上海居民被垃圾分类逼疯！这款垃圾自动分类器也许能帮上忙
作者 | 视说君
来源 | 授权转载自视说AI（ID:techtalkai）
让垃圾自动分类
近期垃圾分类成为了一个热门话题，原来直接一次性扔掉的垃圾，现在都需要分门别类进行投放。从今年7月1日起，新的《上海市生活垃圾管理条例》正式开始施行，号称史上最严的垃圾分类就要来了。我们以后在扔垃圾前都要先将垃圾仔细分成可回收物、有害垃圾、湿垃圾和干垃圾四个类别，如果分错还会被罚款。
垃圾分类可以更好地保护我们的环境卫生，为了让大家能够正确对垃圾进行分类，官方发布了垃圾分类指南，列举了每种类别对应的常见垃圾，大家可以对照着进行分类投放。此外，脑洞大开的网友们也另辟蹊径，提供了各种有意思的分类思路。
在日常生活中，每个类别的垃圾往往包含了各式各样的内容，人们在分类投放的时候难免会出现偏差，这个时候如果有一个分类神器对垃圾拍个照就能告诉我们是什么类别就好了。
当前人工智能飞速发展，我们能否利用AI技术来对垃圾自动分类，实现上面提到的设想呢？为了回答这个问题，在今天的文章中，我们将从人工智能的角度出发，尝试利用深度学习技术来构建一个垃圾自动分类器，同时也会进一步介绍AI垃圾分类遇到的挑战和一些思考。
“垃圾”图像数据准备
为了实现一个理想的垃圾自动分类器，需要有一个已经分好类别的“垃圾”图像数据集作为训练的基础。然而当前并没有这样一个可以直接使用的数据集，所以我们首先自己动手收集海量的“垃圾”图像并为每张图像标注上相应的类别。
数据集的收集一直是一件耗时耗力的工作，为了快速便捷地完成“垃圾”图像数据集的收集，我们依据官方发布的垃圾分类指南上每一类所包含的垃圾名称，通过在百度图片上爬取名称对应的图像来实现。官方发布的垃圾分类指南如下图所示。
在实际的应用场景中，待分类的样本往往是不可控的，所以一般会增加“其他”这个类别用来收留各种异常样本。在垃圾分类中，除可回收物、有害垃圾和湿垃圾外都属于干垃圾，所以干垃圾已经扮演了“其他”的角色。我们的“垃圾”图像数据集最终分为可回收垃圾、有害垃圾、湿垃圾和干垃圾四个类别。数据集的部分图像如下图所示。
垃圾自动分类器
垃圾自动分类本质上是一个图像分类问题，当前基于深度卷积神经网络的图像分类算法发展很快，各种方法层出不穷。下面我们先回顾这些分类网络的演进思路，再进一步将分类算法应用于垃圾分类，介绍构建一个垃圾自动分类器的流程和细节。
卷积神经网络的开山之作LeNet于1998年被提出，并成功应用于手写体识别。LeNet和现在的网络结构相比虽然简单（如上图所示），但是卷积层、池化层和全连接层这些基本模块都已经具备。
随着ReLU和dropout的提出，以及GPU和大规模数据集的出现，卷积神经网络在2012年迎来了历史突破，AlexNet的出现让卷积神经网络开始逐渐成为计算机视觉任务的标配。在AlexNet的基础上，以增加网络深度为思路，出现了VGGNet；以增强卷积模块为思路，出现了基于Inception的一系列网络。
随着后来居上的ResNet的提出，层数极深的网络成为了可能。通过引入残差模块，缓解了深度网络训练过程中的梯度消失问题，让网络的深度不断加大，网络性能也得到了大幅提升。之后的DenseNet更是通过对特征图的稠密连接，加强了特征的传递，继续提升分类效果。当前ResNet及其变种形式已经被广泛地应用于图像分类任务，同时也成为了在解决目标检测和图像分割等其他计算机视觉问题时常用的主干网络结构。
在本文中，我们使用50层的ResNet来构建垃圾自动分类器。具体我们采用在ImageNet数据集上预训练的ResNet50模型参数作为初始化，利用上一节中收集的“垃圾”图像数据集对其进行微调。
其中我们将上述ResNet50的最后一层输出从1000（ImageNet数据集的分类数量）修改为4（垃圾分类数量），同时在训练过程中冻结了部分卷积层参数的更新。此外还进一步利用水平翻转、随机裁剪和色彩抖动等方式对训练的“垃圾”图像进行数据增强。在完成垃圾自动分类器的训练后，我们对一些垃圾进行了自动分类的测试，准确率达到近90%。虽然对复杂的情况还是存在一定的误判，但大部分常见的垃圾都得到了正确的区分，具有较强的实用性。
从单个垃圾分类到一群垃圾分类
上一节中我们介绍了垃圾自动分类器的构建，但是这样的垃圾分类器的输入都是单个垃圾图像。在实际的垃圾分类投放过程中，对单个的垃圾进行一一拍照分类显得过于繁琐和缓慢。那能不能对一群垃圾直接拍照后进行批量分类呢？要实现对一群垃圾的批量分类，其实就是要构建一个垃圾的目标检测器。输入一张含有多个垃圾的图像，让模型输出图像上每种垃圾对应的类别。
