舒渤予

無人超市識(shí)別技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn)展

舒渤予

（中南大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，湖南 長沙 410083）

隨著人工智能與檢測技術(shù)的發(fā)展，人們越來越注重社會(huì)服務(wù)的便利性與快捷性，無人超市應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)識(shí)別技術(shù)作為無人超市的核心技術(shù)，主要包括手機(jī)掃碼識(shí)別、無人收銀機(jī)識(shí)別、無線射頻識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別四種；由于不同識(shí)別技術(shù)均有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，今后發(fā)展趨勢主要是采用多種識(shí)別技術(shù)相配合、實(shí)現(xiàn)商品源頭監(jiān)控、降低成本，以及建立公民的誠信體系。

識(shí)別技術(shù)；無人超市；RFID；視覺識(shí)別

1 引言

近年來，隨著電商行業(yè)的發(fā)展壯大和勞動(dòng)力成本的不斷上升，中國傳統(tǒng)零售行業(yè)銷售利潤持續(xù)下滑，部分傳統(tǒng)大型超市利潤率甚至達(dá)到負(fù)值；另外，電商購物過程中由于顧客難以準(zhǔn)確識(shí)別商品真?zhèn)魏推焚|(zhì)，從而無法獲得真實(shí)的購物體驗(yàn)及相應(yīng)的銷售服務(wù)等[1-2]。

隨著互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了新型購物模式——無人超市。所謂無人超市，是指沒有營業(yè)員的情況下讓顧客能夠自助完成選購、結(jié)賬等操作，實(shí)現(xiàn)無人值守的一種場景零售[3]。由于支付環(huán)節(jié)由顧客占主導(dǎo)、自助完成，因此其人工成本和運(yùn)營成本低，顧客又能通過現(xiàn)場接觸商品獲得良好的購物體驗(yàn)，同時(shí)大數(shù)據(jù)分析的應(yīng)用方便商家進(jìn)行用戶購物需求和滿足度分析，從而及時(shí)更新商品種類。在技術(shù)層面上，無人超市的發(fā)展依賴于人工智能技術(shù)的發(fā)展，主要包括視覺識(shí)別技術(shù)、傳感器融合技術(shù)、深度學(xué)習(xí)算法等技術(shù)，其中識(shí)別技術(shù)是最核心的技術(shù)，它決定著無人超市的效率和安全。

2 無人超市識(shí)別技術(shù)

無人超市依賴的識(shí)別技術(shù)主要包括手機(jī)掃碼識(shí)別、無人收銀機(jī)、無線射頻識(shí)別（RFID）、計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別四種。

2.1 手機(jī)掃碼識(shí)別技術(shù)

這種識(shí)別技術(shù)最早在2013年沃爾瑪?shù)摹癝can&Go”率先使用，應(yīng)該說僅僅是無人超市的雛形。具體實(shí)現(xiàn)方法為：用戶在選購商品時(shí)用智能手機(jī)掃描商品的條形碼，將所購買的商品記錄在手機(jī)內(nèi)，用APP計(jì)算選購商品總價(jià)，隨后在收款機(jī)附近進(jìn)行付款完成購物。

這項(xiàng)技術(shù)由于能夠縮減大量的排隊(duì)時(shí)間，所以在沃爾瑪超市大力推廣，但因顧客使用時(shí)增加了手動(dòng)掃碼這一步驟，并且該技術(shù)不能解決防盜的問題，所以在運(yùn)行了一段時(shí)間之后便停止了。

2.2 無人收銀機(jī)識(shí)別技術(shù)

無人收銀機(jī)識(shí)別技術(shù)是顧客將所選購商品依次通過無人收銀機(jī)的掃描，在屏幕上顯示所購買的商品并能選擇各種方式付款。這種識(shí)別方式一般配有簡單的防盜措施，比如用重力傳感器（與電子秤的作用原理相類似）判斷所有選購的商品是否全部掃碼，商品上柜前在傳感器上設(shè)置不同貨物的重量及其對應(yīng)價(jià)格信息，通過重力傳感器檢測所購商品是否與數(shù)據(jù)庫記錄的重量相等，當(dāng)不相符時(shí)數(shù)據(jù)反饋系統(tǒng)會(huì)報(bào)警引起營業(yè)員的注意，無報(bào)警信息則實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扣款。

該方案的缺點(diǎn)有：①方便性不足，增加了學(xué)習(xí)成本，很多人寧愿排隊(duì)也不愿意用這種付款方式；②雖然有一些防盜措施，但是不能徹底防止偷盜行為；③由于經(jīng)常有誤操作導(dǎo)致報(bào)警發(fā)生，超市需要派人監(jiān)管，并沒有較大地減少人力投入；④有的產(chǎn)品質(zhì)量過輕，信息難以準(zhǔn)確識(shí)別。

雖然該方案有許多的缺點(diǎn)與局限性，但是也不失為一種解決排隊(duì)問題的方式，所以許多超市（比如大潤發(fā)超市、永輝超市）仍然沿用無人收銀機(jī)作為一種輔助收銀方式。

2.3 無線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)

RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號的自動(dòng)識(shí)別來判斷特定目標(biāo)對象并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，從而獲取相關(guān)的對象資料[4-5]。RFID工作裝置一般由一對工作在同一頻率下的RFID識(shí)別器、RFID標(biāo)簽構(gòu)成，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的。因其識(shí)別過程中無需人工干預(yù)、能夠適應(yīng)多種惡劣環(huán)境，能同時(shí)快速、有效識(shí)別多個(gè)不同物體、操作便捷，因此該技術(shù)廣泛應(yīng)用于無人超市中[6-8]。

