提升二维码扫描技术的改进策略
一、背景
在过去的 2017 年,支付宝的线下场景不断扩大,收钱码、口碑、共享单车、充电宝、停车缴费等产品让我们的生活越来越便利。二维码因为成本低、兼容性好成为了线上线上最主要的连接工具,也因此面临更多新的挑战。因为二维码是一种点阵式信息编码方式,任何视觉上的缺损、弯曲以及光线作用都会极大的影响识别成功率,如果识别困难也就意味着用户可能选择放弃,影响支付体验也影响用户心智。
用户扫码体验的最关键的主要有以下几个因素:
1. 识别率:这是扫码服务的基础指标,识别率能直接体现识别能力,识别率如果无法提高意味着大量的用户将无法使用更便捷的服务;
2. 识别耗时:包括 app 启动耗时以及图像识别耗时,这是衡量一个用户从点击 app 到正确识别到内容耗时,每增加 1s,将有相当大量的用户放弃等待并离开;
3. 精准反馈:识别结果不仅需要及时反馈给用户,还需要非常精准,特别是在目前线下有多个二维码的场景下,需要避免用户二次操作;
本文将从以上三个方面,分享支付宝扫码技术团队是如何为用户打造一个又准又快又稳的极致扫码体验。
二、提高识别率
我们对用户反馈进行了大量统计分析,发现绝大部分识别失败都是因为二维码并不标准,并且很遗憾的是在使用我们早期的扫码版本进行识别率测试时发现识别率只有 60%;
** 策略 1:优化桩点查找算法长宽比耐受 以往的扫码算法,检查长宽比例时允许差异 40%,但是由于使用前向误差,判断结果跟长宽的先后顺序相关,这会导致有些长宽比失调的码,横着扫不出来,但是旋转 90 度竖着却能扫出来了 (^OMG^)。
优化策略
- 通过修改长宽比的判定规则,长宽比将不再受先后顺序影响;
- 对于已知长度,修改规则将可接受的宽度范围扩大,增强长宽比的耐受;
在我们对比测试集中,识别率提高了 1% 左右。
策略 2:新增 1:5:1 桩点识别模式模式
在一张图片中,要找到二维码,关键在找二维码特征定位点:
三个角的回字型图案,这就是二维码特征定位点。中间区域的黑白色块比例是 1:1:3:1:1
以往的扫码算法,桩点识别是通过状态机 查找 11311 模式后 取中间位置确定 x 位置 (此时扫描线在第一行 11311 比例处) 在 x 位置纵向搜索 11311 模式, 确定 y 位置再以 (x,y) 位置横向搜索 11311 比例,修正 x 位置。这种模式在桩点污损的情况下,识别能力较差只要在任何一次 11311 模式搜索中遇到干扰点,哪怕是一个像素的椒盐噪声也能使桩点查找失败。(支付宝蓝的桩点,会在蓝色区域产生大量噪点,导致识别率低下
为此,我们新增了一种桩点识别方式。在状态机达到 151 模式的时候,开始尝试确认桩点。(此时扫描线在第一行 151 比例处)。
优化效果
- 新的查找方法将不再受桩点中心或边缘部分被污损的影响,支付宝蓝色桩点码识别率明显提升;
- 修改后识别率整体提升了接近 1%,但识别失败的耗时有所提升;
策略 3: 添加一种对角线过滤规则
在枚举所有可能桩点组合 O(N^3) 之前,对所有可疑桩点进行一次对角线检查过滤。由于桩点对角线也应该满足 11311 模式 ,用这个规则做一次过滤可疑有效减少运算量,也就有效降低了识别成功和失败的耗时。
策略 4: 基于 Logistic Regression 的二维码分类器
在以往的扫码算法中在拿到三个桩点后,基于夹角,长度偏差,单位长度查三个数值,用简单公式计算得到阈值,判断是否为可能的二维码,误判概率较大。
为此,我们引入机器学习中的逻辑回归算法模型。基于支付宝丰富的二维码数据集,训练出逻辑回归模型,作为二维码分类器,明显降低了误判概率,也将明显降低无二维码时识别失败的耗时。
策略 5: 修改跳行扫描的间隔数
由于输入的相机帧分辨率高,像素点多,运算量大,以往的扫码算法在水平跟垂直方向跳行采样进行计算。但在实际运算中,由于跳过了太多列,错过了 11311 模式中某些 1 位置的点,导致桩点查找失败。
我们通过将跳行计算行数修改为可配置项,通过线上 AB 灰度测试得到最合适的跳行策略,整体配置此跳行策略后,识别率得到明显提升。
上述优化在测试集的表现
综上优化,扫码核心识别能力,在 7744 张图片测试集上提高了 6.95 个百分点。
特殊策略优化
除此上述通用扫码优化之外,我们还对特殊场景扫码能力进行提高。
1. 畸变?不怕不怕!
