jī)器訓(xùn)練，其使用步驟如圖3所示。

機(jī)器訓(xùn)練是當(dāng)前人工智能研究中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)決定了人工智能的工作效率。在本項(xiàng)目中，從不同角度、不同環(huán)境采集多個(gè)品種狗的圖片，上傳至平臺(tái)并在標(biāo)注類別，提交開始機(jī)器訓(xùn)練。選擇圖片時(shí)，注意圖片中對(duì)象的特征要清晰，具有代表性，不同角度、光線明暗的變化都應(yīng)覆蓋。因?yàn)槭褂谜吲臄z寵物狗照片的方式不同，應(yīng)該包含不同情況的各種類型的圖片。一個(gè)分類至少需要準(zhǔn)備20張以上的圖片，若想獲得較好的效果，每個(gè)分類可以準(zhǔn)備不少于100張圖片。

每張圖片上傳時(shí)需要標(biāo)注圖片的分類，提交平臺(tái)進(jìn)行機(jī)器訓(xùn)練。在訓(xùn)練結(jié)束后，查看模型評(píng)估報(bào)告，包括基本結(jié)論、準(zhǔn)確率、F1 score、精準(zhǔn)率、召回率等效果指標(biāo)。根據(jù)項(xiàng)目的需要選擇重點(diǎn)關(guān)注的指標(biāo)。通過(guò)分標(biāo)簽查看模型識(shí)別錯(cuò)誤的圖片，尋找其中的共性，進(jìn)而有針對(duì)性的擴(kuò)充訓(xùn)練數(shù)據(jù)。通過(guò)增加訓(xùn)練圖片，再次進(jìn)行訓(xùn)練，以提高識(shí)別的精準(zhǔn)性。訓(xùn)練的數(shù)據(jù)量應(yīng)該充足，圖片過(guò)少可能會(huì)影響訓(xùn)練的效果。每個(gè)分類的數(shù)據(jù)量應(yīng)該均衡，不同分類的數(shù)據(jù)量級(jí)應(yīng)相同，并盡量接近。測(cè)試的數(shù)據(jù)與訓(xùn)練的數(shù)據(jù)來(lái)源保持一致，采集設(shè)備、環(huán)境均需一致。如若不一致，需調(diào)整訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，重新訓(xùn)練。機(jī)器訓(xùn)練的過(guò)程是一個(gè)迭代的過(guò)程，需要根據(jù)訓(xùn)練的效果，進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整、訓(xùn)練，以求最終的訓(xùn)練效果能夠使模型的各項(xiàng)效果指標(biāo)符合實(shí)際需求。

本系統(tǒng)選取了市面上常見的二十余種寵物狗，在室內(nèi)、室外，對(duì)不同品種、不同年齡的狗狗從各個(gè)不同角度、不同狀態(tài)采集了百余張照片，提交到EasyDL平臺(tái)進(jìn)行標(biāo)注并訓(xùn)練。根據(jù)訓(xùn)練結(jié)果，對(duì)識(shí)別錯(cuò)誤的圖片進(jìn)行分析，找出識(shí)別錯(cuò)誤的原因，從而有針對(duì)性地增加圖片數(shù)據(jù)，再次進(jìn)行訓(xùn)練，經(jīng)過(guò)多次訓(xùn)練，模型的效果指標(biāo)達(dá)到實(shí)際要求后，即可發(fā)布使用。

訓(xùn)練完成后，可將模型部署在公有云服務(wù)器、私有服務(wù)器，封裝成可離線運(yùn)行的設(shè)備端SDK，或直接購(gòu)買軟硬一體方案，靈活適配各種使用場(chǎng)景及運(yùn)行環(huán)境。本項(xiàng)目采用云服務(wù)器部署的方式，通過(guò)API接口調(diào)用模型，實(shí)現(xiàn)寵物狗品種識(shí)別功能，如圖4所示為Android APP中通過(guò)拍攝照片識(shí)別寵物狗品種結(jié)果圖。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)識(shí)別錯(cuò)誤的信息，繼續(xù)加入迭代訓(xùn)練數(shù)據(jù)集糾正結(jié)果，不斷提高圖像識(shí)別效果。

4? 結(jié)? 論

本文開發(fā)的采用人工智能技術(shù)的寵物狗養(yǎng)育系統(tǒng)，充分考慮用戶的需求，包含養(yǎng)育寵物狗的全部環(huán)節(jié)，利用圖像識(shí)別技術(shù)分辨不同品種的寵物狗。根據(jù)寵物狗品種的不同，給用戶提供寵物狗的性格特征、喂養(yǎng)方式、訓(xùn)練方式等相關(guān)信息。幫助用戶在寵物狗生病時(shí)提供就醫(yī)信息和護(hù)理信息。通過(guò)狗狗朋友圈獲取、分享狗狗的信息，與其他寵物狗愛好者進(jìn)行交流。本系統(tǒng)根據(jù)用戶的需求出發(fā)，為用戶提供針對(duì)其寵物狗品種的各類信息，使用戶獲得良好的體驗(yàn)?；谌斯ぶ悄軋D像識(shí)別技術(shù)的“寵物狗品種識(shí)別”功能是本系統(tǒng)的核心功能。借助百度EasyDL平臺(tái)快速實(shí)現(xiàn)寵物狗品種識(shí)別，利用不同品質(zhì)的寵物狗圖片數(shù)據(jù)進(jìn)行機(jī)器訓(xùn)練，獲得了良好的使用效果。

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作者簡(jiǎn)介：雷靜（1981.12—），女，漢族，四川成都人，講師，工程碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用。