RFID技術(shù)一般分為有源RFID、無源RFID和半有源RFID：①有源RFID就是在RFID標(biāo)簽中內(nèi)置了電源，主動(dòng)向RFID識(shí)別器發(fā)出信號，其優(yōu)點(diǎn)是傳輸距離遠(yuǎn)，但體積較大且制作成本較高，不適合用在無人超市等類似場合；②無源RFID是指在RFID標(biāo)簽內(nèi)沒有內(nèi)置電源，通過電磁感應(yīng)線圈感應(yīng)RFID識(shí)別器所發(fā)出來的微波信號，實(shí)現(xiàn)短暫供能并完成數(shù)據(jù)交換，其特點(diǎn)是制作簡單、體積小、成本低、故障率低、壽命較長，缺點(diǎn)是識(shí)別范圍?。虎郯胗性碦FID結(jié)合了前兩者的優(yōu)點(diǎn)，既有內(nèi)置電源，只是在收到接收器的信號之后開始供電，以實(shí)現(xiàn)更高效的傳輸和定位等復(fù)雜需求。

一般無人超市使用的是無源RFID技術(shù)，中國大多數(shù)無人超市采用的都是這種技術(shù)，比如阿里巴巴、賓果盒子。需要預(yù)先在每一個(gè)商品上都貼上RFID標(biāo)簽，并寫入數(shù)據(jù)以便區(qū)分，顧客選購?fù)晟唐分笾恍鑼⑦x好的商品放入特定的識(shí)別區(qū)便可以一次性完成識(shí)別的工作。

RFID檢測識(shí)別技術(shù)使用方便，識(shí)別準(zhǔn)確率高，一次可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)商品的識(shí)別；其缺點(diǎn)是RFID標(biāo)簽的成本較高，并且標(biāo)簽在某些特殊的材質(zhì)上會(huì)受到較大干擾；但相對于其他方案，RFID方案更適合在中國推廣。

2.4 計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別技術(shù)

計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別技術(shù)主要靠攝像頭識(shí)別，因此又可以稱為圖像識(shí)別技術(shù)。超市需提前將產(chǎn)品多種特征及其價(jià)格納入系統(tǒng)，貨架墻壁上安裝多個(gè)攝像頭和傳感器。其中光幕/紅外傳感器負(fù)責(zé)制造水平面，通過顧客的手是否穿過水平面判斷其動(dòng)作；壓力/紅外傳感器表示商品的位置和狀態(tài)，為用戶的行為提供數(shù)據(jù)；攝像頭負(fù)責(zé)拍照，掃描產(chǎn)品信息，并反饋給識(shí)別器，識(shí)別器就會(huì)對產(chǎn)品信息進(jìn)行讀取，最終反饋給系統(tǒng)[3，9]。利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，建立商品—?jiǎng)幼鳌说呐袆e模型，提高系統(tǒng)識(shí)別能力，顧客只需要用手機(jī)直接掃碼進(jìn)入超市選購商品，攝像頭就會(huì)系統(tǒng)發(fā)出扣款指令。這種無人超市實(shí)現(xiàn)方案最早在2016年由亞馬遜提出，并將其命名為“Amazon Go”[10]。

中國在計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別購物方面比較杰出的公司有深蘭科技（與中南大學(xué)密切合作），深蘭科技在AI零售方面有多種產(chǎn)品，如AI販賣柜、AI結(jié)算臺(tái)、AI超市等。其中，AI販賣柜可以實(shí)現(xiàn)掌脈識(shí)別開門，拿了就走的售貨方式；AI結(jié)算臺(tái)可以放在普通的超市中實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)超市向無人超市的轉(zhuǎn)變，用戶只需要將商品放在特定的識(shí)別區(qū)，AI結(jié)算臺(tái)通過攝像頭識(shí)別顧客所購買的物品，免去了RFID技術(shù)必須要在商品上貼RFID標(biāo)簽的步驟，從而節(jié)約成本。

基于計(jì)算機(jī)視覺的無人超市方案比較成熟，產(chǎn)品的信息錄入便捷，不同產(chǎn)品也不需要粘貼標(biāo)簽，顧客使用方便，并且能夠真正實(shí)現(xiàn)無人的狀態(tài)。但該方法無法保證完全準(zhǔn)確，在人數(shù)過多或購買商品過多的情況下可能會(huì)出現(xiàn)誤差；另外，如果顧客拿走的產(chǎn)品過小或顧客故意或無意將產(chǎn)品遮擋，則系統(tǒng)也無法有效地識(shí)別出來。

3 結(jié)語

以上4種識(shí)別技術(shù)既有自身優(yōu)勢，又各自有缺點(diǎn)，但在無人超市均有一定程度的應(yīng)用。目前，無人超市購物方式均存在注冊流程煩瑣（繞不開注冊賬號）和誠信體系不健全等問題，致使其推廣存在一定難度。今后主要在以下幾方面加強(qiáng)：①結(jié)合實(shí)際情況采用多種識(shí)別技術(shù)相配合，并保證識(shí)別系統(tǒng)的后臺(tái)穩(wěn)定性；②引入物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)商品源頭監(jiān)控[11]；③改進(jìn)計(jì)算機(jī)視覺識(shí)別和RFID識(shí)別的準(zhǔn)確性，從而降低成本；④加大監(jiān)管力度，與公民的誠信體系掛鉤。

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TP311.52

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.01.062

2095－6835（2020）01－0151－02

〔編輯：張思楠〕