基于圖像識別的寵物狗養育系統設計

摘? 要：為解決寵物狗喂養人缺乏飼養知識、飼養方法不當等問題，設計了一款基于圖像識別的寵物狗養育系統。該系統從用戶需求出發，提供寵物狗品種、性格特征、喂養方法、訓練方式、生病預防、交流分享等多方面的功能，涉及喂養寵物狗各個環節。其中“寵物狗品種識別”是其中的核心功能，利用百度EasyDL平臺圖像識別快速實現該功能。文章主要論述在實現該功能的過程中進行機器訓練總結出的一些方法和經驗。

關鍵詞：圖像識別;機器訓練;寵物狗養育系統

Abstract：In order to solve the problems of pet dog breeders，such as lack of knowledge and improper breeding methods，a pet dog rearing system based on image recognition was designed. Based on the needs of users，the system provides various functions such as pet dog breed，personality characteristics，feeding methods，training methods，disease prevention，communication and sharing，involving all aspects of pet dog feeding. Among them，“pet dog breed identification” is the core function，which is realized quickly by using Baidu EasyDL platform image recognition. This paper mainly discusses some methods and experience of machine training in the process of realizing this function.

Keywords：image recognition;machine training;pet dog rearing system

0? 引? 言

隨著人類社會的發展與進步，人類飼養寵物的需求逐步增加。人類需要寵物的陪伴，需要寵物治愈心靈。很多人選擇了飼養寵物狗，但是養育一只寵物狗并不是一件簡單的事情。如何選擇一只適合喂養人的寵物狗，針對它的品種，了解其性情，如何喂養，如何訓練等，有許多的知識需要學習，使得飼養的寵物狗能健康成長。針對寵物狗喂養人的需求，利用現代化的移動互聯技術和人工智能技術設計一個寵物狗喂養系統，該系統可以幫助用戶解決在寵物喂養過程中的許多問題。本系統可以在實際寵物狗喂養中提供信息協助和數據支持，并作為本院畜牧獸醫學院寵物養護與訓導專業相關課程的教學資源。

1? 系統背景

移動互聯技術的發展使用戶可以方便地通過多種方式訪問網絡獲取信息，人工智能技術可以在很多不同的應用場景中幫助人們快速解決問題。寵物狗喂養系統是針對寵物狗喂養人在喂養過程中的需求，利用移動互聯技術和人工智能技術解決養狗過程中的各種困難和需求。不同品種的寵物狗，性格特征也不盡相同，喂養人需要正確識別寵物狗的品種，并根據其品種特點，了解適合的喂養照顧方式和訓練方法。在喂養過程中，需要注意寵物狗的衛生防疫，在寵物狗生病時，及時獲得寵物醫院的信息;針對疾病，獲取照顧護理的信息。同時也需要解決喂養人記錄寵物狗的日常生活、與其他喂養人交流等方面的信息交換。本系統的業務范圍包含寵物狗的品種識別、選擇、喂養、訓練，到衛生防疫、生病照顧、分享交流等。喂養人在喂養寵物狗的全程都可以通過本系統獲取信息和幫助。

2? 整體設計

為了符合用戶的使用習慣，降低用戶的使用成本，本系統設計采用多種訪問方式，提供網頁、Android APP、小程序等三種訪問方式供用戶選擇，如圖1所示。

其中，Android APP的功能是最全面的，可以實現系統所提供的所有功能，是寵物狗喂養人的首選訪問方式。小程序方式訪問系統，方便快捷但部分功能受限;網頁訪問是傳統的訪問方式，但用戶信息不能保存，每次使用需要登錄才能獲得個人信息及偏好設置。用戶可以根據自身的需要進行訪問方式的選擇。服務器端采用Spring Boot框架進行開發。Spring Boot框架可以快速進行Spring框架的搭建，為快速、高效進行應用開發鋪平了道路。

