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漢鼎事|喜訊:漢鼎學子榮獲香港青少年科技創新大賽一等獎

2023-04-06发布于香港

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漢鼎書院十年級學生Albert LUI以「基於卷積神經網絡的普通獼猴臉部識別系統設計」項目,在第二十五屆香港青少年科技創新大賽獲得一等獎!據悉,本次大賽共有三千多人參加,參賽作品兩千餘部。雷致遠和他的團隊,一路過關斬將,最終在所屬組別中拔得頭籌。同時,他的研究項目也入選了「日內瓦國際發明展」。本月底,他和團隊成員將赴瑞士參加這一國際盛會。近日,漢鼎書院老師專訪了雷致遠同學,接下來,讓我們共同一睹這位小科學家的風采吧!







漢鼎書院(以下簡稱「漢」):Albert,你好,祝賀你獲得香港青少年科技創新大賽一等獎。學校的老師和同學都為你感到高興。你能向大家介紹一下,你本次獲獎項目的一些基本情況嗎?

Albert LUI(以下簡稱「雷」):好的,謝謝老師。我和我的團隊的研究項目是:基於卷積神經網絡的普通獼猴臉部識別系統設計。簡稱「猴臉識別系統」


漢:你們是怎麼想到要做這個項目的呢?

雷:現在大約有1800隻野生獼猴生活在香港,他們是普通獼猴、長尾獼猴、以及兩者的混血。為了更好地管理這些獼猴,控制猴子的種群,相關部門採取了耳朵剪角、紋身、植入芯片等三種方法對猴群進行識別。但我們覺得這三種方式都會傷害到猴子,有些殘忍,所以我們就想開發一個猴臉識別系統,這樣能更快地識別,並且對猴子不造成傷害


漢:你們的研究方法和過程是怎樣的呢?

雷:我們研究的是普通獼猴,它們是香港最主要、最常見的一種猴子,我們的數據採集點主要在香港的金山郊野公園。我們一共拍攝了114段視頻,352張照片,每段素材至少包含了一個猴子的臉部,經過整理、篩選、複查,一共鑑別出了62只獼猴的臉部,這組成了我們的數據庫。更近一步,我們從62只獼猴中選出了21隻長相差別比較大的獼猴,整理了182 張照片或視頻截圖,作為我們本次深度學習模型訓練的樣本集,其中80%的樣本作為模型訓練,20%的樣本作為模型測試。為了讓訓練效果更好,我們把所有樣本集的照片統一裁剪,讓猴臉在照片中的佔比盡量一致,並統一做成1080X1080像素的照片。並且我們給了一個清晰的「猴臉」定義:包括眼睛、鼻子、嘴巴和臉部毛髮較少的區域。另外,我們還給出了「猴頭」的定義:除了前面定義的猴臉外,還加上頭部毛髮和耳朵。最後使用「LabelImg」對定義區域標記,讓模型知道要識別的區域。接著,我們用「圖像增強」處理樣本集的照片,例如水平翻轉,垂直翻轉等,把一張照片擴展成50張不同效果的增強圖像,這樣總共得到 9100 張「圖像增強」的照片作為新的樣本集。其中,用7200 張做訓練,1200 張做測試。這是我們一個簡單的流程圖:首先,我們在野外採集樣本(拍攝猴子),然後去除相似的照片,接著把照片的尺寸、像素統一,經過圖像增強後放到卷積神經網絡模型,最後訓練出結果。我們用的是一個叫 SSD MobileNetV2 FPN Lite 320x320 圖像檢測模型,是由 Google 開發的TensorFlow2生成的開源模型中的一種模型。我們的程序是用 Python3.6寫出來的。TensorFlow會自帶一些評價指標:Recall, Percision, Accuracy, Detection Speed和 Loss。這些指標可以幫助我們評價模型訓練結果的好壞。關於兩種模型識別效果,猴頭模型可以達到 84.2% 的 average accuracy,猴臉模型可以達到 82.6% 的 average accuracy。整體上猴頭模型比猴臉模型表現得好一些。


漢:在研究的過程中,你有沒有遇到什麼困難?

雷:我在整個項目裡主要是負責數據收集、分類和組織、創建數據集、猴臉標記、MFR 設計和研發,當中的困難也是不少的。其中最主要的兩個,其一是當我們在給猴子的面部照片時,由於猴子會不斷地移動,這就給我們的數據採集造成了不少的困難,其二便是猴臉部識別系統的設計和開發,我們花了大約5個月的時間來尋找合適的方法,並學習如何使用TensorFlow 2、Python和LabelImg來實施猴臉識別,雖然是一項較大的工程,但是再回看自己經歷的過程和在比賽中的結果,我覺得這一切都是值得的!


漢:關於你們目前的研究項目,接下來,你們有沒有更新的計劃?

雷:關於我們的研究,我還有一些思考:1.如果有更多的樣本可以給模型訓練,用更強的計算機資源來跑模型,那麼識別效果會更好;2.對猴臉做清晰的定義是很重要的,通過研究可以看出,不同定義的猴臉識別效果是不同的。雖然猴頭模型的識別精度更高,但是我們仍然認為猴臉模型更適合長期的野外識別,因為野外的猴頭毛髮可能會經常發生變化。3.紅外相機是野外動物研究經常會用到的工具,如果我們的研究能和紅外相機結合在一起,相信會有更多的研究內容。整體上,我們覺得 MFR猴臉識別系統的表現還是很不錯的,我們相信這個系統將有助於相關部門對野生獼猴的研究、保護和管理。


漢:好的,謝謝Albert的分享。

雷:謝謝老師。


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