基于人工智能视觉识别的菜品自主成分分析相关探索

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　　摘  要：当前，人工智能加速发展，呈现出深度学习、跨界融合、人机协同、群智开放、自主操控等新特征。大数据驱动知识学习、跨媒体协同处理、人机协同增强智能、群体集成智能、自主智能系统成为人工智能的发展重点，受脑科学研究成果启发的类脑智能蓄势待发，芯片化硬件化平台化趋势更加明显，人工智能发展进入新阶段。新一代人工智能相关学科发展、理论建模、技术创新、软硬件升级等整体推进，正在引发链式突破，推动经济社会各领域从数字化、网络化向智能化加速跃升。传统的食堂菜品计价需高强度的重复计算，造成过高的错误率，也造成人员短时间工作负荷过大、效率低下。文章结合现有的人工智能视觉识别技术，对相关的菜品识别、成分分析、价格展示这一系统的开发意义，主要功能和实现途径进行论证。
　　关键词：人工智能;视觉识别;食堂;健康膳食
　　中图分类号：TP18         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）13-0048-02
　　Abstract： At present， artificial intelligence accelerates the development， showing new characteristics， such as deep learning， cross-border integration， human-computer cooperation， open group intelligence， autonomous control and so on. Big data drives knowledge learning， cross-media collaborative processing， human-computer cooperation to enhance intelligence， group integration intelligence， autonomous intelligence system has become the focus of artificial intelligence development， brain-like intelligence inspired by brain science research results is ready to go. The trend of chip hardware platform is more obvious， and the development of artificial intelligence has entered a new stage. The development of the new generation of artificial intelligence related disciplines， theoretical modeling， technological innovation， software and hardware upgrading and other overall promotion is triggering a chain breakthrough， promoting the economic and social fields from digital， network to intelligent acceleration. The traditional canteen food pricing needs high intensity of repeated calculation， resulting in high error rate and low efficiency. Based on the existing artificial intelligence visual recognition technology， this paper demonstrates the development significance， main functions and realization ways of the related dish recognition， component analysis and price display system.
　　Keywords： artificial intelligence; visual recognition; canteen; healthy diet
　　1 長春工业大学食堂菜品计价营养成分展示方法及其存在的问题
　　1.1 目前长春工业大学食堂就餐及其计价，菜品营养成分展示方法
　　根据连续多日观察，就其性质而言，学校是组织形式人群密集的场所，其食堂承担了学生及教职工的餐配任务，膳食搭配任务。食堂工作人员在其食堂正门口通过填写相应菜品原材料的价格表，来展示菜品价格，食堂工作人员通过菜品重量实现计价。但是菜品营养成分展示及其搭配并没有相对应的告示及其展示。
　　1.2 目前的食堂就餐及计价，菜品营养成分展示方法及其存在的问题
　　（1）菜品价格，相关工作人员通过填写相应菜品的原材料的价格，来展示相对应的价格，这并不是一个合理科学的方式。菜品原材料的价格并不代表相对应所做菜品的价格，通过加工之后，价格成本变化，同时采用人工窗口进行价格计算，计算准确率无法保证，所以这样容易产生二义性。就其食堂工作人员的计价方式，通过人工打菜的方式，人工进行相对应重量的价格计算，极其容易产生高错误率的困境，如若产生此情景，易对相关的工作人员和用餐者产生情绪影响，既降低了工作人员的主观能动性，又降低了服务质量，并且影响用餐人员的用餐情绪。
