在現(xiàn)代城市的街頭巷尾、地鐵站、寫(xiě)字樓甚至醫(yī)院大廳，我們?cè)絹?lái)越習(xí)慣于使用自動(dòng)售貨機(jī)購(gòu)買(mǎi)商品。這些售貨機(jī)不僅能精準(zhǔn)給出我們選的飲料或零食，還能“察覺(jué)”有人偷拿或操作異常。那么問(wèn)題來(lái)了：自動(dòng)售貨機(jī)是怎么知道你拿了什么東西？它是靠攝像頭、人臉識(shí)別、重量感應(yīng)，還是更高端的AI識(shí)別系統(tǒng)呢？

（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

自動(dòng)售貨機(jī)的分類(lèi)

與傳統(tǒng)投幣飲料機(jī)相比，現(xiàn)代的自動(dòng)售貨機(jī)已經(jīng)不再只是“按一下掉一罐”的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，而是變得越來(lái)越智能。有的機(jī)器配有透明玻璃櫥窗，陳列幾十種不同商品，有的像一臺(tái)自動(dòng)小超市，你可以自由開(kāi)門(mén)挑選，關(guān)門(mén)后它就“知道”你買(mǎi)了什么。

傳統(tǒng)投幣飲料機(jī)的結(jié)構(gòu)（圖片來(lái)源：[2]）

從技術(shù)層面講，這些自動(dòng)售貨機(jī)通常分為兩大類(lèi)：彈出式自動(dòng)售貨機(jī)和自由取貨型自動(dòng)售貨柜（又稱(chēng)視覺(jué)識(shí)別柜、稱(chēng)重柜）。這兩種類(lèi)型采用了不同的識(shí)別手段。

彈出式售貨機(jī)：機(jī)械精準(zhǔn)控制

在我們最常見(jiàn)的彈出式自動(dòng)售貨機(jī)中，比如售賣(mài)飲料的那種，你選擇完商品，機(jī)器內(nèi)部會(huì)有一個(gè)彈簧軌道、電動(dòng)推桿或旋轉(zhuǎn)裝置，將你選的商品“推”出來(lái)掉進(jìn)取貨口。這個(gè)過(guò)程用戶(hù)無(wú)法直接接觸到商品架上的其他物品。

彈出式售貨機(jī)（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

因此，對(duì)于這種售貨機(jī)，它并不需要“判斷你拿了什么”，因?yàn)樗刂屏苏麄€(gè)取貨過(guò)程。用戶(hù)只能獲取機(jī)器按指定操作推出的商品，誤拿、偷拿的可能性被物理結(jié)構(gòu)完全排除。這就是“封閉式自動(dòng)售貨”最大的優(yōu)勢(shì)：簡(jiǎn)單、安全、可靠。

自由取貨型售貨柜：你拿我看著

當(dāng)你面對(duì)一臺(tái)可以自由開(kāi)門(mén)挑選商品的智能售貨柜，技術(shù)的挑戰(zhàn)就變得復(fù)雜得多。它需要在你開(kāi)門(mén)、拿取、關(guān)門(mén)之后，自動(dòng)判斷你到底拿了什么、拿了幾個(gè)，甚至有沒(méi)有放回商品。實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的手段主要有三種：

01

重量感應(yīng)系統(tǒng)：你拿我就輕了

這是最早期的判斷方式之一。每一個(gè)商品或貨架下方都配有高精度稱(chēng)重傳感器。當(dāng)用戶(hù)拿走一瓶水，系統(tǒng)檢測(cè)到貨架重量減少了500克，于是判斷你取走了一瓶礦泉水。

自動(dòng)售貨機(jī)中的重力傳感器（圖片來(lái)源：[1]）

優(yōu)點(diǎn)是成本較低、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但也存在問(wèn)題：不同商品重量相近、用戶(hù)拿了又放回會(huì)造成誤判、多個(gè)用戶(hù)同時(shí)操作會(huì)混淆數(shù)據(jù)。

