智能冰箱的自動識別技術(shù)

賴南華

（北京京東世紀(jì)信息技術(shù)有限公司 北京市 100176）

我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在社會上的飛速發(fā)展，進(jìn)而帶動了我國智能家電的興起?，F(xiàn)在智能家電中的代表性產(chǎn)品智能冰箱已經(jīng)成為各企業(yè)爭相發(fā)展的產(chǎn)品。智能冰箱中的物品識別技術(shù)作為核心技術(shù)，一直是企業(yè)發(fā)展中需要注意的難題，智能冰箱的識別是決定智能冰箱發(fā)展的關(guān)鍵因素。

1 智能冰箱發(fā)展現(xiàn)狀

隨著科技的發(fā)展，目前我國的冰箱企業(yè)早已具備面向智能化發(fā)展的條件。通過近兩年的觀察來看，智能冰箱的終端保有量正在大規(guī)模向用戶方面增加，也在逐步吞噬傳統(tǒng)冰箱企業(yè)。還有就是我國互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷提高下，加之5G 的到來，我國冰箱行業(yè)有足夠大的能力進(jìn)行智能化轉(zhuǎn)型。另外，傳統(tǒng)冰箱在市場上面對尷尬的瓶頸期，傳品標(biāo)準(zhǔn)不高、技術(shù)缺失、用戶體驗(yàn)差等，用戶的消費(fèi)需求迫使冰箱行業(yè)逐漸向智能方面發(fā)展。通過以下兩個例子可以看出智能冰箱在社會中發(fā)展的狀況：

智能冰箱開始發(fā)展是在2000年韓國的LG 首先推出了一款智能冰箱，從此開啟了智能冰箱的先河，這臺冰箱是世界上第一臺可以和互聯(lián)網(wǎng)鏈接的智能冰箱。七年后，韓國的三星集團(tuán)也推出了具有自動識別技術(shù)的智能冰箱，它的應(yīng)用是通過在物品上貼上標(biāo)簽然后冰箱根據(jù)標(biāo)簽計(jì)算出物品的數(shù)量和種類，識別后冰箱再把物品的各種信息發(fā)送到用戶的短信里。

多年后，智能冰箱在不斷地創(chuàng)新、升級，例如：德國的西門子公司又推出了一種新型的智能冰箱，這種冰箱的管理功能不僅融合了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)。在此同時我國的海信集團(tuán)也推出了一款智能冰箱，它可以通過智能手機(jī)遠(yuǎn)程控制智能冰箱、監(jiān)測冰箱內(nèi)的溫度、食品的儲存管理信息等，比較方便的是它可以在用戶手機(jī)上形成采購物品的清單，以此來幫助人們的采購。

最后則是在2015年，國內(nèi)的長虹美菱相繼推出了一款識別系統(tǒng)較全的智能冰箱，這種冰箱在冰箱內(nèi)設(shè)置多種攝像頭對物品進(jìn)行識別和檢測，另外還使用云計(jì)算、變頻和物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，進(jìn)一步控制物品的保鮮儲存。在7月份海爾集團(tuán)同樣推出了一款智能識別的冰箱，冰箱采用智慧窗的設(shè)計(jì)理念，并帶有感應(yīng)功能，當(dāng)人們靠近冰箱時冰箱門則變成了一種透明狀，能夠清晰地看到冰箱內(nèi)的食品以方便用戶使用，還幫助用戶節(jié)省一定的時間，節(jié)約能耗。另外，該款冰箱可以使用APP 進(jìn)行檢測，用戶能夠遠(yuǎn)程觀察冰箱內(nèi)食品的狀態(tài)，還可以遠(yuǎn)程啟動

隨后通過現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及大眾所期待的5G 時代到來，智能冰箱正在不斷的改革、創(chuàng)新中。

2 智能冰箱的物品識別方式

智能冰箱與普通冰箱聯(lián)系最多的就是物品管理方面，通過智能冰箱內(nèi)的數(shù)據(jù)采集功能獲取關(guān)于食物的保存和狀態(tài)等信息，并且將物品的信息傳輸給云端服務(wù)器，云端服務(wù)器對食品信息進(jìn)行整理后發(fā)送到顯示模塊內(nèi)，并發(fā)送給用戶關(guān)于食品的保質(zhì)期及時提醒用戶對食品進(jìn)行處理，另外，當(dāng)冰箱內(nèi)的食物缺少時會提醒用戶及時采購。冰箱的后臺處理器還會有針對性的對物品信息進(jìn)行推送，比如推薦冰箱內(nèi)的菜譜、在線購物、采購清單等。如圖1 所示。

