基于App Inventor的圖像識(shí)別APP設(shè)計(jì)

羅紅梅

摘要：文章通過(guò)介紹一款手機(jī)游戲APP的制作，演示了機(jī)器學(xué)習(xí)中的監(jiān)督學(xué)習(xí)過(guò)程，讓學(xué)生在游戲的過(guò)程中對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別有一個(gè)大致的了解，以期讓學(xué)生認(rèn)識(shí)身邊的人工智能。

關(guān)鍵詞：圖像識(shí)別;App Inventor;機(jī)器學(xué)習(xí)

中圖分類(lèi)號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）01-0049-02

機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能的核心，深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)中一個(gè)新的研究方向，它能夠讓機(jī)器像人一樣具有分析學(xué)習(xí)能力，能夠識(shí)別文字、圖像和聲音等數(shù)據(jù)。為了讓中學(xué)生對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別的過(guò)程有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，以期引起孩子們學(xué)習(xí)人工智能的興趣，文章介紹一個(gè)簡(jiǎn)單的圖片識(shí)別APP的制作流程。通過(guò)這個(gè)APP，手機(jī)能夠判斷出照片中的對(duì)象是什么物體。

1開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹

App Inventor是谷歌公司開(kāi)發(fā)的、完全在線(xiàn)的手機(jī)編程軟件，它將代碼全部編寫(xiě)完畢并封裝成組件，使用者只需用積木式的拖拽來(lái)完成Android編程，它也支持樂(lè)高NXT機(jī)器人，可以完成手機(jī)控制機(jī)器人。

MLforkids為訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型提供了一個(gè)易于使用的引導(dǎo)環(huán)境，可用于分類(lèi)文本、數(shù)字或識(shí)別圖像，它能夠?qū)⒂?xùn)練過(guò)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型添加到App Inventor項(xiàng)目中，該工具完全基于網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須安裝或復(fù)雜的設(shè)置，它使用的后臺(tái)AI平臺(tái)是IBM的Watson。

2項(xiàng)目設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目利用A0p Inventor 2做一個(gè)手機(jī)捉迷藏游戲APP，首先在MLforkids網(wǎng)站上給機(jī)器提供樣本，每種類(lèi)別至少提供十個(gè)，機(jī)器通過(guò)學(xué)習(xí)這些樣本產(chǎn)生一個(gè)模型，將這個(gè)模型導(dǎo)入App In-ventor 2就可以制作識(shí)別這些對(duì)象的APP。玩家找到事先定義的對(duì)象須拍照證明，手機(jī)APP將能夠分析照片并識(shí)別該對(duì)象。

2.1收集樣本

在瀏覽器中打開(kāi)網(wǎng)址https：//maehineleamingforkids.eo.uk/，登錄并創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目，注意項(xiàng)目名稱(chēng)不可使用漢字，識(shí)別類(lèi)型選擇“圖像”，點(diǎn)擊“訓(xùn)練”按鈕后，添加三個(gè)標(biāo)簽并分別命名為“Cat”“Rabbit”“Scissors”的標(biāo)簽桶，標(biāo)簽名也不可有漢字。點(diǎn)擊第一個(gè)標(biāo)簽桶中的“攝像頭”按鈕，用攝像頭給第一個(gè)物體拍照，嘗試從不同側(cè)面、角度或距離拍，重復(fù)拍攝至少十張片。按相同的方法給第二和第三個(gè)物體拍照。圖1為樣本收集圖。

2.2訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型

在項(xiàng)目頁(yè)面中，點(diǎn)擊“學(xué)習(xí)和測(cè)試”按鈕，點(diǎn)擊“培養(yǎng)新的機(jī)器學(xué)習(xí)模型”按鈕，后臺(tái)IBM的Watson平臺(tái)就開(kāi)始運(yùn)作，當(dāng)前型號(hào)狀態(tài)顯示“Available”時(shí)，說(shuō)明模型已經(jīng)訓(xùn)練完成。紅色顯示的URL地址就是我們后期APP制作用到的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的唯一地址，將其拷貝下來(lái)。

2.3APP編程

在瀏覽器中輸入地址：http：//app.gzjkw.net，這是廣州電教館架設(shè)的App Inventor 2服務(wù)器。無(wú)須注冊(cè)直接用QQ帳號(hào)即可登錄。新建一個(gè)App Inventor項(xiàng)目（注意：項(xiàng)目名稱(chēng)不可使用中文）。在組件面版中點(diǎn)擊“Import Extension”，點(diǎn)擊“URL”將上一步獲得的地址復(fù)制到這里，點(diǎn)擊“Impoa”按鈕，如此即可將剛剛訓(xùn)練好的機(jī)器學(xué)習(xí)模型導(dǎo)入，即為兒童機(jī)器學(xué)習(xí)擴(kuò)展（“ML4K”），將其拖到設(shè)計(jì)界面，完成此操作后，圖標(biāo)將添加到在“不可見(jiàn)組件”列表中。圖2為此移動(dòng)游戲界面組件設(shè)計(jì)，表1為所有組件設(shè)計(jì)的參數(shù)設(shè)置。

邏輯設(shè)計(jì)將完成以下功能：點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕啟動(dòng)游戲，找到對(duì)象后點(diǎn)擊“拍照”按鈕調(diào)用手機(jī)上的相機(jī)功能拍照，如果ML4K模型驗(yàn)證是所需對(duì)象的照片，其標(biāo)簽將以綠色背景突出顯示。當(dāng)三個(gè)對(duì)象都被找到，即三個(gè)標(biāo)簽的背景均為綠色時(shí)游戲結(jié)束，對(duì)話(huà)框提示完成游戲所花費(fèi)的時(shí)間，其他邏輯設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，圖3為ML4K模塊的關(guān)鍵部分邏輯設(shè)計(jì)。2AAPP功能測(cè)試

當(dāng)機(jī)器學(xué)習(xí)模型已驗(yàn)證找到所有三個(gè)對(duì)象后，計(jì)時(shí)器將停止計(jì)時(shí)并由對(duì)話(huà)框報(bào)告花費(fèi)的時(shí)間，圖4為APP游戲的運(yùn)行效果。

3結(jié)束語(yǔ)

這個(gè)項(xiàng)目訓(xùn)練了機(jī)器學(xué)習(xí)模型來(lái)識(shí)別物體。首先通過(guò)收集這些對(duì)象的照片樣本并”標(biāo)記”，即告訴計(jì)算機(jī)每張照片中的內(nèi)容，計(jì)算機(jī)使用這些標(biāo)記來(lái)訓(xùn)練模型，通過(guò)查找圖案的顏色和形狀來(lái)學(xué)習(xí)如何識(shí)別新照片，這被稱(chēng)為“監(jiān)督學(xué)習(xí)”。樣本越具有多樣性，機(jī)器學(xué)習(xí)模型的性能越好，判斷的準(zhǔn)確率也越高。例如可嘗試添加具有不同背景的樣本;拍攝時(shí)將對(duì)象靠近或遠(yuǎn)離相機(jī)，也可以將對(duì)象四面顛倒，從頂部和底部拍攝對(duì)象。在這個(gè)項(xiàng)目中，訓(xùn)練一臺(tái)電腦，看看它是如何學(xué)習(xí)，嘗試找出它的錯(cuò)誤、教它如何改進(jìn)，并看到它改變，這就是最簡(jiǎn)單的人工智能。