本系統根據寵物喂養人在養育一只寵物狗的過程中的實際需要，將系統分為四大功能模塊：“了解寵物狗、喂養寵物狗、照顧寵物狗、狗狗朋友圈”。如圖2所示，“了解寵物狗”模塊主要功能包括“品種識別”、“品種特征”、“喂養須知”、“訓練方法”四個功能?！捌贩N識別”功能可以拍照識別寵物狗品種的功能;“品種特征”功能介紹不同品種的寵物狗的外觀特征和性格特點;“喂養須知”功能是分品種提供狗在喂養、生活等方面的知識介紹;“訓練方法”功能針對不同品種狗的特征介紹不同的訓練方式。“喂養寵物狗”模塊主要功能是根據喂養人的寵物狗的特征，制定喂養計劃，記錄寵物狗的飲食，記錄運動時間并設置散步提醒，定位位置等滿足日常喂養過程中的需求;“照顧寵物狗”模塊主要功能包括“保健記錄”和“家庭醫生”，可以記錄并提醒衛生預防，通過人工智能識別一些常見病，并提供附件，包含寵物醫院的位置、電話，方便喂養人對寵物狗的病中護理;“狗狗朋友圈”模塊主要功能包括“發布記錄”，“瀏覽記錄”，“好友管理”，可以分享自家寵物狗的日常，根據條件尋找狗朋友，滿足線上線下的交流需求。

其中“品種識別”模塊是本系統的核心功能，用戶需要確定寵物狗的品種才能有針對性地獲取適合該品種寵物狗的喂養、訓練方面的信息。系統將根據寵物狗的品種主動推薦一些喂養方面的信息。

本系統實現了寵物狗養育環節中，從了解寵物狗，選擇寵物狗，日常喂養，日常訓練，日常照顧，交流分享等每個環節中信息的提供，信息分享，根據自身要求定制服務?？梢杂行У貛椭鱾€寵物狗喂養人更好地養育寵物狗，解決寵物狗養育環節中的一些困惑、疑慮，以適合的方式照顧寵物狗。

3? 關鍵技術

“寵物狗品種識別”功能是本系統的一個關鍵環節，通過識別寵物狗的品種可以幫助使用者挑選寵物狗，根據寵物狗的品種，提供后續的養育知識、訓練方式等定制化的服務。實現本環節需要使用到人工智能領域的圖像識別技術。當前人工智能技術已經融入了我們生活的方方面面，教育、零售、工業、政務、交通等領域都在越來越多的使用人工智能技術。很多人覺得人工智能技術的門檻較高，一般的程序設計人員不易掌握。隨著一些大型互聯網公司人工智能平臺的推出，這種刻板印象正逐漸被改變。使用人工智能技術正在變得越來越簡便。通過人工智能平臺，開發人員可以獲得基于人工智能的解決方案、技術支持、場景應用，可以更快、更好地解決實際問題。

百度公司的百度AI開放平臺是其中的佼佼者，其包括254項場景能力、解決方案與軟硬一體組件，并提供EasyDL定制化訓練平臺、深度學習開發實訓平臺AI Studio、自定義模板OCR等定制化平臺，零算法門檻實現業務定制;為上下游合作伙伴搭建展示與交易平臺——AI市場，助力各行業高效實現AI升級。其中EasyDL平臺是一個可視化模型訓練與服務平臺，可以快速獲取圖像識別、文本檢測、商品檢測等AI服務。根據本系統的需要，利用EasyDL平臺中圖像識別的功能實現寵物狗品種的分辨。

EasyDL平臺適合需要高效開發的項目，無須了解算法細節，基于百度內置AutoDL技術，只需少量數據即可快速訓練出高精度模型。全方位支持訓練數據的高質量采集和高效標注，支持在模型迭代過程中擴充數據，有效提升模型效果。使用EasyDL平臺重點是通過不同類型的圖片對人工智能平臺進行機器訓練，其使用步驟如圖3所示。