　　（2）菜品营养成分，没有相对应的展示模块。依据《中国居民膳食营养指南》[2]所提出的学生处于学习阶段，生长发育迅速，对能量和营养素的需要相对高于成年人。均衡的营养是智力和体格正常发育，乃至一生健康的基础。这一时期也是饮食行为和生活方式形成的关键时期，家庭、学校和社会要积极开展饮食教育。了解食物、学习烹饪、提高营养科学素养。三餐合理，规律进餐，培养良好饮食习惯合理选择零食，禁止饮酒，多饮水少喝含糖饮料不偏食节食不暴饮暴食，保持适宜体重增长。增加户外活动，保证每天活动60分钟等是其中提出的核心要求。尤其以高校为主的学生大量聚集的场所，更应该提供相关的菜品的营养成分，使其形成合理，健康的营养理念。长春工业大学地处东北，其菜品多以东北菜系为主，菜品多以重油、重盐、口味重为其主要特点。特别食堂菜品油、盐的使用量非常高，这并不利于合理膳食的健康理念的践行。 　　（3）食堂运转效率，食堂档口开始工作时，已经采取了多个档口同时开启，但是对于统一时间就餐的学生及其教职工来讲，其数量仍旧较小，并且各个档口的人数并不均衡，这造成了峰值就餐时间工作人员有时手忙脚乱，有时无所事事的现状。由于各个档口的运转效率不一，必然会产生峰值波动不一的情况，同时会有新员工对于此项工作较为陌生，其准确性、高效性必然有所损失。一旦某一档口发生纠纷，便增大了相应的工作量，降低了某一档口的效率，影响了食堂的运转效率。
　　（4）资源浪费，随着经济社会的迅速发展，人们对于相应的健康理念的践行，高油高盐食物逐渐被清淡，健康的食物所替代，就作者个人观察，当就餐者面对某些高油高盐菜品的食用时，会进行菜品的舍弃，例如吃一半，扔一半。一方面，菜品补充了相应的热量及其营养素，但过多的油和盐的摄入，反而会影响身体的健康，所以诸多菜品实际的使用率并不高，那么必然会出现资源浪费的情况。
　　2 实行基于人工智能视觉识别的菜品自主成分及其计价的可行性
　　据《AI人工智能》[3]从社会层面上看，进入21世纪后，更多的人工智能与智能系统研究课题获得各种国家基金计划支持，并与中国国民经济和科技发展的重大需求相结合，力求为国家做出更大贡献。基于人工智能的延伸技术已经应用于面部识别、汽车自动驾驶、过站安检等生活应用场景。并且，已经在越来越多的应用市场细分开了，包括医疗、安防、智能出行、智能家居、娱乐等多项领域都有应用人工智能技术。其中以百度云、阿里云、华为云为主的各家大型互联网公司，提供商用层级的人工智能视觉识别接口调用，为技术先行，铺平了道路，提供了相应的技术保障。
　　实行基于人工智能视觉识别的菜品自主成分及其计价的系统具有更好的实际意义。
　　在《未来简史》这本书籍中所提出：“如果说第一次认知革命是因为智人的DNA起了一点小变化，让人类拥有虚构的能力，创造了宗教、国家、企业等概念，使其成为地球的统治者;那么未来，算法和生物技术将带来人类的第二次认知革命，完成从智人到神人的物种进化。”人工智能将会为我们带来极大的便利，基于此得到以下几点有利合理性。
　　有利于充分调用工作人员的主观能动性。通过视觉识别出菜品，并且提供相关的菜品价格，这样科学合理的有效方式，既免除了食堂工作人员的繁琐重复的计算劳动，也提升了食堂就餐时的工作效率，让工作人员从繁复的重复性的劳动中解放出来，使其更好的提供相对应的服务。增加了食堂的人性化，高质量化。
　　有利于提高准确性，降低峰值波动的影响。一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国德克萨斯州的一场龙卷风。初始条件下微小的变化能带动整个系统的长期的巨大的连锁反应。食堂为大量的学生及其教职工提供餐配服务，在就餐时间的高峰期，倘若因为某窗口的就餐体验发生波动，那么对于整个食堂运转的效率都会产生极其巨大的影响。通过相对应的合理科学的计算手段，极大程度的能够减免，因价格计算产生的相对应的波动，降低了就餐峰值时期的波动，增加了整个系统的抗压性能。
　　有利于合理膳食，健康体魄。基于人工智能视觉识别的菜品自主成分分析，能够提供相对应的菜品的热量及其营养素，能够为广大学生，教职工提供具有科学性的营养成分，使用者可以依据自身需求，进行用餐搭配。更好的践行饮食教育，了解食物、学习烹饪、提高营养科学素养。
　　有利于菜品信息的分类统计。对于食堂后厨的菜品采购提供相对应的数据支持，可以通过相对应的识别素材的调用次数，可视化、准确化、简洁明了的看出相关菜品的使用情况，通过系统设定的调用查询，可以清楚了解当日、当月、当年的菜品贩售情况，可以按照具体类别排序、归纳有利于后续工作的开展。根据工作需要，也可以通过分析相对应的大数据，来分析热门菜品，营养元素的搭配，为后续食堂配餐工作提供了高效，有序，科学的数据支持。
　　有利于节约资源，避免浪费。实行视觉识别菜品系统后，不论教职工还是学生、工作人员，都能形成适量食用，合理搭配，既节约了食堂对于菜品制作的资金，又使用餐人员合理进行点餐，避免了资源的浪费。
　　3 基于人工智能视觉识别的菜品自主成分及其计价的系统的实现途径
　　3.1 依托现有商业落地化成熟方案实现
　　实现这一系统的最重要的因素之一便是其技术的实现，通过《2018年人工智能行业分析报告》[5]中所特别提到互联网巨头加快布局这一章节，百度、腾讯、阿里、华为等开放AI平台，投资并购AI创业公司，不断构建和拓展AI产业生态，多家公司推出了个人及其商用级别的视觉识别接口调用。可以说在技术的实现上已经成熟。
　　3.2 相关素材准备
　　该系统需要大量的数据，进行机器学习。但是应用于各大巨头现有的AI技术开放平台，可以避免这一过程的准备，只需要进行相关的菜品素材图片拍摄，价格，营养元素的相关信息录入。进行相应菜品的入库、识别、重复训练，就能通过相对应的AI技术达到预期的效果。
　　3.3 现场重复校正
　　教职工及其相关的使用人员，在现场使用期间，可以通过机器进行多次反馈。随着反馈次数的增多，达到机器学习的再次训练。倘若发生不准确事件，可以通过相关工作人员进行现场修改，避免了因系统发生故障而产生的相关问题。进行二次确认，使其准确率得到提高。
　　参考文献：
　　[1]国务院.新一代人工智能发展规划[Z].国发（2017）35号.2017.
　　[2]杨晓光.中国膳食居民指南.修订专家委员会副主任委员.
　　[DB/OL]https：//wenku.baidu.com/view/9643d23a492fb4daa58da0116
　　c175f0e7cd11963.html，2017.
　　[3]谷建陽.AI人工智能[M].北京：清华大学出版社，2018.
　　[4][以]尤瓦尔·赫拉利.未来简史[M].林俊宏，译.北京：中信出版社，2017.
　　[5]百度文库.2018年人工智能行业分析报告[DB/OL]https：//wenku.baidu.com/view/909f4944cec789eb172ded630b1c59eef9c79a5f.html
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