在深度学习出现之前，可变形部件模型（DPM）一直是流行的目标检测方法。深度学习出现后，以R-CNN、Fast R-CNN、Faster R-CNN为代表的两阶段算法和以YOLOv1-3、SSD、RetinaNet为代表的单阶段算法成为主流。前者是先由算法生成一系列待检测目标的候选框，再通过卷积神经网络进行候选框的分类；后者则不用产生候选框，直接将目标边框定位的问题转化为回归问题处理。
和垃圾分类器一样，一个理想的垃圾检测器，需要大量的“垃圾”标注数据来支撑。但是与分类数据集相比，检测数据集除了标注类别外还要标注图位置坐标，这样的标注工作更为艰巨。在完成垃圾检测的图像数据集后，就可以利用当前主流的深度学习检测算法来实现批量垃圾的分类。
写在最后
垃圾分类最近成为了大家生活中经常讨论的话题，这篇文章分享了如何利用深度学习技术来构建一个垃圾自动分类器，也进一步介绍了从单个垃圾分类到批量垃圾分类的思路和挑战。
在实际的垃圾分类中，由于垃圾多种多样，同一类别的垃圾可能差异很大，而不同类别的垃圾可能差异很小，在复杂情况下分类器效果可能会不尽如人意，后续可以考虑加入垃圾之间的高层次语义关系信息，进一步提升分类器的性能。最后希望大家都能做到正确的垃圾分类投放，毕竟生活不易，还是不要被罚款。
一些资料
[1] Deep Residual Learning for Image Recognition
[2] ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks
[3] Very Deep Convolutional Networks for Large-Scale Image Recognition
（*本文为 AI科技大本营转载文章，转载请联系原作者）
◆
精彩推荐
◆
参与投稿加入作者群，成为全宇宙最优秀的技术人~
推荐阅读
吴恩达Drive.ai因经营困难“卖身”苹果
上海交大张拳石：神经网络的可解释性，从经验主义到数学建模
我发现一个新的软件，用自然语言编程！非常酷！
香港的房价真的那么贵吗？用数据挖掘真相！
我花了 10 年，从工厂妹逆袭为纽约高薪程序员
面试官问你MyBatis中有哪些设计模式，把这篇文章发给他
中本聪的一失之虑让比特币趋于中心化, 那这些问题的严重性, 你了解吗?
想换行做 5G 的开发者到底该咋办？
如何向妹子解释：为啥 5G 来了需要换 SIM卡！
你点的每个“在看”，我都认真当成了喜欢相关文章：
虽被BERT碾压，但还是有必要谈谈BERT时代与后时代的NLP
作者 | 吴金龙，爱因互动技术合伙人，算法负责人来源 | 授权转载自AINLP（ID:nlpjob）2018年是NLP的收获大年，模型预训练技术终于被批量成功应用于多项NLP任务。之前搞NLP的人一直羡慕搞CV的人，在ImageNet上训练…
C++ 简单读写文本文件、统计文件的行数、读取文件数据到数组
转自：http://hi.baidu.com/ctralt/blog/item/cde79fec87f841302697911c.html fstream提供了三个类，用来实现c对文件的操作。（文件的创建、读、写）。ifstream -- 从已有的文件读 ofstream -- 向文件写内容 fstream - 打开文件供读写…
Exchange 2007迁移2010时的公用文件夹多个公用树错误
近期在项目中，客户Exchange 从2007迁移到2010，Microsoft Exchange从2007开始就逐渐弱化了公用文件夹，outlook 2007和2010都不需要使用到公用文件夹了。但客户现状存在90%的outlook 2003客户端，因此需要使用到公用文件夹。在Exchan…
约瑟夫环问题的两种解法（详解）
约瑟夫环问题的两种解法（详解） 题目： Josephus有过的故事：39 个犹太人与Josephus及他的朋友躲到一个洞中，39个犹太人决定宁愿死也不要被敌人抓。于是决定了自杀方式，41个人排成一个圆圈，由第1个…
Linux下多播的配置【十全十美】
单播地址标识单个IP接口，广播地址标识某个子网的所有IP接口。多播地址表示某一组IP接口，单播和广播是寻址方案中的两个极端(要么单个要么全部)，多播则意在两者之间提供一种折中方案。多播是用于建立分布式系统的重要工具，例如&…
CvSeq相关函数
转自：http://hi.baidu.com/pengjun/blog/item/a72fc8ea030e79d4d439c906.html 函数原型说明CvSeq* cvCreateSeq(int seq_flags,int header_size,int elem_size,CvMemStorage* storage)功能：创建一序列 参数：seq_flags为序列的符号标志。如果序…