為了避免這些問(wèn)題，現(xiàn)在的智能售貨柜多將稱(chēng)重作為輔助手段，與其他識(shí)別方式組合使用。

02

視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)：攝像頭全程盯著你

近年來(lái)廣泛應(yīng)用的是視覺(jué)識(shí)別技術(shù)。每個(gè)售貨柜頂部都安裝有一到多個(gè)攝像頭，配合深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)時(shí)分析用戶(hù)的動(dòng)作和手勢(shì)。系統(tǒng)會(huì)“看到”你把哪瓶飲料從哪個(gè)貨架上拿走，并根據(jù)商品陳列的位置信息識(shí)別是哪一件商品。

視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)（圖片來(lái)源：[1]）

這種方法在理論上可以實(shí)現(xiàn)較高的準(zhǔn)確率，特別適合商品外形區(qū)別明顯、擺放位置固定的場(chǎng)景。但也有挑戰(zhàn)，比如：用戶(hù)遮擋攝像頭視角、多人同時(shí)開(kāi)柜操作，混淆行為、同款商品擺在不同位置，可能增加誤判。

為了解決這些問(wèn)題，系統(tǒng)通常結(jié)合商品位置編碼+圖像識(shí)別+動(dòng)作軌跡等多重因素進(jìn)行判斷。部分系統(tǒng)還會(huì)使用RGBD（可見(jiàn)光+深度）攝像頭來(lái)獲取更準(zhǔn)確的三維動(dòng)作軌跡。

03

RFID射頻識(shí)別：每個(gè)商品“會(huì)說(shuō)話(huà)”

另一種方式是給每一個(gè)商品貼上RFID標(biāo)簽。RFID即“射頻識(shí)別”，是一種非接觸式數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。每個(gè)標(biāo)簽里都儲(chǔ)存有商品的身份信息，當(dāng)用戶(hù)將物品拿出時(shí)，RFID讀寫(xiě)器會(huì)感知該商品“離開(kāi)了貨柜”。

RFID射頻識(shí)別技術(shù)（圖片來(lái)源：[1]）

這種方式識(shí)別速度快、準(zhǔn)確率高，且不依賴(lài)用戶(hù)的操作行為。但缺點(diǎn)是：每個(gè)商品都需要加裝標(biāo)簽，這會(huì)顯著增加成本，不適合低價(jià)商品的大規(guī)模銷(xiāo)售。

因此，RFID方案通常被用于售賣(mài)中高價(jià)商品（如鮮食、化妝品、電子產(chǎn)品等）或?qū)ψR(shí)別精度要求極高的場(chǎng)景。

更聰明也更安全的手段：多模態(tài)融合識(shí)別

事實(shí)上，單一識(shí)別手段往往不能應(yīng)對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景。如今很多售貨機(jī)都采用多模態(tài)融合識(shí)別技術(shù)，即將攝像頭視覺(jué)識(shí)別、重量傳感、開(kāi)關(guān)門(mén)狀態(tài)檢測(cè)、商品位置編碼、甚至環(huán)境光感應(yīng)等信息綜合起來(lái)使用。

比如，你打開(kāi)門(mén)，攝像頭記錄你的手從貨架B2取下某物，重力傳感器同步檢測(cè)B2位置重量減少300克，再結(jié)合這層放的是“巧克力棒”，系統(tǒng)就可以判斷你拿走了一根售價(jià)5元的巧克力棒。而當(dāng)你放回商品時(shí)，重量和圖像識(shí)別同時(shí)校正，系統(tǒng)也能“撤銷(xiāo)”剛才的購(gòu)買(mǎi)記錄。

多種技術(shù)結(jié)合（圖片來(lái)源：[3]）

這種“交叉驗(yàn)證”的方式極大提高了識(shí)別準(zhǔn)確率，減少誤判與糾紛。對(duì)于運(yùn)營(yíng)方來(lái)說(shuō)，這也是保障利潤(rùn)、防止損耗的重要手段。

由此看來(lái)，自動(dòng)售貨機(jī)看起來(lái)只是一個(gè)“販賣(mài)零食飲料的鐵箱子”，但它背后藏著的是一整套高度智能化的感知與判斷機(jī)制。正是這些看不見(jiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié)，讓無(wú)人售貨成為可能，也讓我們的生活越來(lái)越便利。

參考文獻(xiàn)

[1]https://mp.weixin.qq.com/s/hif-9n9UNRy3F2CIsVAxww

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圖片源自于網(wǎng)絡(luò)，僅供科普參考

來(lái)源：力學(xué)科普

編輯：小鹿

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