线下场景复杂多变。饮料瓶身上变形的二维码、超市小票卷起边角弯曲的二维码、路边小贩凹凸不平甚至折叠的二维码…这些畸变的二维码容易增加识别难度,甚至导致识别失败。以往的扫码算法抗畸变策略中,先用透视变换关系建立映射关系。优点是:适应性好,满足大多数应用场景。 不足也明显:对 Version 1 的码,因为映射关系退化为仿射变换,效果较差,手机必须和码平面平行才能方便识别。当物料表面不是平面的时候,效果较差。
优化策略
- 假设采样坐标系到二维码坐标系遵守一个更复杂的映射关系,并且假设物料表面的卷曲较小,通过使用二次函数可以较好的拟合这个映射关系;
- 实际发票上的二维码版本普遍大于等于 7,高版本二维码具有多个辅助定位点,更利于构造二次映射表;
- 基于以上推论,使用新的映射代替旧的透视变换,进行更精准的采样;
用新的策略,发票码这个场景的二维码识别能力提升明显。
注意:由于采用了增强算法,请对准二维码稍作等待。
2. 容错识别能力提升
商户或者供应商生成二维码后,通常会在二维码的中间部分贴上 Logo,这部分有可能会使二维码 Decode 时出错。
优化策略: 对于采样后拿到的 BitMatrix,对于中间部分一块矩形区域内的点,采用某些策略来改变中间点的值,使它能够通过容错边界的检查。目前采用两种策略,第一种是反转,第二种是每一个点随机取值。目前所取的矩形区域是长、宽的四分之一。
通过此项优化后,扫码的容错能力也得到明显提升。
三、更小的识别耗时
GPU 计算二值化,降低识别单帧耗时 所谓图像二值化就是将图像上的像素点的灰度值设置为 0 或 255,也就是将整个图像呈现出明显的只有黑和白的视觉效果。下图左边为原图,右边是二值化处理过的图。
在扫码算法解码前,有二值化计算,图像的二值化计算能使图像中数据量大为减少,并弱化图像模糊、颜色对比度不强、光线过强 / 太弱、图像污损等情况下其他信息的干扰,更利于检测识别。
传统算法是在 CPU 上进行二值化运算,非常消耗 CPU 资源,但其实 GPU 更擅长大规模并行计算,所以我们选择使用 GPU 来做二值化计算。在安卓平台上使用 RenderScript,iOS 平台上使用 Metal,都是很底层的框架。
优化结果
1.iOS: 统一电池、角度、光线等环境变量, 在 iPhone6 上测试扫码核心 5 种摄像头二值化算法。表现如下:
可以看出,在图像二值化方面 Metal 有相当高的优势,相比原来的单纯 CPU 处理快了接近 150%, 同时降低了近 50 个百分点的 CPU 资源。
2.Android 机型众多,我们抽取了线上数据,可以看到 GPU 在二值化处理中显著降低了单帧耗时 30% 以上。
四、调度维稳
线下物料千奇百怪,扫码算法为了解决一些不理想的场景,如二维码有遮挡、污损、模糊或角度很不好的特殊情况,需要使用一些比较耗时但比较强大的算法,但普通情况不需要这些算法。所以,我们对识码算法定了优先级,通过时间推移、跳帧触发等方式调度:
优先级: 暂定高中低三个优先级。
- 高优先级 每帧执行
- 中优先级 降帧率执行
- 低优先级 低帧率执行
- 不同优先级的功能执行时机可配置。 不同功能属于哪个优先级可配置
特殊场景算法:
为码核心的一种特定能力,如:
- 反色码识别能力
- 容错边界码识别能力
- 污损桩点识别能力等
- 条码识别能力
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反传销网8月30日发布:视频区块链里的骗子,币里的韭菜,杜子建骂人了!金融大V周召说区块链!——“一小帮骗子玩一大帮小白,被割韭菜,小白还轮流被割,割的就是你!” 什么区块链,统统是骗子 作者:周召(知乎金融领域大V,毕业于上海财经大学,目前任职上海某股权投资基金合伙人) 有人问我,区块链现在这么火,到底是不是骗局? 我的回答是: 是骗局。而且我并不是说数字货币是骗局,而是说所有搞区块链的都是骗局。 -01- 区块链是一种鸡肋技术 人类社会任何技术的发明应用,本质都是为了提高社会的生产效率。而所谓区块链技术本质不过是几种早已成熟的技术的大杂烩,冗余且十分低效,除了提高了洗钱和诈骗的效率以外,对人类社会的进步毫无贡献。 真正意义上的区块链得包含三个要素:分布式系统(包括记账和存储),无法篡改的数据结构,以及共识算法,三者互为基础和因果,就像三体世界一样。