10月份机房技术指标
下载syslinux，dhcp，http，tftp-serveryum -y install syslinux dhcp httpd tftp-serveryum -y install system-config-kickstart挂载sr0是镜像用system-config-kickstart工具来生成一个自动的安装的配置文件ip填自己的ip地址。目录填挂载光盘的…
5G时代，微软又走对了一步棋！
2019年4月，CSDN采访微软（中国）首席技术官韦青，期间谈到5G。他认为，5G绝对是一个划时代的革命性突破，但是这个突破不止于现在所说的“5G”通讯技术，它为未来以“万物互联”为基础的智能社会开创了…
6426C Lab3 部署证书和管理注册
共有4个练习：练习1：配置证书模板练习2：配置自动注册练习3：管理证书 Revocation练习4：配置Key Recovery练习1：任务1：复制、安装和手动注册一个证书1. 转到HQDC1.contoso.com服务器，添…
CreateStructuringElementEx
转自：http://baike.baidu.com/view/4819443.htm CreateStructuringElementEx 创建结构元素 IplConvKernel* cvCreateStructuringElementEx( int cols, int rows, int anchor_x, int anchor_y, int shape, int* valuesNULL ); cols 结构元素的列数目 rows 结构…
阿里AI再摘一冠，大幅提高视觉对话世界纪录
近日， 在第二届视觉对话挑战赛Visual Dialogue Challenge中，阿里AI击败了微软、首尔大学等十支参赛队伍，获得冠军。 （阿里AI在视觉对话竞赛中得冠）视觉对话竞赛由美国佐治亚理工大学、Facebook人工智能实验室ÿ…
OSChina 周一乱弹 —— 嫂子我帮你们照顾放心吧
2019独角兽企业重金招聘Python工程师标准>>> Osc乱弹歌单（2018）请戳（这里） 【今日歌曲】 clouddyy ：#每日一歌# 《绿光 - 孙燕姿》 《绿光》 - 孙燕姿 手机党少年们想听歌，请使劲儿戳࿰…
十一月工作小记--上线前的冲刺
加班不是目的，重要的是找到加班的意义。尽管程序猿们有很多个不愿意，他们却依然要面对加班的现实。加班就是程序猿们生活中的一张牌，既然不能决定这张牌是什么，那就想想如何去打好这张牌吧。本月，我们的生活依然是那么…
Java跌落神坛，Python继续夺冠....凭啥？
编程语言流行指数(PYPL)排行榜近日公布了2019年6月份榜单。相比 5 月编程语言榜单，Python 不仅超过了 C，成功占据第三名位置，还以 2.77% 的涨幅成为增速最快的编程语言，与此同时，拥有 8.53% 份额的 Python 达到了 TIOB…
opencv实现二值图像细化的算法
转自：http://blog.csdn.net/byxdaz/archive/2010/06/02/5642669.aspx 细化算法通常和骨骼化、骨架化算法是相同的意思，也就是thin算法或者skeleton算法。虽然很多图像处理的教材上不是这么写的，具体原因可以看这篇论文，Louisa Lam…
@芥末的糖----------《管理系统后台架构逻辑》
mongo逻辑 //1.创建mongoose对象链接数据库，并暴露 var mongoose require(mongoose) mongoose.connect(mongodb://localhost:27017/lagou, {useNewUrlParser: true })var db mongoose.connection db.on(error, console.error.bind(console, connection error:)) d…
PHP函数之无极分类
无极分类属于现在比较难攻克的一关，现在就把代码贴出来，有需要的朋友可以根据实际需要扩展一下。 //假设分类关系为“ 地球”（id为1，父id为0），“国家”（id为2，父id为1）&a…
我发现了一个非常酷的软件，用自然语言编程！
作者 | 刘欣，前IBM架构师，用15年的技术工作经验去总结提炼，以故事讲解技术本质，让大家看过以后有一种“原来如此”的感觉。来源 | 码农翻身（公众号id：coderising）周六晚上10点半， 张…
Matlab中去除exe执行时文件的DOS窗口的方法