機器訓練是當前人工智能研究中的一個重要的環節，該環節決定了人工智能的工作效率。在本項目中，從不同角度、不同環境采集多個品種狗的圖片，上傳至平臺并在標注類別，提交開始機器訓練。選擇圖片時，注意圖片中對象的特征要清晰，具有代表性，不同角度、光線明暗的變化都應覆蓋。因為使用者拍攝寵物狗照片的方式不同，應該包含不同情況的各種類型的圖片。一個分類至少需要準備20張以上的圖片，若想獲得較好的效果，每個分類可以準備不少于100張圖片。

每張圖片上傳時需要標注圖片的分類，提交平臺進行機器訓練。在訓練結束后，查看模型評估報告，包括基本結論、準確率、F1 score、精準率、召回率等效果指標。根據項目的需要選擇重點關注的指標。通過分標簽查看模型識別錯誤的圖片，尋找其中的共性，進而有針對性的擴充訓練數據。通過增加訓練圖片，再次進行訓練，以提高識別的精準性。訓練的數據量應該充足，圖片過少可能會影響訓練的效果。每個分類的數據量應該均衡，不同分類的數據量級應相同，并盡量接近。測試的數據與訓練的數據來源保持一致，采集設備、環境均需一致。如若不一致，需調整訓練數據集，重新訓練。機器訓練的過程是一個迭代的過程，需要根據訓練的效果，進行反復的調整、訓練，以求最終的訓練效果能夠使模型的各項效果指標符合實際需求。

本系統選取了市面上常見的二十余種寵物狗，在室內、室外，對不同品種、不同年齡的狗狗從各個不同角度、不同狀態采集了百余張照片，提交到EasyDL平臺進行標注并訓練。根據訓練結果，對識別錯誤的圖片進行分析，找出識別錯誤的原因，從而有針對性地增加圖片數據，再次進行訓練，經過多次訓練，模型的效果指標達到實際要求后，即可發布使用。

訓練完成后，可將模型部署在公有云服務器、私有服務器，封裝成可離線運行的設備端SDK，或直接購買軟硬一體方案，靈活適配各種使用場景及運行環境。本項目采用云服務器部署的方式，通過API接口調用模型，實現寵物狗品種識別功能，如圖4所示為Android APP中通過拍攝照片識別寵物狗品種結果圖。在實際應用中，可以根據識別錯誤的信息，繼續加入迭代訓練數據集糾正結果，不斷提高圖像識別效果。

4? 結? 論

本文開發的采用人工智能技術的寵物狗養育系統，充分考慮用戶的需求，包含養育寵物狗的全部環節，利用圖像識別技術分辨不同品種的寵物狗。根據寵物狗品種的不同，給用戶提供寵物狗的性格特征、喂養方式、訓練方式等相關信息。幫助用戶在寵物狗生病時提供就醫信息和護理信息。通過狗狗朋友圈獲取、分享狗狗的信息，與其他寵物狗愛好者進行交流。本系統根據用戶的需求出發，為用戶提供針對其寵物狗品種的各類信息，使用戶獲得良好的體驗。基于人工智能圖像識別技術的“寵物狗品種識別”功能是本系統的核心功能。借助百度EasyDL平臺快速實現寵物狗品種識別，利用不同品質的寵物狗圖片數據進行機器訓練，獲得了良好的使用效果。

參考文獻：

[1] 百度AI開發平臺.EasyDL定制AI訓練平臺 經典版圖像分類 [EB/OL].（2020-06-28）.https：//ai.baidu.com/ai-doc/EASYDL/ok38n2w9h.

[2] 劉洋，史煜，曹雪倩，等.自動化機器學習在眼部疾病識別及分類中的初步應用 [J].中國數字醫學，2019，14（3）：44-45+49.

作者簡介：雷靜（1981.12—），女，漢族，四川成都人，講師，工程碩士，研究方向：計算機應用。