3 智能冰箱的自動識別技術(shù)

能冰箱中的核心技術(shù)最重要的就是對食物的儲存，現(xiàn)階段應(yīng)用較多的識別技術(shù)就是以下幾種：

圖1

圖2

3.1 射頻識別

作為一種無線通信技術(shù)的射頻技術(shù)是通過利用無線電信號來識別并了解相關(guān)食品信息的，識別系統(tǒng)和目標(biāo)物品不需要有直接的接觸或者是光學(xué)的接觸。射頻識別技術(shù)主要是由電子標(biāo)簽、閱讀器和應(yīng)用APP 這三個部分組成的。這種技術(shù)早在07年就被韓國三星集團(tuán)的智能冰箱所應(yīng)用。射頻識別技術(shù)的優(yōu)勢主要是以下幾個方面：讀取信息快、識別速度快、使用壽命較長等。另外，電子標(biāo)簽具有防水、防油、可回收利用等特點(diǎn)，使用此技術(shù)可以隨時監(jiān)測到物品的拿進(jìn)和拿出并時刻跟蹤其狀態(tài)。通過在電子標(biāo)簽上寫出食品保質(zhì)期、名稱等有用信息，把標(biāo)簽貼到食品的包裝上然后利用射頻技術(shù)進(jìn)行掃碼閱讀，獲取關(guān)于該信息的有利信息并將它發(fā)送到電腦后臺，隨時跟蹤追測食品的變化。這種技術(shù)在目前來看最大的制約因素就是用戶購買電子標(biāo)簽的問題，然后是使用標(biāo)簽問題等，操作程序較為麻煩，還有就是電子標(biāo)簽的價(jià)格昂貴，成本高。如圖2 所示。

3.2 圖像識別

圖像識別技術(shù)早在20 世紀(jì)中期就得到發(fā)展和不斷地改進(jìn)了，在智能冰箱內(nèi)通過設(shè)置攝像頭等攝像工具對冰箱內(nèi)的物品進(jìn)行識別，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)測，對冰箱內(nèi)的食物進(jìn)行處理和分類。圖像識別技術(shù)主要是通過利用數(shù)字?jǐn)z像頭進(jìn)行物品的識別，通過頭像的處理提取物品的特征還有獲取食品的形狀、顏色、紋理等，識別后建立起相關(guān)的樣本庫并計(jì)算樣本訓(xùn)練，利用算法技術(shù)對物品進(jìn)行儲存分類，然后再對相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行物品的識別。圖像識別技術(shù)對于用戶的資金上雖沒有太大的問題但是它的問題也比較明顯，如食物的形狀不一難以識別、對食物難以定量識別、食物的放置不同和重疊等造成的識別錯誤。詳細(xì)內(nèi)容見圖3。

3.3 氣味識別

現(xiàn)階段智能冰箱的氣味識別技術(shù)在應(yīng)用上還有一定的難度。首先是有些食物本身的氣味就較淡，對其系統(tǒng)識別難度較大；其次是食物的狀態(tài)是在不斷變化的食物氣味不是客觀能識別的，會受外界的影響而不斷改變的。還有就是一種食物會發(fā)散出多種氣味，還會受其他食物氣味的影響，因此識別的難度較大。還有就是冰箱內(nèi)不可能只存在一種食品，多種食品在冰箱內(nèi)會散發(fā)出各種混合氣體，從而阻礙了氣味識別的工作，另外，多種食物的摻雜會導(dǎo)致氣味發(fā)生化學(xué)質(zhì)變，降低識別的準(zhǔn)確度。所以，現(xiàn)在市場上很少企業(yè)運(yùn)用這個技術(shù)。

3.4 二維碼識別

目前，二維碼識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用到生活中，比如超市購物付款，大多數(shù)利用二維碼進(jìn)行價(jià)格查詢，首先對二維碼商品條碼進(jìn)行識別，然后對其破譯，最后獲得商品信息。制作二維碼的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電子標(biāo)簽制作成本，所以，在智能冰箱生產(chǎn)企業(yè)中被廣泛使用。但是二維碼識別技術(shù)難點(diǎn)為二維碼不能重復(fù)使用，如果二維碼出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，其識別難度就會加大。

