《电冰箱图像识别专区食材识别技术要求及试验方法》标准解读

胡亚欣 焦利敏 亓新 高洪波 高超 孙广伟

摘 要：随着人工智能的发展，智能技术深入应用到电冰箱的发展方向也已明确且坚定。近两年发展迅猛的图像识别技术在冰箱上的应用受到极大的关注和认可，但是由于冰箱间室环境的特殊性，导致识别准确率已然成为亟需突破的技术瓶颈。T/CAS 643—2022《电冰箱图像识别专区食材识别技术要求及试验方法》标准的发布与实施恰好为行业在该方面提供新的发展思路和技术参考。本文就该标准的背景、创新性、原理、核心要求进行了详细论述与解读，并用试验数据加以佐证，以期对行业发展起到促进作用。

关键词：电冰箱，图像识别专区，食材识别

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.05.025

0 引 言

近年来，随着网络技术和人工智能技术的发展，智能家电各类产品开始加速布局。iiMediaResearch（艾媒咨询）数据显示，自2014年来，中国在售智能冰箱占比呈现逐年增长的趋势，2019年中国在售智能冰箱占比达到36.8%，2 02 0年达到45.1%，2021年中国在售智能冰箱占比将突破半数，达到53.2%[1]。智能电冰箱为用户带来了更好的体验，如能对冰箱内食品进行智能化管理，为用户提供健康的饮食建议，提醒用户定时补充食品等，智能电冰箱产品深得用户青睐。

智能电冰箱的食材管理功能为用户提供极大的便利性和智能性的体验感，得到市场、行业的广泛重视。对应的食材识别技术便需要更高更明确的要求来支撑冰箱食材管理功能的完善。由中国标准化协会于2022年9月19日发布实施的《电冰箱图像识别专区食材识别技术要求及试验方法》顺应冰箱行业及市场发展需求，明确并详细提出采用图像识别技术的电冰箱的食材识别技术要求及试验方法，为企业设计相关产品提供技术指导。

1 标准创新性

作为家庭饮食入口质量的核心关卡，电冰箱的主要作用体现在为用户严格把控食材品质信息。常见的冰箱食材管理方式分为两大类，一类是通过不同的RFID射频标签夹，人工将代表各食材名称的标签夹在食品包装袋上，放入冰箱进行自动识别标签进而记录食材信息；另一类是通过摄像头的图像识别技术，拍照识别并记录食材信息。这两种方式目前都有对应标准进行要求。

如T/CAS 432—2020《家用及类似用途食材管理电冰箱》，就是针对RFID无线射频技术的食材管理提出的技术要求，这里对非冷冻食品储藏室的和冷冻食品储藏室的食材识别准确率分别做出“≥90%”和“≥99%”的明确要求[2]。但是此类方式实现的食材管理最大的弊端是需要人工的参与度较高，电冰箱识别的是标签夹而不是直接识别食材信息，需人工进行标签与食材的匹配工作，由此造成的用户体验感较差。

另一类是冰箱通过内部自带摄像头的方式。实现效果细分两种，一种是直接将拍照信息传输到连接的手机端，供用户在远程端查看冰箱内所有的食材，需用户自己辨别食材种类、数量、新鲜度等等，这种单一的信息传输很难满足人们对智能电冰箱的要求；另外一種提升的效果是摄像头拍照后先进行信息处理和图像识别，传输到用户手机端的信息为食材名称、数量等详细信息，但是由于目前行业技术水平及食材摆放习惯、叠加遮挡等因素，导致整体识别率不理想，所以已发布的国家标准GB/ T37877—2019《智能家用电器的智能化技术 电冰箱的特殊要求》仅要求识别率≥75%或90%[3]。识别率的下降直接造成用户体验感差的结果。

T/CAS 643—2022《电冰箱图像识别专区食材识别技术要求和试验方法》团体标准通过梳理核心影响因素后，创新性地定义了图像识别专区。食材的摆放位置、大面积遮挡，开关门造成的间室内温湿度波动变化等诸多因素造成电冰箱间室内拍照环境复杂，不利于图像信息的有效获取。在不可控的居民使用习惯前提下，将食材图像识别聚焦到“专区”，即电冰箱冷藏室内，通过图像识别技术对食材进行识别和管理的专属空间。当然，这里用注释的方式明确，此专区的具体位置要依据制造商的声明，不应对不同内部结构电冰箱的专区位置进行统一规定。通过用专区的物理限制来把控用户的食材摆放方式，实现食材识别准确率的提高，标准中对此参数提出“不低于95%”的突破性要求。

