无人零售中的传感器技术

它们的关系链如下表：

那么如何表示或测量这两种状态呢？用相机和传感器都可以表示该状态。

a、相机如何处理

在手进入货架拿取商品前和拿取商品后，对手拍摄 1 组图片，记为第一图片和第二图片，对货架拍摄 1 组图片，记为第三图片和第四图片。比较第一图片和第二图片的差异，此时需要利用到 CV 算法识别出肤色找到手，从而知道第一和第二图片手势的差异，识别握姿和舒展姿态，根据两个姿态在第一第二图片出现的顺序可以判断拿取还是放回。例如，第一图片是握姿，第二图片是舒展，即放回；第一图片是舒展，第二图片是握姿，即拿取。 

随后利用肤色找到手后，再识别第一第二图片手边缘的色差识别商品是否在手，根据前后顺序可以判断拿取或放回。例如，第一图片手边缘色差较浅，表示没有商品，第二图片手边缘色差较深，表示有商品，即商品在手且是拿取过程。放回同理。

利用第三第四图片，对货架进行处理，同样可以判断拿取或放回。例如第四图片比第三图片多了一个或多个商品，那么就是放回；如果第四图片比第三图片少一个或多个商品就是拿取。

b、传感器如何处理

对重力传感器来说，商品被拿取，商品减少，重量减少；商品被放回，商品增加，重量增加。所以重量数值变化可以表示拿取或放回。

对于红外来说，在特定地方，商品被放回，红外会被遮挡，商品被拿取，红外不会被遮挡。可以通过红外遮挡状态表示拿取或放回。

 2、如何有效识别商品

商品的识别应该是难度最大的关键点之一。

在初始状态，特定品类的商品被放在特定位置，由相机和传感器侦测。对相机和传感器而言，它们只需优先识别少数且特定的商品类及数量。这个相对而言是简单的。即使图片无法识别，也可以根据重量识别和筛查。在品类摆放的时候可以选择易区分的品类摆放一起，所有被拿取的商品记录在顾客的购物清单里。

困难在中间状态。由于顾客放回会破坏初始状态，导致识别难度急剧上升。因为顾客可能放回任意商品，所以商品的识别范围又扩大到无法解决的情况。

先讨论放回后的最终状态，一般分成 2 种：放回正确或错误。

对于放回正确，识别难度在初始状态的水平。

对于放回错误，存在 3 种情况：放回错误但可识别；放回错误无法识别；放回错误且识别错误。

放回错误但可识别的情况是因为商品本身易通过图像和重量识别，此种情况较少。大多数情况是放回错误且无法识别或识别错误。放回错误且无法识别的情况可以给用户发送消息，让用户确认。识别错误的情况只能提高算法精度，同时调整判断极限值，将部分识别错误的情况向无法识别装换，同时及时通知雇员来整理回到初始状态。

一般而言拿取商品后放回的情况较多，且不放回正确的位置情况也不少，其中放回错误且无法识别或识别错误又占大多数，放回错误但可识别是少数。总的来说无法识别和误判比例不容忽视，甚至导致整个系统无法工作。

刚才说到，由于顾客放回商品，导致识别范围扩大到所有商品，这是可以部分解决的。因为商品的每次放回都是基于顾客的前 N 次拿取，他放回的商品必须是之前拿取的商品，所以优先识别顾客的购物清单即可，在这种情况下，识别难度又回到初始状态相当的水平。

3、如何知道动作发起者的身份？

将商品记录到动作的发起者身上是一件较为复杂的工程。

识别人大体通过 2 种方式：身体特征或附带物，例如人脸和手机。人脸识别的精度在室内还在可接受范围，几乎可以当做唯一标识。手机也是一个人的唯一标识，通过判断是谁的手机从而判断顾客是谁。

4、如何匹配顾客 ID 与商品 ID？

要匹配顾客和商品的 ID，首先要确定人和商品的定位。

关于人的定位，可以用到追踪系统。手机的 GPS、wifi、蓝牙也可以提供较准确丰富的位置信息。

关于商品的定位，红外、重量感应、相机、商品和货架初始的问题都是已知的，可以推测出来。例如，通过隔板，将同类商品分在不同的网格种，每个网格对应不同的红外或重量感应器，可以知道被拿取或放回商品的位置。

通过人和商品的位置匹配，连接了“什么商品”“被谁”两个因素。

因为成本和技术问题，位置精度是一个很大的问题，再加上这个定位人和商品位置的方案本身的缺陷，顾客和商品的匹配误差较大。例如，顾客 A 站在商品 A 前，顾客 B 站在商品 B 前，顾客 A 伸手去拿商品 B，这种情况系统是无法准确判断的。当然可以由顾客确认，但是这仅仅是无力的补救措施。

之前有人提到过 Amazon Go 可能利用多角度的完整的人体姿态识别来定位匹配人—动作—商品的关系。这种方法的关键是摄像头需要很好的视野和足够的摄像头。从宣传视频来看， Amazon Go 的货架设计使得最低层和中间层是无法获取足够好的视野，可能的解决方式是依靠对面货架和天花板的摄像头。Amazon Go 的货架构造非常重要，只要再提供一份货架结构图或者实物图就可以进一步推测实施方案。货架结构包括是否每层都有设想头，承载商品的承重面的形状及尺寸，特殊开口和螺丝位置等。

5、总结

通过上述方法，难度没有凭空想象的难，但是工程量不小。即使动作和商品识别能达到 100%，因为定位方案和精度问题，导致整体的识别存在一定的误差，而使整个方案无法使用，或者只能部分依靠顾客协助实现。所以 Amazon Go 以及未来的其他无人零售店还只能在小部分范围内对特定人群使用，例如信用度较高的会员。