转自：http://www.matlabsky.com/thread-547-1-1.html 方法1在command window中输入如下命令： cd(prefdir) edit compopts.bat 此时compopts.bat打开，在文件最后添加 A.VC环境下： set LINKFLAGS%LINKFLAGS%/SUBSYSTEM:WINDOWS /ENT…
ubuntu14.04 升级gcc的方法
Ubuntu12..4版本也可正常安装。 1、添加软件源 sudo add-apt-repository ppa:ubuntu-toolchain-r/test sudo apt-get update2、安装gcc高版本，gcc4.8，gcc4.9，gcc5 gcc4.8 sudo apt-get upgrade sudo apt-get install gcc-4.8 g-4.8gcc4.9 sud…
Java 基础【04】Swing 组件事件注册
聪明出于勤奋，天才在于积累。——华罗庚 对上次的三个问题的个人理解： 1） 程序首先是从main函数开始执行的，假设main 函数不是 static ，就要先实例化这个类，然后调用 main 方法，这似乎是不现实…
VC++ 隐藏控制台程序窗口
转自：http://hi.baidu.com/sicceer/blog/item/d9c35a810d15c4c8bc3e1ec8.html 设置 #pragma comment( linker, "/subsystem:/ "windows/ " /entry:/ "mainCRTStartup/ " " ) // 设置入口地址 这样就ok了 在控制台程序中隐藏控制台窗口…
深度学习原来还可以这么学！
最近身边很多朋友在讨论人工智能，讨论人工智能在我们生活中的应用，随之而来就开始讨论深度学习技术，但是由于深度学习的涉及面比较广，对数学的要求比较高，所以想学也不太敢学，生怕认真学了却没学会。其实可…
016-热更新之FishingJoy一
我们在完成对xlua的学习后，现在我们在接下来的几天中，将会用一个案例来学习一下xlua的使用。请大家不用担心，这个课件的使用是基于xlua而开发的。因为我们在这个部分是为了使用xlua，所以我们只在已经做到的案例上进行xlua的学习。…
从0到1 | 手把手教你如何使用哈工大NLP工具——PyLTP！
作者 | 杨秀璋来源 | CSDN 博客（CSDN id：Eastmount）（本文经作者授权，此系列文章整理后微信平台首发于AI科技大本营）【导语】此文是作者基于 Python 构建知识图谱的系列实践教程，具有一定创新性和…
PL/SQL Developer远程访问Oracle数据库
安装oracle对应的版本 ，在oracle的安装目录找到oracle\product\11.2.0\dbhome_1\NETWORK\ADMIN\tnsnames.ora这个文件添加上数据库访问的串 LWZC (DESCRIPTION (ADDRESS (PROTOCOL TCP)(HOST [服务器地址])(PORT 1521))(CONNECT_DATA (SERVER DEDICATED)(SE…
基于shiro的权限设计
shiro介绍 Apache shiro是一个权限控制框架，它将安全认证抽取出来，实现用户身份认证，权限授权，加密，会话管理等功能，是一个通用的安全认证框架，而且还可以用于分布式集群。功能如下 1.验证用户 …
C++ 中隐藏DOS调用的命令行窗口
转自：http://hi.baidu.com/jackyho2000/blog/item/b5c5fabdd3b4db0019d81fbb.html 我演示了一下在MFC程序中怎么应用DOS的dir的命令，可是我们遇到了需要解决的问题，首先就是文件dir.txt的残留问题，其实这个问题很简单，…
Citrix Avalon安装实验手册之一----Avalon概述及实验环境准备
“Avalon”（阿瓦隆）是思杰下一代桌面/应用交付产品的项目名称，其核心目标是把现有Windows应用和桌面转换成云服务。 其中你最熟悉的XenApp和XenDesktop就是Avalon项目的核心所在。Avalon这个全新解决方案将XenApp、XenDesktop、CloudGateway、…
图片像素、英寸、厘米之间的单位换算
转自：http://hi.baidu.com/cjg501/blog/item/f040fc0898d5379f0b7b8244.html 今天朋友用photoshop处理图片时要把图片保存指定的大小，但她只对厘米要形像感，可是在软件里保存的图片没有这个单位，只能保存的单位为像素；…