2 原理及系统要求

2.1 食材识别流程

食材管理的核心或前提在于食材识别。食材识别的流程通常包括：本体端拍照，图片上传至云端，图像识别，判定食材结果，具体如图1所示。

图像识别技术应用在电冰箱上具有特殊性，首先由于冰箱内温度变化、雾化、光线、空间狭小等因素造成的拍摄环境差，家庭用户各种食材摆放习惯造成的大面积重叠遮挡等等，这些都导致冰箱食材识别的第一步——图像采集到的信息就大打折扣；另外，对于同种食材不同包装或出产地，特征形态也有所不同，影响冰箱最终食材判定的准确度。

2.2 食材管理系统要求

通过了解电冰箱食材识别的影响因素，整个食材管理过程不是由一个模块或摄像头完成的，经过科学划分，该标准明确了系统一般应有五部分组成：图像采集单元，即获取食材图像信息，通常以摄像头形式；食材识别单元：对图像信息进行处理，并与食材库信息做对比，计算相似度；食材管理单元：以某种形式输出食材识别的结果，例如显示、语音等方式；食材库：食材种类的集合，类似于我们人类大脑的先验知识库；食材标注：允许用户对食材信息进行标注。如下图2所示。

同样，该标准不再单一对电冰箱食材识别率和识别时间进行规定，而是将食材识别系统分解成如上图所述的核心单元，对各个单元进行技术要求，再集合成系统实现识别。针对图像采集单元的工作条件，提出温度（0～4）℃，相对湿度为（83～87）%的环境下能保证采集的包装文字清晰，带有自动除雾以及具备辅助补光功能。食材识别单元的要求则是识别率不低于95%。食材管理单元不再是一张图片原图传到手机APP端这样简易效果，而是需要有数据处理、信息提取后的清单、时间、保质期、位置这四大类信息管理作用。对于食材库则采用国家标准GB/T 37877—2019《智能家用电器的智能化技术电冰箱的特殊要求》的食材种类作为考核其覆盖种类范围的标准要求。最后对于食材标注单元，核心的要求是支持用户通过语音或手动输入等方式进行自定义标注。

3 试验测试

选取具备图像识别专区的食材管理电冰箱，依据该标准进行单品测试、组合测试（食材占专区面积约50%）以及组合测试（食材占专区面积100%）三种形式的试验，实际传至用户手机端图像如下图3和图4所示。

其中单品测试，选取不同包装形态的常见30款快消品——酸奶，每种单独测试10次，通过更改在专区的位置、摆放形态等状态参数，记录每次“未检出的食材数量”“识别错误的食材数量”和“识别时间”，以其中一款杯装酸奶为例，检测结果如表1。

同样进行组合测试，依据样品专区面积，选取测试食材总数量占比专区面积约50%的3至6种食材进行组合摆放，共做6组测试，每组进行20次，每次测试更改实际放入的食材数量及摆放形态，但位置始终占比50%不变，如表2为其中一组食材的测试结果。

同样的方式进行了组合测试（面积占比100%）的测试，将三种测试结果进行汇总如下表3所示。可见，通过图像识别专区对食材摆放方式及食材种类进行物理性规范和统一后，识别准确率的结果远比传统要求的75%或90%有明显的提升，且能完全符合该标准的95%要求。

4 意 义

无论是人们对生活质量提高的需要，还是节能环保、减少资源浪费的需要，都要求电冰箱不再是仅仅实现食物保鲜的作用，而是帮助我们识别食材、管理食物。但是靠增加摄像头数量明显增加成本压力，强制用户按需摆放食材的方式来提高识别准确率的可操作性极低，所以，该标准通过独创性的提出“图像识别专区”，用专区独有的物理性空间规范用户方式的食材，以此明显提高食材识别的准确率，且无需增加产品成本或用户学习成本。这将为带有图像识别、食材管理功能的智能电冰箱突破技术瓶颈带来新的发展思路。

参考文献

[1]智能家居行业数据分析：2021年中国在售智能冰箱占比预计达53.2%[EB/OL].（2021-10-15）[2022-10-20].https：//www.iimedia.cn/c1061/81496.html.

[2]中國标准化协会.家用及类似用途食材管理电冰箱：T/CAS 432[S]. 2020.

[3]国家标准化管理委员会.智能家用电器的智能化技术 电冰箱的特殊要求：GB/T 37877[S]. 2019.

作者简介

胡亚欣，工程师，主要从事智能家电检测和技术标准方向的研究。

焦利敏，高级工程师，主要从事智能家电检测和技术标准方向的研究。

亓新，正高级工程师，副总工，主要从事家电检测和技术标准方向的研究。

高洪波，工程师，主要从事智能电冰箱图像识别的研发、标准的制修订等工作。

高超，工程师，主要从事智能家电的研发、标准的制修订等工作。

孙广伟，工程师，主要从事智能家用电器的检测认证等工作。

（责任编辑：张佩玉）