二維碼識別技術(shù)主要包含以下五個方面，分別是圖像采集、預(yù)處理、解碼以及譯碼信息輸出，符號解碼與圖像預(yù)處理技術(shù)是二維碼識別技術(shù)的核心流程。進(jìn)行圖像預(yù)處理的原因是為了清除采集信息過程的不利因素，例如畸變、噪音、傾斜等，為以后的解碼工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

對物品進(jìn)行二維碼識別主要有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：

（1）二維碼所含信息量比較大，其進(jìn)行工作方式為高密度編碼，小小的二維碼圖片中可以包含1000 多個大寫字母，或者是2000 多個數(shù)字代碼，或者是1000 多個字節(jié)，是傳統(tǒng)條碼信息儲存量的幾十倍。其信息量可以將大量內(nèi)容轉(zhuǎn)化為二維碼，并通過運(yùn)輸傳播較大的信息量。

（2）二維碼識別技術(shù)設(shè)計(jì)范圍較廣，其可以對指紋、文字、圖片、聲音等大量數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，通過條碼的方式將其表現(xiàn)出來。此外，通過二維碼識別還可以對多種文字及圖片進(jìn)行工作。

（3）運(yùn)用二維碼對物品進(jìn)行識別其譯碼準(zhǔn)確度較高，一般來說，二維碼只是作為圖形存在，要想識別圖形中的相關(guān)內(nèi)容就要對其進(jìn)行譯碼工作。二維碼技術(shù)中的譯碼錯誤率大概只是千萬分之一，而對于傳統(tǒng)譯碼來說，其錯誤率高達(dá)百分之二。

（4）智能冰箱中的二維碼識別技術(shù)可以準(zhǔn)確進(jìn)行加密措施，與傳統(tǒng)條碼識別相比，二維碼具有更高的保密性。在二維碼中通過引進(jìn)加密模式，可以有效保護(hù)譯碼信息，使其信息不容易被泄露。

（5）二維碼物品識別技術(shù)比較容易操作，并且成本降低，其保存期限較高可以長久使用。

3.5 語音識別

對于智能冰箱自動化技術(shù)中的語音識別技術(shù)而言，其識別過程為模式匹配過程。在其模式匹配過程中，首先是依據(jù)人的語言特點(diǎn)進(jìn)行模仿然后形成語音模型，并對接受的語音信號進(jìn)行專業(yè)分析，選擇其所需特征。以此為基礎(chǔ)構(gòu)建起語音信號特征，接著在與原來存在的語音模板進(jìn)行對比，依靠一定的匹配與搜索措施，尋找出于具有優(yōu)點(diǎn)并合適的輸入語音模板。根據(jù)以上模板特殊定義，通過一定方式進(jìn)行查表，隨即可以出現(xiàn)識別結(jié)果。

圖3

將語音識別運(yùn)用到智能化自動化識別技術(shù)中仍存在一些問題。首先是語音識別過程中，其適應(yīng)程度比較差，主要表現(xiàn)為對環(huán)境存在較大依賴，雖然語音模板是從不同環(huán)境下采集的，但是卻只能應(yīng)用到語音訓(xùn)練這種單獨(dú)的系統(tǒng)環(huán)境中，否則會造成系統(tǒng)工作效率的急劇降低。其次，語音識別過程如在高噪音環(huán)境下其識別過程非常困難，原因在于人在此時的發(fā)音存在不同種變化，如語速的快慢變化過程、聲音變高、振峰變化以及音調(diào)的變化等因素。最后，由于我國地區(qū)差異因素導(dǎo)致方言及語種存在較大差異。或者說外國語言同本國語言的不同情況，以及本國內(nèi)的不同人群的語種差異等情況，這些現(xiàn)象給語音識別技術(shù)造成種種問題，其在識別工作中的效率將會大大降低。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，智能冰箱已經(jīng)進(jìn)入到飛速發(fā)展時期，各家電企業(yè)也相繼推出智能冰箱新品，大眾的需求隨之也不斷提高，隨著這種快速發(fā)展的勢頭，智能冰箱在自動識別和物品識別上還會推陳出新，比如語音識別技術(shù)和二維碼識別技術(shù)等。