看上去挺让人不明觉厉的,而经过几年的瞎折腾,稍微懂点区块链的碰了几次壁后都已经渐渐明白区块链其实并没有什么卵用,区块链技术已经名存实亡,沦为了营销工具和传销组织的画皮。 因为符合上述定义的、以比特币为代表的原教旨区块链技术,是反效率的,从经济学角度来说,不但不是一种帕累托改进,甚至还可以说是一种帕累托倒退。 原教旨区块链技术的效率十分低下,因为要遍历所有节点,只能做非常轻量级的数据应用,一旦涉及到大量的数据传输与更新,区块链就瞎了。 一方面整条链交易速度会极慢,另一方面数据库容量极速膨胀,考虑到人手一份的存储机制,区块链其实是对存储资源和能源的一种极大的浪费。 这里还没有加上为了取得所谓的共识和挖矿消耗的巨大的能源,如果说区块链技术是屎,那么这波区块链投机浪潮可谓人类历史上最大规模的搅屎运动。 区块链也验证不了任何东西。 所谓的智能合约,即不智能,也非合约。我看有人还说,如果有了智能合约,就可以跟老板签一份放区块链上,如果明年销售业绩提升30%,就加薪10%,由于区块链不能篡改,不能抵赖,所以老板必须得执行,说得有板有眼,不懂行的愣一看,好像还真是那么回事。 但仔细一想,问题就来了。首先,在区块链上如何证明你真的达到了30%业绩提升?即便真的达到老板耍赖如何执行? 也就是说,如果区块链真这么厉害,要法院和仲裁干什么。 人类社会真正的符合成本效益原则的是代理制度。之前有人说要用区块链改造注册会计师行业,我不知道他准备怎么设计,我猜想他思路大概是这样的,首先肯定搞去中心化,让所有会计师到链上来,然后一个新人要成为注册会计师就要所有会计师同意并记录在链上。 那我就请问了,我每天上班累死累活,为什么还要花时间去验证一个跟我无关的的人的专业能力?最优做法当然是组织一个委员会,让专门的人来负责,这不就是现在注册会师协会干的事儿吗?区块链的逻辑相当于什么事情都要拿出来公投,这个绝对是扯淡的。 当然这么说都有点抬举区块链了,区块链技术本身根本没有判断是非能力,如果这么高级的人工智能,靠一个无脑分布式记账就能实现的话,我们早就进入共产主义社会了。 虽然EOS等数字货币采用了超级节点,通过再中心化的方式提高效率,有点行业协会的意思,是对区块链原教旨主义的一种修正,但是依然无法突破区块链技术最本质的局限性。有人说,私有链和联盟链是区块链技术的未来,也是扯淡,因为区块链技术没有未来。如果有,说明他是包装成区块链的伪区块链技术。 区块链所涉及的所有底层技术,不管是分布式数据库技术,加密技术,还是点对点传输技术等,基本都是早已存在没什么秘密可言的技术。 比特币系统最重要的特性是封闭性和自洽性,他验证不了任何系统自身以外产生的信息的真实性。 所谓系统自身产生的信息,就是数据库数据的变动信息,有价值的基本上有且只有交易信息。所以说比特币最初不过是中本聪一种炫技的产物,来证明自己对几种技术的掌握,你看我多牛逼,设计出了一个像三体一样的系统。因此,数字货币很有可能是区块链从始至终唯一的杀手应用。 比特币和区块链概念从诞生到今天已经快10年了,很多人说区块链技术在爆发的前夜,但这个前夜好像是不是有点过长了啊朋友,跟三体里的长夜有一拼啊。都说区块链技术像是90年代初的互联网,可是90年代初的互联网在十年发展后,已经出现了一大批伟大的公司,阿里巴巴在99年都成立了,区块链怎么除了币还是币呢? 正规的数字货币未来发展的形式无外乎几种,要么就是论坛币形式,或者类似股票的权益凭证等。问题是论坛币和股票之前,本来也都电子化了,区块链来了到底改变了什么呢? 所有想把TOKEN和应用场景结合起来的人最后都很痛苦,最后他们会发现区块链技术就是脱裤子放屁,自己辛苦搞半天,干嘛不自己作为中心关心门来收钱?最后这些人都产生了价值的虚无感,最终精神崩溃,只能发币疯狂收割韭菜,一边嘴里还说着我是个好人之类的奇怪的话。 因此,之前币圈链圈还泾渭分明,互相瞧不起,但这两年链圈逐渐坐不住了,想着是不是趁着泡沫没彻底破灭之前赶快收割一波,不然可能什么都捞不着了。 前段时间和一个名校毕业的链圈朋友瞎聊天,他说他们“致力于用区块链技术解决数字版权保护问题”,我就问他一个问题,你们如何保证你链的版权所有权声明是真实的,万一盗版者抢先一步把数据放在链上怎么办。他说他们的解决方案是连入国家数字版权保护中心的数据库进行验证…… 所以说区块链技术就是个鸡肋,研究到最后都会落入效率与真实性的黑洞,很多人一头扎进链圈后才发现,真正意义上的区块链技术,其实什么都干不了。 -02- 不是蠢就是坏的区块链媒体 空气币和区块链的造富神话,让区块链自媒体也开始迎风乱扭。一群群根本不知道区块链为何物的妖魔鬼怪纷纷进驻区块链自媒体战场,开始大放厥词胡编乱造。 任何东西,但凡只要和区块,链,分,分布式,记账,加密,验证,可追溯等等这些个关键词沾到哪怕一点点,这些所谓的区块链媒体人就会像狗闻到了屎了一样疯狂地把区块链概念往上套。 这让我想起曾经一度也是热闹非凡的物联网,我曾经去看过江苏一家号称要改变世界的“物联网”企业,过去一看是生产路由器的,我黑人问号脸,对方解释说没有路由器万物怎么互联,我觉得他说得好有道理,竟无言以对。 好,下面让我们进入奇葩共赏析时间,来看看区城链媒体经常有哪些危言耸听的奇谈怪论 区块链(分布式记账)的典型应用是*?? 正如前面所说,真正意义上的区块链分布式记账,不光包括“记”这个动作,还包括分布式存储和共识机制等。而*诞生远远早于区块链这个词的出现,勉强算是“分布式编辑”吧,就被很多区块链媒体拿来强行充当区块链技术应用的典范。 其实事实恰恰相反,*恰恰是去中心化失败的典范,现在如果没有精英和专业人士的编辑和维护,*早就没法看了。 区块链会促进社会分工?? 罗振宇好像就说过类似的话,虽然罗振宇说过很多没有逻辑的话,但这句话绝对是最没逻辑思维的。很多区块链自媒体也常常用这句话来忽悠老百姓,说分工代表效率提高社会进步,而区块链“无疑”会促进分工,他们的理由仅仅是分工和分布式记账都共用一个“分”字,就强行把他们扯到一起。 实际情况恰恰相反,区块链是逆分工的,区块链精神是号召所有人积极地参与到他不擅长也不想掺合的事情里面去。 区块链不能像上帝一样许诺他的子民死后上天国,只能给他们许诺你们是六度人脉中的第一级,我可以赚后面五级人的钱,你处于金字塔的顶端。
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Open3DModel 来自开放3D模型的图像 Open3DModel具有各种类别的模型,包括建筑,车辆和角色。无论您需要建筑物,汽车还是人的3D模型,都可以在此网站上找到。 该网站易于浏览,您可以按类别或关键字搜索模型。每个模型都附带预览图像和详细信息,例如文件格式、大小和多边形数量。此信息可以帮助您选择适合您需求的模型。 使用说明: 要下载模型,请访问网站,从库中选择所需的模型,然后单击下载按钮。 使用最好的 3D 资产管理工具简化您的 3D 制作流程。立即试用它们,将您的 3D 项目提升到一个新的水平! 38. 3DExport 对于那些为其 3D 设计项目寻找 3D 模型、纹理和其他资源的人来说,该平台是一个很好的资源。该网站有大量模型可供选择,包括 3D 打印对象、游戏资产等。用户可以按类别、文件格式或价格范围浏览,以找到适合其项目的完美资源。此外,3DExport 还提供一系列教程和其他 3D 资源,以帮助用户提高技能并创建更令人印象深刻的设计。 使用说明: 要使用 3DExport,只需创建一个帐户并浏览可用型号。您可以按类别、格式和价格进行搜索,以找到所需的型号。找到喜欢的模型后,只需下载它并开始在您的项目中使用它。 39.Blend Swap Blend Swap是一个社区驱动的市场,提供与Blender软件兼容的各种免费3D模型。该平台允许用户共享和下载模型、纹理和其他资产,以便在他们的项目中使用。 使用说明: 创建免费帐户后,您可以浏览社区上传的大量3D模型。当您找到要使用的一个时,只需下载它并将其导入您选择的 3D 软件即可。 40. 3DShook 3DShook 是一个高级 3D 模型市场,提供一系列用于建筑、游戏等各个行业的高质量模型。该平台提供基于订阅的模型,具有不同的定价计划,允许用户访问一系列模型。 使用说明: 注册免费帐户后,只需浏览3D模型库,选择您喜欢的模型,然后以您需要的格式下载它们。 41. Smithsonian X 3D 史密森尼 X 3D 对于正在寻找历史文物和文物的高质量 3D 模型的设计师来说,这是一个独特的资源。该平台提供了大量3D模型,这些模型是根据史密森尼博物馆和研究中心中的真实物体扫描创建的。 使用说明:
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