近期，旷视科技南京研究院发布学术界内目前最大的商品识别数据集——RPC，其图像数量和类别数量皆是该领域之最。同时，该数据集针对新零售场景定义了一个新问题，即视觉自动收银（automatic check-out, ACO），模拟零售真实结算场景。此外，还针对 ACO 任务给出了一套完整的 Baseline Method，以及“整单准确率”cAcc为代表的一系列评测指标，更有可以直接安装的 Python 版本评测工具。同名 GitHub 项目主页上有 Leaderboard，欢迎大家来刷榜！
论文链接：https://arxiv.org/abs/1901.07249
项目链接：https://rpc-dataset.github.io/
零售业是人力密集型行业，其中收银结算占有相当高的成本。随着深度学习发展，借助图像识别技术实现零售行业的降本增效已是大势所趋。自动收银结算（Automatic Check-Out/ACO）是其中的核心场景，旨在根据收银场景图像生成结算清单，并与计算机视觉技术的融合不断加深。
CV 技术+场景，从来不是一条坦途。从图像识别角度讲，ACO 的落地布满靳棘，其中既有来自数据本身的问题，也有模型训练的因素，最后可归结为 4 个方面： 1）large-scale，2）fine-grained，3） few-shot 和 4）cross-domain。
尽管存在上述问题，ACO 还是有着潜在的研究与商业价值。如果有标注精良的数据集，这一问题或可迎刃而解。为此，旷视科技南京研究院打造了一个目前最大的商品识别数据集——RPC（Retail Product Checkout），来推动新零售自动收银场景的相关研究和技术进步，它的商品种类高达 200，图像总量达 83k，真实模拟零售场景，且逼真度超过现有同类数据集，同时充分体现出 ACO 问题的细粒度特性。
图 2：RPC 数据集对比同类数据集。
RPC 数据集有两种形态的图像：1）单品图（exemplar image），在受限环境下拍摄，只包含单一产品，对应于网购商品图；2）结算图（ checkout image），包含用户购买场景下的多个商品，有助于研究者解决相关子问题，比如检测或计数。
数据集的基准还在进行之中，目前最好的基线来自基于 Cycle-GAN 的数据合成方法。
ACO 任务
当顾客走进商店，把要购买的商品放在收银台上，一个理想的 ACO 系统可以自动识别每个商品，并一次性准确给出购物清单，如图 1 所示。
图 1：ACO 图示。
因此，ACO 本质上是识别任意商品组合中每个商品的出现并计数的一个系统。
一般来讲，为保证性能，训练 ACO 识别系统的图像应该和实际收银场景一模一样。但是由于海量的商品类别加之不断更新，让识别模型穷尽所有的商品组合是不现实的，因此一个可行的解决方案是在特定环境下采集一类单品图像，并将其复用至实际结算中。
RPC 数据集特点
旷视提出的 RPC 数据集具有 6 个方面的特性。
量大：无论是从图像数量还是商品种类（SKU）上来看，RPC 都是该领域之最：SKU 达 200 个，图像数量 83,739 张，其中单品图 53,739 张，结算图 30,000 张。
跨域：RPC 中图像数据分为单品图和结算图两种形态。模型需在单品图上进行训练，但真正测试环境则为结算图。
图 3：单品图。
图 4：结算图。
真实：在构造和采集结算图时，尽可能追求模拟真实零售场景，无论商品类别、商品个数、摆放角度及遮挡等等因素均接近实际收银场景。
层级：200 类商品隶属于 17 个商品大类（如方便面、纸巾、饮料等），天然构成了层次的结构，并可作为辅助监督信息用于进一步的训练。
图 6：17 个商品大类。
难易：针对结算图设计了三种难度：Easy、Medium 和 Hard，包含的商品类别数和数量分别为：
表 2：结算图的三种难度。
强弱：在监督信息层面，我们为每张 RPC 的结算图均提供了由弱（Shopping List）到中（Point）再到强（Product BBox）的三种强度监督信息。
图 5：结算图的三种强度监督信息。
RPC 数据集基准
ACO 基线方法
旷视在本文提出了 4 个 ACO 基线方法，分别是 1）Single，2）Syn，3）Render 和 4）Syn+Render。
只使用 RPC 数据集单品图的标注信息，且直截了当地把这些单品图用于训练，这种策略即是首个基线方法，称之为 Single。另外，本文使用的检测器是 ResNet101 作为 Backbone 的特征金字塔网络 FPN。
通过把剪裁出来的单品随机粘贴在背景上以合成 10,000 张结算图，接着用其训练检测器，这是第二种基线方法，表示为 Syn。
为把上面合成的结算图渲染的更加逼真，旷视借助 Cycle-GAN 转化合成图，如图 9 所示。接着用这 10,000 张渲染的图像训练检测器，这是第三种基线方法，表示为 Render。
图 9：合成结算图与渲染结算图实例对比。
此外，还可以混合使用合成图与渲染图训练检测器，这是第四种基线方法，表示为 Syn+Render。
针对 ACO 任务提出的整个方法的 pipeline 如图 10 所示：
图 10：基线方法 pipeline。
实验结果
在进入到实验结果之前，需要说明的一点是最优的评测指标并不是传统检测任务中的 mAP50、mmAP 等指标，而是本文提出的 cAcc（Checkout Accuracy），即正确核验一张图像内所有商品的精度，简单来说，就是“整单正确率”。
这里按照上述的 Easy、Medium、Hard 三种 mode 测试了 ACO 任务在 RPC 数据集上的实验结果，如表 3 所示：
表 3：实验结果。
研究展望
虽然 RPC 数据集跨域检测方法适用于解决 ACO 问题，但并非其他方法行不通。其他研究方向也可从 RPC 数据集获得启发：
在线学习解决 ACO 问题。实际的零售场景中，商品种类将会不断翻新。快速迭代模型而无需重新训练成为首要问题，这时在线学习就派上用场了。
ACO 任务的一个潜在解决方案是在不借助商品检测技术的前提下，直接从结算图中获取商品清单。这本质上是把 ACO 问题转化为一个物品计数问题。
利用结算图的监督信息。RPC 数据集有着不同层次的结算图的监督信息，如何将其利用起来更好地完成 ACO 任务仍值得进一步研究。
作为其他计算机视觉任务的补充数据集。虽然 RPC 数据集针对 ACO 问题而设计，但是标注有商品的 ground truth 定位/边界框，也就适用于物体检索、few-shot/弱监督/全监督物体检测等领域的研究。
结论
旷视在本文中发布了目前学术界最大的商品识别数据集 RPC，并定义了 ACO 任务和对应的评测指标。RPC 数据集含 200 个商品类别，83,739 张图像，包含单品图和结算图两种形态，并且配有不同监督强度的标注。借助这一数据集，本文清晰界定了 ACO 问题，并使用 4 种基线方法基准化这一数据集。实验结果表明，在这一数据集上 ACO 仍有较大提升空间。同时，该数据集还适用于多个潜在的研究方向。
